高三化學(xué)單元高中同步測控優(yōu)化設(shè)計第二章第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控

高中同步測控優(yōu)化設(shè)計GAOZHONGTONGBUCEKONGYOUHUASHEJI第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控第二章2022內(nèi)容索引010203自主預(yù)習(xí)新知導(dǎo)學(xué)合作探究釋疑解惑課堂小結(jié)課標(biāo)定位素養(yǎng)闡釋1.知道化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的綜合調(diào)控在生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究中的重要作用。2.知道催化劑可以改變反應(yīng)歷程,對調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率具有重要意義。3.能針對合成氨典型案例,從限度和速率等角度綜合分析化學(xué)反應(yīng)和化工生產(chǎn)條件的選擇和優(yōu)化。自主預(yù)習(xí)新知導(dǎo)學(xué)一、化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控影響化學(xué)反應(yīng)進行的因素有兩個方面,一是參加反應(yīng)的物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等本身因素,二是溫度、壓強、濃度、催化劑等反應(yīng)條件?；瘜W(xué)反應(yīng)的調(diào)控,就是通過改變反應(yīng)條件使一個可能發(fā)生的反應(yīng)按照某一方向進行,綜合考慮影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的因素。二、以合成氨反應(yīng)為例分析1.理論分析。合成氨反應(yīng)N2(g)+3H2(g)

2NH3(g)

ΔH=-92.4kJ·mol-1,該反應(yīng)的特點是:反應(yīng)可逆;正反應(yīng)是一個氣體體積縮小的、放熱的反應(yīng)?？梢栽龃笤摲磻?yīng)的速率的措施有升高溫度、增大壓強、增大反應(yīng)物濃度及使用催化劑等;可以提高平衡混合物中氨的含量的措施有降低溫度、增大壓強、增大反應(yīng)物濃度等。2.實際選擇。(1)工業(yè)生產(chǎn)中合成氨的適宜的條件:壓強一般選擇10MPa~30MPa,溫度一般選擇400~500℃,通常選用鐵觸媒作催化劑。

(2)為提高原料的利用率,采取將氨氣從平衡混合物中分離出去,以及分離氨后的原料氣循環(huán)利用等措施。(3)實際生產(chǎn)中還需要結(jié)合設(shè)備條件、安全操作、經(jīng)濟成本等情況,另外,還要兼顧環(huán)境保護及社會效益等方面的規(guī)定和要求?！咀灾魉伎?】

理論分析和對實驗數(shù)據(jù)的分析均表明,合成氨時壓強越大越好。但工業(yè)生產(chǎn)中為什么一般采用10MPa~30MPa?提示:壓強越大,對材料的強度和設(shè)備的制造要求越高,需要的動力也越大,會增加生產(chǎn)投資,并可能降低綜合經(jīng)濟效益?！咀灾魉伎?】

工業(yè)上合成氨時該如何合理選擇溫度?提示:從化學(xué)反應(yīng)速率看,高溫有利于增大反應(yīng)速率,提高單位時間內(nèi)氨的產(chǎn)量;從化學(xué)平衡看,低溫有利于反應(yīng)向右進行,提高原料的利用率?？紤]催化劑的活性,選擇400~500

℃?！拘Ч詼y】

1.判斷正誤,正確的畫“√”,錯誤的畫“×”。(1)用冰箱保存食物延長儲存時間屬于調(diào)節(jié)溫度對化學(xué)反應(yīng)進行調(diào)控。(

)(2)對于可逆反應(yīng),改變條件可使正向自發(fā),也可使逆向自發(fā)。(

)(3)合成氨反應(yīng)的正反應(yīng)放熱,降低溫度有利于反應(yīng)正向進行,所以工業(yè)生產(chǎn)中溫度越低越好。(

)(4)合成氨反應(yīng)中使用催化劑可增大反應(yīng)速率,提高單位時間內(nèi)氨的產(chǎn)量。(

)(5)為防止催化劑“中毒”,合成氨原料氣必須經(jīng)過凈化。(

)√√×√√(6)采取最合適的生產(chǎn)條件,可使合成氨反應(yīng)中原料的轉(zhuǎn)化率達到100%。(

)(7)為了提高原料的利用率,合成氨工業(yè)采取分離氨后的原料氣循環(huán)使用的方法。(

)(8)化工生產(chǎn)除了選擇合適的生產(chǎn)條件外,還要兼顧經(jīng)濟效益和社會效益。(

)×√√2.工業(yè)合成氨反應(yīng)為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH=-92.4kJ·mol-1。(1)使用催化劑鐵觸媒的目的是

。

(2)通常采用10MPa~30MPa的壓強,原因是

。(3)選擇400~500℃左右的溫度進行反應(yīng),是由于

。(4)將生成的氨及時從混合氣中分離出來,原因是

。答案:(1)增大反應(yīng)速率(2)該反應(yīng)是一個氣體體積減小的反應(yīng),增大壓強,有利于平衡向正反應(yīng)方向移動,但是壓強越大,對材料的強度和設(shè)備的制造要求越高,成本增大,也會降低經(jīng)濟效益,所以綜合考慮,通常采用10MPa~30MPa的壓強(3)合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng),溫度升高,不利于氨的生成,但溫度過低,反應(yīng)速率小,500℃左右時催化劑的活性最大,故采用400~500℃左右的溫度(4)減小生成物濃度,有利于平衡向正反應(yīng)方向移動,增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率合作探究釋疑解惑探究任務(wù)工業(yè)合成氨條件的選擇【問題引領(lǐng)】

在工業(yè)生產(chǎn)和生活中,人們?yōu)榱诉_到某一目的而采取了一些有效的措施。例如,為了使?fàn)t火燃燒更旺,常常鼓入適量空氣;為了更好地保存食物,常采用冷藏或抽真空的方法;工業(yè)合成氨需要選擇適當(dāng)?shù)臏囟?、壓強、催化劑?從而提高生產(chǎn)效率。1.為什么鼓入適量空氣會使?fàn)t火燃燒更旺?提示:增大氧氣的濃度,增大反應(yīng)速率。2.為什么冷藏或抽真空可以更好地保存食物?提示:降低溫度或者降低氧氣的濃度,都能減緩食物被氧化的速度。3.工業(yè)合成氨需要從哪些方面考慮以選擇適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)條件從而提高生產(chǎn)效率?提示:從化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡角度考慮,同時兼顧設(shè)備、安全、經(jīng)濟效益、社會效益等方面。【歸納提升】

1.化工生產(chǎn)中反應(yīng)條件選擇的基本思路(1)目的:盡可能增大化學(xué)反應(yīng)速率和提高化學(xué)反應(yīng)的限度。(2)依據(jù):外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響。(3)原則:①既要考慮外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡影響的一致性,又要考慮外界條件對兩者影響的矛盾性。②既要考慮溫度、催化劑對反應(yīng)速率影響的一致性,又要考慮催化劑的活性對溫度的限制。③既要注重理論生產(chǎn),又要考慮實際操作的可能性。2.合成氨條件的理論分析與實際化工條件比較

實際生產(chǎn)中還需要考慮設(shè)備生產(chǎn)、安全操作、經(jīng)濟成本等情況;考慮環(huán)境保護和社會效益等,權(quán)衡利弊?！镜湫屠}】

【例題1】

(雙選)下列有關(guān)工業(yè)合成氨反應(yīng)的敘述,不能用勒夏特列原理解釋的是(

)。A.使用鐵觸媒有利于合成氨反應(yīng)B.高壓比常壓更有利于合成氨反應(yīng)C.500℃左右比室溫更有利于合成氨反應(yīng)D.使反應(yīng)平衡體系中的氨液化有利于合成氨反應(yīng)答案:AC解析:使用鐵觸媒,能增大反應(yīng)速率,但不能使平衡發(fā)生移動,不能用勒夏特列原理解釋,A項錯誤;合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng),升高溫度平衡左移,平衡體系中NH3的含量降低,不能用勒夏特列原理解釋,C項錯誤;合成氨反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng),增大壓強平衡右移,有利于合成氨,B項正確;將氨液化,降低平衡體系中氨的濃度,平衡右移,有利于合成氨,D項正確。方法技巧分析條件改變,如果平衡移動方向與合成氨方向一致,則有利于合成氨反應(yīng),能用勒夏特列原理解釋,否則不能?！纠}2】

(雙選)合成氨工業(yè)對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展具有重要的意義。對于密閉容器中的反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g),在400℃、30MPa下,n(NH3)和n(H2)隨時間變化的關(guān)系如圖所示。據(jù)圖推測下列敘述正確的是(

)。A.正反應(yīng)速率:M>NB.點P處反應(yīng)達到平衡C.點Q(t1時刻)和點R(t2時刻)處n(N2)不一樣D.其他條件不變時,500℃下反應(yīng)至t1時刻,n(H2)比圖中Q點的n(H2)大答案:AD解析:由圖可以看出,

N2與H2反應(yīng)生成NH3,點M處比點N處的n(H2)大,點M處的正反應(yīng)速率大,A項正確;P點處n(NH3)=n(H2),還沒有達到平衡,B項錯誤;t1時已經(jīng)達到平衡,點Q(t1時刻)處和點R(t2時刻)處n(N2)相同,C項錯誤;500

℃高于400

℃,升溫,平衡逆向移動,t1時刻n(H2)在500

℃時比在400

℃時的大。【變式訓(xùn)練】

為