化学选择性必修1第四节 化学反应的调控导学案

这是一份化学选择性必修1第四节 化学反应的调控导学案，共20页。学案主要包含了合成氨反应的原理分析，合成氨反应的数据分析，合成氨反应的条件调控，调控化学反应需考虑的问题等内容，欢迎下载使用。
第12讲化学反应的调控



知识导航



课前引入
钢铁生产是十七世纪从英国开始的第一次产业革命的两大产业之一。高炉炼铁的主要反应是：
Fe2O3+3CO2Fe+3CO2
其中CO的反应是
C+O2CO2 ①
CO2+C2CO ②


炼制1吨生铁所需焦炭的实际用量，远高于按照化学方程式计算所需的量，且从高炉炉顶出来的气体中含有没有利用的CO气体。开始，炼铁工程师们认为是因为CO与铁矿石接触不充分，于是设法增加高炉的高度。然而，令人吃惊的是，高炉增高后，高炉尾气中的比例竟然没有改变。这成了炼铁技术中的科学悬念。有关人士一直在探究其中的原因，直到十九世纪下半叶，法国科学家勒夏特列经过深入的研究，才将这一迷底解开。原来，产生上述现象的原因是反应②是一个可逆反应，并且至上而下发生在高炉中有焦炭的地方。后来的研究说明，在高炉中Fe2O3和CO反应也不能全部转化为Fe和CO2。
那么，有什么方法可以对化学反应进行调控，让其尽可能多地转化为目标产物呢？


知识精讲

一、合成氨反应的原理分析
工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol-1
根据合成氨反应的特点，应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量？请填入下表。
对合成氨反应的影响
影响因素
浓度
温度
压强
催化剂
增大合成氨的反应速率




提高平衡混合物中氨的含量





二、合成氨反应的数据分析
下表的实验数据是在不同温度、压强下，平衡混合物中氨的含量的变化情况(初始时氮气和氢气的体积比是1：3)。
温度/℃
氨的含量/%
0.1MPa
10MPa
20MPa
30MPa
60MPa
100MPa
200
15.3
81.5
86.4
89.9
95.4
98.8
300
2.20
52.0
64.2
71.0
84.2
92.6
400
0.40
25.1
38.2
47.0
65.2
79.8
500
0.10
10.6
19.1
26.4
42.2
57.5
600
0.05
4.50
9.1
13.8
23.1
31.4
思考与交流：合成氨的反应，应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量？


思考与交流：综合上述两个方面，分析增大合成氨的反应速率与提高平衡混合物中氨的含量所应采取的措施是否一致。在实际生产中到底选择哪些适宜的条件呢?


三、合成氨反应的条件调控

工业合成氨的适宜条件
压强
10～30 MPa
温度
400～500 ℃
催化剂
铁触媒
浓度
N2和H2的物质的量之比为1∶2.8的投料比，氨及时从混合气中分离出去

思考与交流
（1）工业上合成氨为什么不采用更高压强？


（2）工业上合成氨为什么不采用更高温度？



【答案】（1）压强越大，对设备的要求越高、成本越高。
（2）①合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率降低。
②400～500℃催化剂活性最大，升高温度，催化剂活性减弱甚至失活。

四、调控化学反应需考虑的问题
1．反应限度：要考虑尽量增大反应物的__________，充分利用原料。
2．反应速率：要选择较快的____________，提高单位时间内的产量。
3．生产要求：要考虑设备的要求和技术条件。
【答案】转化率反应速率

对点训练

题型一：合成氨的条件调控
【例1】在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列操作与平衡移动无关的是（）
A．不断将氨分离出来
B．使用催化剂
C．采用500 ℃左右的高温而不是700 ℃的高温
D．采用2×107～5×107 Pa的压强
【答案】B
【变1-1】下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是
A．使用铁触媒，使和混合气体有利于合成氨
B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应
C．700K左右比室温更有利于合成氨的反应
D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率
【答案】B
【变1-2】（双选）（2020·河北石家庄市·正定中学高二开学考试）2018年是合成氨工业先驱哈伯(P·Haber)获得诺贝尔奖100周年。N2和H2生成NH3的反应为：N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) ΔH(298K)=-46.2kJ·mol-1。关于合成氨工艺的下列理解正确的是
A．合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零
B．控制温度(773K)远高于室温，是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率
C．当温度、压强一定时，在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率
D．基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行
【答案】AD
【例2】合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨生产示意图如图所示。
(1)X的化学式为________。
(2)图中条件选定的主要原因是________(填字母编号)。
A．温度、压强对化学平衡的影响
B．铁触媒在该温度时活性大
C．工业生产受动力、材料、设备等条件的限制
(3)改变反应条件，会使平衡发生移动。如图表示随条件改变，氨气的百分含量的变化趋势。当横坐标为压强时，变化趋势正确的是__________，当横坐标为温度时，变化趋势正确的是________(填字母编号)。

【答案】(1)NH3　(2)B、C　(3)c　a
【例3】（2020·全国高二课时练习）下表所列实验数据是在不同温度和压强下达到平衡状态时，混合物中的含量（体积分数）的变化情况[投料比

0.1
10
20
30
60
100
200
15.3
81.5
86.4
89.9
95.4
98.8
300
2.2
52.0
64.2
71.0
84.2
92.6
400
0.4
25.1
38.2
47.0
65.2
79.8
500
0.1
10.6
19.1
26.4
42.2
57.5
600
0.05
4.5
9.1
13.8
23.1
31.4
（1）比较200℃和300℃时的数据，可判断出升高温度，平衡向_____（填“正反应”或“逆反应”）方向移动，合成氨的正反应为_________（填“吸热”或“放热”）反应。
（2）根据平衡移动原理，合成氨的适宜条件是_________（填序号）
A 高温、高压 B 高温、低压 C 低温、高压 D 低温、低压
（3）500℃、时，的转化率为__________。
（4）工业中实际生产氨时，考虑到浓度对化学平衡及反应速率的影响，常采取的措施有：__________。
【答案】逆反应放热C41.77%加入过量（或）（或及时从平衡体系中移走）
题型二：化学反应的条件调控
【例4】（2020·全国高二课时练习）下列生活和生产中的做法或事实，与调控反应速率无关的是（）
A．牛奶放在冰箱中冷藏
B．使用加酶洗衣粉洗涤衣物
C．汽车的橡胶轮胎中要添加抑制剂
D．工业合成氨时，及时将氨气液化分离
【答案】D
【例5】（2020·全国高二单元测试）是工业上制硝酸的重要反应，下列有关说法错误的是
A．使用催化剂可以加快反应速率
B．增大压强可以加快反应速率
C．达到平衡时，V(正)＝V(逆)
D．增大O2的浓度可以使NH3全部转变为NO
【答案】D
【例6】（2022·河北高三开学考试）一种新型煤气化燃烧集成制氢发生的主要反应如下：
Ⅰ.
Ⅱ.
Ⅲ.
Ⅳ.
副反应：
Ⅴ.
Ⅵ.
回答下列问题：
（1）已知反应Ⅰ、Ⅱ的平衡常数、随温度的变化如图1、图2所示。

①由反应Ⅴ和反应Ⅵ可知，_______；反应Ⅰ的_______(填“>”或“未达到自发进行的反应温度增大75%
（2）减少温室气体()的排放
（3）反应Ⅴ和反应Ⅵ均为放热反应，升高温度平衡逆向移动开始分解，生成的与反应
【例7】（2021·石家庄精英中学高二期末）科学家在利用碳水化合物消除污染气体和生成新能源方面取得重大成果。
(1)①甲醇是一种绿色可再生能源，在高效健化剂的作用下，CH4可与NO2反应，消除NO2的污染，改善雾霾天气，发生的反应为：CH4(g)+2NO2(g)⇌CO2(g)+2H2O(g)+N2(g) △H”“”或“X2b