化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控 （原卷版）-2024年人教版新高二化學(xué)復(fù)習(xí)講義+習(xí)題

第12講化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控

￡顏羽目標(biāo)

i.通過工業(yè)合成氨適宜條件的選擇與優(yōu)化，認(rèn)識化學(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.在合成氨適宜條件的討論中，形成多角度分析化學(xué)反應(yīng)和化工生產(chǎn)條件的思路，體會化學(xué)反應(yīng)原理的應(yīng)用

價值。

笈知識喜航

自發(fā)性

合成氨反應(yīng)的特點-

可逆性

合成氨條

原理分析

件的理論

選擇提高反應(yīng)速率的條件是

升高溫度、增大壓強

數(shù)據(jù)分析一

提高平衡混合物中氨的含量的

條件是降低溫度.增大壓強

壓強越大越好

低溫有利于提高原料的平

衡轉(zhuǎn)化率

問題討論催化劑改變反應(yīng)歷程，降低反

應(yīng)的活化能，使反應(yīng)物在較低

溫度時能較快地發(fā)生反應(yīng)

分離出氨以促使平衡向生成氨的方向移動

壓強：

工業(yè)合成10-30MPa

氨的適宜工業(yè)合成溫度：400500℃

氨的適宜

條件使用鐵觸媒作催化劑

條件

液化氨并及時分離，補

充原料氣并循環(huán)利用

合成氨的工藝流程

選擇工業(yè)合成適宜條件的原則

一、合成氨條件的理論選擇

1.合成氨反應(yīng)的特點

合成氨反應(yīng)：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)。已知298K時:AH=-92.4kJ-mol-1,A5=-198.2J-moP^K-1.

(1)自發(fā)性：常溫(298K)下，、H—TkS<0,能進(jìn)行。

(2)可逆性：反應(yīng)為反應(yīng)。

(3)燧變：AS<0,正反應(yīng)是氣體體積的反應(yīng)。

(4)焰變：AH<0,是反應(yīng)。

2.原理分析

根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點，利用我們學(xué)過的影響反應(yīng)速率的因素和勒夏特列原理分析應(yīng)如何選擇反應(yīng)條件,

以增大合成氨的反應(yīng)速率、提高平衡混合物中氨的含量，請?zhí)顚懴卤怼?/p>

條件提高反應(yīng)速率提高平衡轉(zhuǎn)化率

壓強——

溫度——

催化劑——

濃度_____反應(yīng)物濃度_____反應(yīng)物濃度，_____生成物濃度

3.數(shù)據(jù)分析

根據(jù)課本表2-2在不同溫度和壓強下(初始時N2和H2的體積比為1：3),平衡混合物中氨的含量實驗數(shù)據(jù)分

析，提高反應(yīng)速率的條件是溫度、壓強；提高平衡混合物中氨的含量的條件是溫度、壓

強。二者在這一措施上是不一致的。實驗數(shù)據(jù)的分析與理論分析的結(jié)論是一致的。

二、工業(yè)合成氨的適宜條件

1.問題討論

⑴壓強

①原理分析：o

②選用條件：目前，我國合成氨廠一般采用的壓強為10?股MPa。

③合成氨時不采用更高壓強的理由：_______________________________________________________________

(2)溫度

①原理分析：有利于提高原料的平衡轉(zhuǎn)化率。

②選用條件：目前，在實際生產(chǎn)中一般采用的溫度為℃o

③不采用低溫的理由：____________________________________________________________________________

合成氨反應(yīng)一般選擇400~500。。進(jìn)行的又一重要原因為

(3)催化劑

①原理分析：即使在高溫、高壓下，N2和H2的化合反應(yīng)仍然進(jìn)行得十分。

②選用條件：通常采用加入以的多成分催化劑，又稱o

③選擇催化劑的理由：O

另外，為了防止混有的雜質(zhì)使催化劑“中毒”，原料氣必須經(jīng)過。

(4)濃度

①原理分析：在500℃和30MPa時，合成氨平衡混合物中NH3的體積分?jǐn)?shù)也只有26.4%,即平衡時N?和

H2的轉(zhuǎn)化率仍O(shè)

②采取的措施：采取冷卻的方法,使氣態(tài)氨變成液氨后及時從平衡混合物中分離出去；應(yīng)將NH3分離

后的原料氣,并及時,使反應(yīng)物保持一定的濃度。

③采取該措施的理由：分離出NH3以促使平衡向移動，此外原料氣的循環(huán)使用并及時補充

原料氣，既提高了原料的，又提高了反應(yīng)，有利于合成氨反應(yīng)。

2.工業(yè)合成氨的適宜條件

外部條件工業(yè)合成氨的適宜條件

壓強_____MPa

溫度__________℃

催化劑使用_________作催化劑

濃度液化氨并及時分離，補充原料氣并循環(huán)利用["(N2)：W(H2)=1：2.8]

3.合成氨的工藝流程

液態(tài)NthNH3+N2+H2

4.選擇工業(yè)合成適宜條件的原則

(1)考慮參加反應(yīng)的物質(zhì)、和等本身因素。

(2)考慮影響化學(xué)反應(yīng)速率和平衡的溫度、壓強、濃度、催化劑等反應(yīng)條件。

(3)選擇適宜的生產(chǎn)條件還要考慮設(shè)備條件、安全操作、經(jīng)濟成本等情況。

(4)選擇適宜的生產(chǎn)條件還要考慮環(huán)境保護(hù)及社會效益等方面的規(guī)定和要求。

5.選擇化工生產(chǎn)適宜條件的分析角度

分析角度原則要求

從化學(xué)反應(yīng)速率分析既不能過快，又不能太慢

既要注意外界條件對速率和平衡影響的一致性，又要注意二者影響的矛

從化學(xué)平衡移動分析

盾性

從原料的利用率分析增加易得廉價原料，提高難得高價原料的利用率，從而降低生產(chǎn)成本

從實際生產(chǎn)能力分析如設(shè)備承受高溫、高壓能力等

從催化劑的使用活性分析注意催化劑的活性對溫度的限制

考點01合成氨條件的選擇

【例1】下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說法中，正確的是（）

A.從合成塔出來的混合氣體中，其中NH3只占15%,所以合成氨廠的產(chǎn)率都很低

B.由于氨易液化，N2、也在實際生產(chǎn)中可循環(huán)使用，所以總體來說合成氨的產(chǎn)率很高

C.合成氨工業(yè)的反應(yīng)溫度控制在400?500℃,目的是使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動

D.合成氨廠采用的壓強越大，產(chǎn)率越高，無需考慮設(shè)備、條件

【變式1-1］下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說法中正確的是（）

A.鐵作催化劑可加快反應(yīng)速率，且有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動

B.升高溫度可以加快反應(yīng)速率，且有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動

C.增大壓強能縮短到達(dá)平衡狀態(tài)所用的時間

D.合成氨采用的壓強是1x107?3x107Pa,因為該壓強下鐵觸媒的活性最高

考點02以合成氨為背景的綜合題

【例2】對于合成氨反應(yīng)，達(dá)到平衡后，以下分析正確的是（）

A.升高溫度，對正反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大

B.增大壓強，對正反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大

C.減小反應(yīng)物濃度，對逆反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大

D.加入催化劑，對逆反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大

【變式2-1】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）AH<0,673K>30Mpa下，”（Nlh）和〃（%）隨時間的變化關(guān)系如圖所示。下列說法正確

的是（）

B.d點(A時刻)和e點g時刻)處wg)不同

C.其他條件不變，773K下反應(yīng)至。時刻，”(H2)比圖中的d點的值要大

D.a點的正反應(yīng)速率比b點的小

考點03化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控

【例3】某工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)生反應(yīng)：2A(g)+B(g)M(g)AH<0。下列有關(guān)該工業(yè)生產(chǎn)的說法正確的是()

A.工業(yè)上合成M時，一定采用高壓條件，因為高壓有利于M的生成

B.若物質(zhì)B廉價易得，工業(yè)上一般采用加入過量的B以提高A和B的轉(zhuǎn)化率

C.工業(yè)上一般采用較高溫度合成M,因溫度越高，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越高

D.工業(yè)生產(chǎn)中常采用催化劑，因為生產(chǎn)中使用催化劑可提高M(jìn)的日產(chǎn)量

【變式3-1】工業(yè)合成氨的反應(yīng)為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)AH<0,該反應(yīng)應(yīng)采取的適宜條件是()

A.低溫、高壓、催化劑

B.適宜的溫度、高壓、催化劑

C.低溫、常壓、催化劑

D.適宜的溫度和壓強、催化劑

笈遒關(guān)楂測

1.合成氨工業(yè)中N2(g)+3H2(g)^2NH3(g),選擇適宜的壓強時，不需要考慮的因素是

A.反應(yīng)速率B.平衡移動C.設(shè)備成本D.催化劑活性

2.氨是一種重要的化工原料，主要用于化肥工業(yè)，也廣泛用于硝酸、純堿、制藥等工業(yè)；合成氨反應(yīng)N2(g)

+3H2(g)U2NH3(g)AH=-92.4kJ/moL下列有關(guān)合成氨反應(yīng)的說法正確的是

A.高溫條件下該反應(yīng)可以自發(fā)

B.反應(yīng)的AH=E(N-N)+3E(H-H)-6E(N-H)(E表示鍵能)

C.反應(yīng)中每消耗1mola轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目約等于2x6.02x1023

D.該反應(yīng)采用高溫高壓條件是為了增大H2的平衡轉(zhuǎn)化率

3.合成氨解決了地球上因糧食不足而導(dǎo)致的饑餓和死亡問題，下列有關(guān)工業(yè)合成氨的說法錯誤的是

A.反應(yīng)物是N?和H?B.過程屬于生物固氮

C.反應(yīng)屬于可逆反應(yīng)D.反應(yīng)條件是高溫、高壓、催化劑

1

4.工業(yè)合成氨：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)AH=-92.4kJ-mo?,一般采用700K左右的溫度，其原因是

①提高H2的平衡轉(zhuǎn)化率②適當(dāng)提高氨的合成速率③提高氨的產(chǎn)率④催化劑在700K左右時活性最大

A.只有①B.②④C.②③④D.①②

5.工業(yè)上用乙烯和水蒸氣合成乙醇的原理為CH2=CH2(g)+H2O(g)UCH3cH20H(g)。如圖是乙烯的轉(zhuǎn)化

率隨溫度、壓強的變化關(guān)系，下列說法正確的是

^3

、

郴

￡當(dāng)

昂

2250300350

溫度廣C

A.該反應(yīng)的正反應(yīng)為吸熱反應(yīng)

B.工業(yè)上采用的壓強為7MPa左右，溫度為250℃左右這是綜合考慮反應(yīng)速率和乙醇的產(chǎn)率等因素的結(jié)果

C.相同溫度下，壓強越大，乙烯的轉(zhuǎn)化率越大，平衡常數(shù)越大

D.給予足夠的壓強和適當(dāng)?shù)臏囟?，可實現(xiàn)乙烯的轉(zhuǎn)化率為100%

6.下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說法正確的是

A.從合成塔出來的混合氣體中，NH3只占15%,所以合成氨工業(yè)的效率都很低

B.由于氨易液化，容易分離，N2、比在實際生產(chǎn)中可循環(huán)利用，所以總體來說氨的產(chǎn)率較高

C.合成氨工業(yè)的反應(yīng)溫度控制在700K左右，目的是使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動

D.合成氨工業(yè)采用鐵做催化劑，是為了提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率

7.下列敘述符合工業(yè)合成氨生產(chǎn)實際的是

A.V2O5做催化劑B.NH3循環(huán)利用

C.將N2和H2從體系中分離出去D.反應(yīng)溫度由催化劑決定

8.工業(yè)合成氨的反應(yīng)為N2(g)+3H2(g)^^2NH3(g)AH<0,該反應(yīng)應(yīng)采取的適宜條件是

A.低溫、高壓、催化劑B,適宜的溫度、高壓、催化劑

C.低溫、常壓、催化劑D.適宜的溫度和壓強、催化劑

9.下列生活和生產(chǎn)中的做法或事實，與調(diào)控反應(yīng)速率無關(guān)的是()

A.牛奶放在冰箱中冷藏

B.使用加酶洗衣粉洗滌衣物

C.汽車的橡膠輪胎中要添加抑制劑

D.工業(yè)合成氨時，及時將氨氣液化分離

10.不符合工業(yè)合成氨生產(chǎn)實際的是

A.鐵觸媒作催化劑B.N2、比循環(huán)使用

C.NH3液化分離D.反應(yīng)在常壓下進(jìn)行

11.1905年德國化學(xué)家哈伯發(fā)明了合成氨的方法，他因此獲得了1918年度諾貝爾化學(xué)獎。哈伯法合成氨需

要20-50Mpa的高壓和500℃的高溫下，用鐵作催化劑，且氨的產(chǎn)率為10%?15%。2005年美國俄勒岡大

學(xué)的化學(xué)家使用了一種名為transFe(DMeOPrPE)2Cl2的鐵化合物作催化劑，在常溫常壓下合成出氨，反應(yīng)可

表示為N2+3H2=2NH3,下列有關(guān)說法正確的是()

A.不同的催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響均相同

B.哈伯法合成氨是吸熱反應(yīng)，新法合成氨是放熱反應(yīng)

C.新法合成能在常溫下進(jìn)行是因為不需要斷裂化學(xué)鍵

D.新法合成與哈伯法相比不需要在高溫條件下，可節(jié)約大量能源，極具發(fā)展愿景

12.合成氨時既要使合成氨的產(chǎn)率增大，又要使反應(yīng)速率加快，可采取的方法是()。

①減壓；