2.4 化学反应的调控-2023-2024学年高二化学同步素养目标精品讲义（人教版选择性必修1）

 第二章 第四节 化学反应的调控
【学习目标】
1．通过化学反应速率和化学平衡的影响因素，掌握合成氨工业中温度、压强、浓度、催化剂选择的原因。
2．利用化学反应原理，了解调控化学反应速率和平衡的方法。
3．结合工业生产实际，了解化工条件的选择。
【素养目标】
1．认识反应条件对化学反应速率和化学平衡的影响，能运用化学反应原理分析影响化学变化的因素，初步学会运用变量控制的方法研究化学反应。培养学生“变化观念与平衡思想”的学科素养。
2．能从宏观和微观结合上收集证据，能依据证据从不同视角分析问题，推出合理的结论。培养学生“证据推理与模型认知”的学科素养。
3．具有理论联系实际的观念，能依据实际条件并运用所学的化学知识和方法解决生产、生活中简单的化学问题。培养学生“科学态度与社会责任”的学科素养。
必备知识与关键能力
知识点一：合成氨条件的选择
工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其热化学方程式如下：
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
合成氨工业简要流程图：



该反应的特点：①可逆反应；②正反应为放热反应；③气体总体积缩小的反应。
结合反应方程式，可知升高温度、增大压强、增大反应物的浓度、使用催化剂等，都可以使合成氨速率增大；降低温度、增大压强、增大反应物浓度有利于提高平衡混合物中氨的含量。
合成氨温度、压强与氨的含量关系如下表：

温度/℃
氨的含量/%
0.1 MPa
10 MPa
20 MPa
30 MPa
60 MPa
100 MPa
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
9.10
13.8
23.1
31.4

1．压强
理论和实验数据的分析均表明，合成氨时压强增大可以同时提高反应速率和转化率。但是，压强越大，对材料的强度和设备的要求也越高，增加生产投资并可能降低综合经济效益。一般采用的压强为10～30 MPa。
2．温度
温度升高有利于提高反应速率，温度降低有利于提高反应转化率。因此，需要选择一个适宜的温度，一般采用的温度为400～500 ℃。
3．催化剂
加入催化剂可以提高反应速率，对化学平衡无影响，一般选择铁触媒作为合成氨工业的催化剂。该催化剂在500 ℃左右时活性最大，这也是温度选择的原因之一。另外，为了防止杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化。
4．浓度
为提高平衡转化率，工业上采取迅速冷却的方法，使氨气变成液氨并及时分离，分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度。
典例1．下列关于工业合成氨的叙述正确的是( )
A．工业合成氨温度选择为700 K左右，主要是为了提高NH3产率
B．使用催化剂和施加高压，都能提高反应速率，但对化学平衡状态无影响
C．合成氨生产过程中将NH3液化分离，可提高N2、H2的转化率
D．合成氨工业中为了提高氢气的利用率，可适当增加氢气浓度
【答案】C
【解析】合成氨反应为放热反应，温度较高不利于提高NH3产率，故A错误；催化剂和高压能加快反应速率，增大压强平衡正移，催化剂对平衡无影响，故B错误；减少生成物的浓度平衡正向移动，所以将NH3液化分离，可提高N2、H2的转化率，故C正确；增加一种反应物的浓度可以提高另一种反应物的转化率，而本身转化率降低，所以合成氨工业中为了提高氢气的利用率，可适当增加氮气的浓度，故D错误。
典例2．对于合成氨工业，只从提高原料转化率看，从下列条件中选择最适宜的组合是( )
①高温　 ②低温　 ③低压　 ④高压　 ⑤催化剂　 ⑥加氨　 ⑦除氨
A．②④⑤ B．②④⑦ C．①④⑤ D．②③⑥
【答案】B
【解析】N2＋3H22NH3　ΔH