高中化学第二章 化学反应速率与化学平衡第四节 化学反应的调控学案

这是一份高中化学第二章 化学反应速率与化学平衡第四节 化学反应的调控学案，共16页。
第四节　化学反应的调控
[明确学习目标]　1.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科研中的重要作用。2.知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义。



外界条件对合成氨反应的影响
1.升高温度、增大压强、增大反应物浓度及使用催化剂等，都可以使合成氨的反应速率增大。
2.降低温度、增大压强、增大反应物的浓度等有利于提高平衡混合物中氨的含量。
3．催化剂可以增大反应速率，但不改变平衡混合物的组成。
合成氨生产条件的选择和优化
1．压强的选择
根据合成氨反应的热化学方程式，正向反应气体体积减小，从平衡控制的角度来看，合成氨时压强越大越好。但压强越大，对材料强度和设备制造的要求越高。这将大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30_MPa。
2．温度的选择
根据平衡移动原理，合成氨应该采用低温以提高平衡转化率。但是温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡时间过长，这在工业生产中是很不经济的。因此，需要选择一个合适的温度。目前，实际生产一般采用的温度是400～500_℃。
3．催化剂的选择
即使在高温、高压下，N2和H2的化合反应仍然进行得十分缓慢，通常需要加入催化剂。目前，合成氨工业中普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。铁触媒在500_℃左右时活性最大，这也是合成氨反应一般选择在400～500_℃进行的原因。
4．浓度对合成氨生产的影响
(1)原料气必须净化，防止“催化剂中毒”。
(2)采取迅速冷却的方法及时分离出液态氨，促进平衡向生成NH3的方向移动。
(3)原料气体循环使用。
5．调控化学反应的原则
(1)综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素。
(2)结合设备条件、安全操作、经济成本等实际问题考虑。
(3)根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析、权衡利弊。

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行。(　　)
(2)在合成氨反应中使用催化剂和施加高压都能提高反应速率，都对化学平衡无影响。(　　)
(3)工业合成氨一般采用400～500 ℃的温度是因为铁触媒在此温度下活性最大。(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　
2．工业上合成氨一般采用700 K左右的温度，其原因是(　　)
①适当提高合成氨的速率　②提高H2的转化率
③提高氨的产率　④催化剂在700 K时活性最大
A．①③ B．①② C．②③④ D．①④
答案　D
3．下列有关合成氨工业的说法中，正确的是(　　)
A．从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占15%，所以合成氨厂的产率都很低
B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中可循环使用，所以总体来说合成氨的产率很高
C．合成氨工业的反应温度控制在700 K左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动
D．合成氨厂采用的压强是2×107～5 ×107 Pa，因为该压强下铁触媒的活性最大
答案　B
解析　合成氨反应在适宜的生产条件下达到平衡时，原料的转化率并不高，但将生成的NH3分离出来后，再将未反应的N2、H2循环利用，经过这样的处理后，可使合成氨的产率提高，据此可知A错误，B正确；合成氨工业选择700 K左右的反应温度，是综合了多方面的因素确定的，合成氨反应的正反应是放热反应，低温才有利于平衡向正反应方向移动，故C错误；无论是从反应速率还是从化学平衡方面考虑，高压更有利于合成氨，但压强越大，对设备、动力的要求越高，基于此选择了2×107～5×107 Pa的压强，但铁触媒的活性与温度有关，故D错误。
4．在合成氨工业中，要使氨的产率增大，同时又能提高化学反应速率，可采取的措施有(　　)
①增大容器体积使压强减小　
②减小容器体积使压强增大　
③升高温度　
④降低温度　
⑤恒温恒容，再充入等量的N2和H2　
⑥恒温恒压，再充入等量的N2和H2　
⑦及时分离产生的NH3　
⑧使用催化剂
A．②④⑤⑥⑦ B．②③④⑤⑦⑧
C．②⑤ D．①②③⑤⑧
答案　C
解析　从反应速率的角度分析，①④⑦均使化学反应速率降低，②③⑤⑧均使化学反应速率升高，⑥不影响化学反应速率。从平衡移动的角度分析，②⑤使化学平衡向右移动，使氨的产率增大，⑧不影响化学平衡，③使化学平衡向左移动。


知识点　工业生产中化学反应条件的选择和优化

1．化学反应条件选择的基本原则
化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产中起着重要作用，在实际生产中应当运用对立统一规律，综合化学反应速率和化学平衡移动规律，既考虑反应进行的快慢，又考虑反应的限度，在这个过程中还要坚持以下三个原则：
(1)既要注意外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性。
(2)既要注意温度、催化剂对化学反应速率影响的一致性，又要注意催化剂的活性对温度的要求。
(3)既要注意理论上的需要，又要考虑实际生产的可能性。
2．选择适宜条件的基本思路
(1)从可逆性、反应前后气态物质系数的变化、焓变、反应的方向四个角度分析反应的特点。
(2)根据反应特点具体分析外界条件对反应速率和限度的影响；从反应速率和限度的角度综合分析，再充分考虑实际情况，选择适宜的外界条件。

(3)工业合成氨条件选择的理论依据
外界条件
有利于使反
应速率增大
的条件的控制
有利于平衡移动的条件的控制
综合分析结果
浓度
增大反应
物的浓度
增大反应物的浓度、减小生成物的浓度
不断补充反应物、及时分离出生成物
催化剂
加合适的催化剂
无影响
加合适的催化剂
温度
高温
ΔH