第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控學(xué)習(xí)目標(biāo)重點(diǎn)難點(diǎn)1.認(rèn)識(shí)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(duì)調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率具有重要意義。重點(diǎn)合成氨反應(yīng)中化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的綜合調(diào)控難點(diǎn)形成多角度調(diào)控反應(yīng)的思路新知探究(一)——合成氨反應(yīng)條件的原理分析1.反應(yīng)原理:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。2.反應(yīng)特點(diǎn)3.原理分析從增大合成氨的反應(yīng)速率、提高平衡混合物中氨的含量角度分析(填寫(xiě)表格)條件提高反應(yīng)速率提高平衡轉(zhuǎn)化率壓強(qiáng)壓強(qiáng)

壓強(qiáng)

溫度升高溫度溫度

催化劑使用無(wú)影響濃度反應(yīng)物濃度

增大反應(yīng)物濃度[題點(diǎn)多維訓(xùn)練]1.下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說(shuō)法正確的是()A.N2的量越多,H2的轉(zhuǎn)化率越大,因此,充入的N2越多越有利于NH3的合成B.恒容條件下充入稀有氣體有利于NH3的合成C.工業(yè)合成氨的反應(yīng)是熵增加的放熱反應(yīng),在任何溫度下都可自發(fā)進(jìn)行D.工業(yè)合成氨的反應(yīng)是熵減小的放熱反應(yīng),在常溫時(shí)可自發(fā)進(jìn)行2.在合成氨反應(yīng)中使用催化劑和施加高壓,下列敘述正確的是()A.都能提高反應(yīng)速率,都對(duì)化學(xué)平衡無(wú)影響B(tài).都對(duì)化學(xué)平衡有影響,但都不影響達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間C.都能縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間,只有施加高壓對(duì)化學(xué)平衡有影響D.使用催化劑能縮短反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間,而施加高壓無(wú)此效果3.在合成氨時(shí),要使氨的產(chǎn)率增大,又要使化學(xué)反應(yīng)速率增大,可以采取的措施有()①增大體積使壓強(qiáng)減?、跍p小體積使壓強(qiáng)增大③升高溫度④降低溫度⑤恒溫恒容,再充入N2和H2⑥恒溫恒壓,再充入N2和H2⑦及時(shí)分離產(chǎn)生的NH3⑧使用催化劑A.②④⑤⑦ B.②③④⑤⑦⑧C.②⑤ D.②③⑤⑧新知探究(二)——工業(yè)合成氨的適宜條件1.合成氨工業(yè)中生產(chǎn)條件的選擇壓強(qiáng)理論和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析均表明,合成氨時(shí)壓強(qiáng)增大可以同時(shí)提高反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率。但是,壓強(qiáng)越大,對(duì)材料的強(qiáng)度和設(shè)備的要求也越高,增加生產(chǎn)投資并可能降低綜合經(jīng)濟(jì)效益。一般采用的壓強(qiáng)為10MPa~30MPa溫度溫度升高有利于提高反應(yīng)速率,溫度降低有利于提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。因此,需要選擇一個(gè)適宜的溫度,一般采用的溫度為400~500℃催化劑加入催化劑可以加快反應(yīng)速率,對(duì)化學(xué)平衡無(wú)影響,一般選擇鐵觸媒作為合成氨工業(yè)的催化劑。該催化劑在500℃左右時(shí)活性最大,這也是溫度選擇的原因之一。另外,為了防止雜質(zhì)使催化劑“中毒”,原料氣必須經(jīng)過(guò)凈化濃度為提高平衡轉(zhuǎn)化率,工業(yè)上采取迅速冷卻的方法,使氣態(tài)氨變成液態(tài)氨并及時(shí)分離,分離后的原料氣循環(huán)使用,并及時(shí)補(bǔ)充氫氣和氮?dú)?使反應(yīng)物保持一定的濃度2.合成氨生產(chǎn)流程示意圖3.化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控影響化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的因素有兩個(gè)方面:參加反應(yīng)的物質(zhì)本身因素(組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)等)和外部條件(溫度、壓強(qiáng)、濃度、催化劑等)?；瘜W(xué)反應(yīng)的調(diào)控,就是通過(guò)改變外界條件使一個(gè)可能發(fā)生的反應(yīng)按照某一方向進(jìn)行。在實(shí)際生產(chǎn)中,要綜合考慮化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的因素,尋找一個(gè)適宜的生產(chǎn)條件。應(yīng)用化學(xué)工業(yè)上以黃鐵礦(FeS2)為原料生產(chǎn)硫酸的工藝流程如圖:A為沸騰爐,反應(yīng)為4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2;B為接觸室,反應(yīng)為2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)ΔH=196.6kJ·mol1;C為吸收塔,反應(yīng)為SO3+H2O?H2SO4。接觸室中利用催化氧化反應(yīng)將SO2轉(zhuǎn)化為SO3是工業(yè)制硫酸中最關(guān)鍵的步驟。下表是不同壓強(qiáng)、溫度時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率情況。溫度不同壓強(qiáng)下SO2的轉(zhuǎn)化率/%1×105Pa5×105Pa1×106Pa5×106Pa1×107Pa450℃97.598.999.299.699.7550℃85.692.994.997.798.31.從理論上分析,為了使反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率盡可能大,在溫度和壓強(qiáng)方面如何選擇?2.在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中通常選擇的溫度是450℃,理由是什么?3.在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中通常選擇的壓強(qiáng)是多少?理由是什么?4.在合成SO3的過(guò)程中,解釋不需要分離出SO3的原因。5.生產(chǎn)中通入過(guò)量空氣的目的是什么?[題點(diǎn)多維訓(xùn)練]題點(diǎn)(一)合成氨條件的選擇1.(2025·重慶期中檢測(cè))工業(yè)合成氨的反應(yīng)為N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH=92kJ·mol1ΔS=198.2J·mol1·K1,下列有關(guān)化學(xué)反應(yīng)調(diào)控說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.合成氨氣,理論上選用低溫、高壓的條件進(jìn)行控制,有利于提高合成氨的產(chǎn)率B.該反應(yīng)在常溫下可以自發(fā)進(jìn)行C.將生成的NH3進(jìn)行液化,有助于提高反應(yīng)速率D.結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際,可以適當(dāng)提高原料氣體中N2的含量2.下列所示是哈伯法制氨的流程圖,其中為提高原料轉(zhuǎn)化率而采取的措施是()A.①②③ B.②④⑤C.①③⑤ D.②③④題點(diǎn)(二)化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控3.下列關(guān)于化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控措施說(shuō)法不正確的是()A.硫酸工業(yè)中,為提高SO2的轉(zhuǎn)化率,通入過(guò)量的空氣B.工業(yè)上增加煉鐵高爐的高度可以有效降低尾氣中CO的含量C.合成氨工業(yè)中,從生產(chǎn)實(shí)際條件考慮,不盲目增大反應(yīng)壓強(qiáng)D.合成氨工業(yè)中,為提高氮?dú)夂蜌錃獾睦寐?采用循環(huán)操作4.(2025·南寧高二檢測(cè))在300℃、70MPa下由二氧化碳和氫氣合成乙醇的反應(yīng)如下:2CO2(g)+6H2(g)?CH3CH2OH(g)+3H2O(g),下列敘述錯(cuò)誤的是()A.使用催化劑可大大提高生產(chǎn)效率B.反應(yīng)需在300℃進(jìn)行可推測(cè)該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)C.充入大量CO2氣體可提高H2的轉(zhuǎn)化率D.從平衡混合氣體中分離出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率|歸納拓展|化工生產(chǎn)適宜條件選擇的分析角度分析角度原則要求從化學(xué)反應(yīng)速率分析既不能過(guò)快,又不能太慢從化學(xué)平衡移動(dòng)分析既要注意外界條件對(duì)速率和平衡影響的一致性,又要注意二者影響的矛盾性從原料的利用率分析增加易得廉價(jià)原料,提高難得高價(jià)原料的利用率,從而降低生產(chǎn)成本從實(shí)際生產(chǎn)能力分析如設(shè)備承受高溫、高壓的能力等從催化劑的使用活性分析注意催化劑的活性對(duì)溫度的限制課下請(qǐng)完成課時(shí)跟蹤檢測(cè)(十四)第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控新知探究(一)2.減小3.增大增大降低增大[題點(diǎn)多維訓(xùn)練]1.選DA項(xiàng),在合成氨工業(yè)中應(yīng)選擇一個(gè)合適的投料比[n(N2)∶n(H2)],并不是充入的N2越多越有利于NH3的合成;B項(xiàng),恒容條件下,充入稀有氣體對(duì)平衡無(wú)影響;C、D項(xiàng),ΔHTΔS<0時(shí)反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行,而合成氨反應(yīng)的ΔH<0、ΔS<0,故在常溫條件下該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。2.選C對(duì)于反應(yīng)N2(g)+3H2(g)?2NH3(g),使用催化劑能提高反應(yīng)速率,縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間,不能使化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng);施加高壓既能提高反應(yīng)速率,縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間,也能使化學(xué)平衡向生成NH3的方向移動(dòng)。3.選C根據(jù)題目要求,既要滿足增大速率,又要滿足使化學(xué)平衡向右移動(dòng)。從反應(yīng)速率角度分析,①④⑦三種條件下化學(xué)反應(yīng)速率降低;⑥條件下化學(xué)反應(yīng)速率不變;②③⑤⑧條件下化學(xué)反應(yīng)速率增高。從平衡移動(dòng)角度分析:①③條件下化學(xué)平衡向左移動(dòng);②④⑤⑦條件下化學(xué)平衡向右移動(dòng);⑥⑧條件下化學(xué)平衡不移動(dòng)。新知探究(二)[應(yīng)用化學(xué)]1.提示:低溫高壓。2.提示:該反應(yīng)是放熱反應(yīng),升高溫度,反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率降低,在450℃時(shí)反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率較高。3.提示:1×105Pa。常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高,若采用較大的壓強(qiáng),SO2的轉(zhuǎn)化率提高很少,但對(duì)設(shè)備及動(dòng)力的要求更高。4.提示:SO2的轉(zhuǎn)化率比較高,達(dá)到平衡后的混合氣體中SO2的余量很少,故不需要分離出SO3。5.提示:增大O2濃度,提高SO2的轉(zhuǎn)化率。[題點(diǎn)多維訓(xùn)練]1.選C反應(yīng)正向氣體分子數(shù)減小,增大壓強(qiáng),有利于平衡正向移動(dòng),合成氨的產(chǎn)率提高,正向放熱,降低溫度,有利于平衡正向移動(dòng),合成氨的產(chǎn)率提高,故A正確;反應(yīng)正向氣體分子數(shù)減小,ΔS<0,ΔH<0,低溫時(shí)反應(yīng)自發(fā),故B正確;將生成的NH3進(jìn)行液化,平衡正向移動(dòng),反應(yīng)物濃度減小,反應(yīng)速率減小,故C錯(cuò)誤;適當(dāng)提高原料氣體中N2的含量,有利于平衡正向移動(dòng),可以提高氫氣轉(zhuǎn)化率,故D正確。2.選B②④⑤操作均有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動(dòng),提高轉(zhuǎn)化率。3.選B反應(yīng)2SO2+O2?2SO3,通入過(guò)量的空氣,反應(yīng)正向進(jìn)行,SO2的轉(zhuǎn)化率提高,A項(xiàng)正確;高爐煉鐵過(guò)程中發(fā)生反應(yīng):Fe2O3(s)+3CO(g)?2Fe(s)+3CO2(g),達(dá)到平衡后,增加高爐的高度不能降低煉鐵尾氣中CO的含量,B項(xiàng)錯(cuò)誤;工業(yè)合成氨,從生產(chǎn)實(shí)際條件考慮,不盲目增大反應(yīng)壓強(qiáng),若壓強(qiáng)過(guò)大,不僅會(huì)增大能源消耗,還會(huì)增大動(dòng)力消耗,對(duì)設(shè)備的要求也高,C項(xiàng)正確;工業(yè)合成氨是可逆反應(yīng),原料不能完全轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物,采用氮?dú)夂?/p>