第12講 化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控 （學(xué)生版）【暑假?gòu)澋莱嚒?024年新高二化學(xué)暑假講義+習(xí)題（人教版2019選擇性必修1）

第12講化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控1.通過工業(yè)合成氨適宜條件的選擇與優(yōu)化，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.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(huì)化學(xué)反應(yīng)原理的應(yīng)用價(jià)值。一、合成氨條件的理論選擇1.合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)合成氨反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298K時(shí)：ΔH＝－92.4kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1。(1)自發(fā)性：常溫(298K)下，ΔH－TΔS<0，能進(jìn)行。(2)可逆性：反應(yīng)為反應(yīng)。(3)熵變：ΔS<0，正反應(yīng)是氣體體積的反應(yīng)。(4)焓變：ΔH<0，是反應(yīng)。2．原理分析根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)，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(qǐng)?zhí)顚懴卤?。條件提高反應(yīng)速率提高平衡轉(zhuǎn)化率壓強(qiáng)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(qiáng)下(初始時(shí)N2和H2的體積比為1∶3)，平衡混合物中氨的含量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，提高反應(yīng)速率的條件是溫度、壓強(qiáng)；提高平衡混合物中氨的含量的條件是溫度、壓強(qiáng)。二者在這一措施上是不一致的。實(shí)驗(yàn)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(1)壓強(qiáng)①原理分析：。②選用條件：目前，我國(guó)合成氨廠一般采用的壓強(qiáng)為10～30MPa。③合成氨時(shí)不采用更高壓強(qiáng)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(shí)際生產(chǎn)中一般采用的溫度為℃。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?yàn)椤?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。③選擇催化劑的理由：。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(shí)，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(shí)N2和H2的轉(zhuǎn)化率仍。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(shí)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(shí)，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(dòng)，此外原料氣的循環(huán)使用并及時(shí)補(bǔ)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(qiáng)MPa溫度℃催化劑使用作催化劑濃度液化氨并及時(shí)分離，補(bǔ)充原料氣并循環(huán)利用[n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8]3．合成氨的工藝流程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(qiáng)、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(jì)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(huì)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)溫度的限制考點(diǎn)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、H2在實(shí)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(dòng)D．合成氨廠采用的壓強(qiáng)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(dòng)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(dòng)C．增大壓強(qiáng)能縮短到達(dá)平衡狀態(tài)所用的時(shí)間D．合成氨采用的壓強(qiáng)是1×107～3×107Pa，因?yàn)樵搲簭?qiáng)下鐵觸媒的活性最高考點(diǎn)02以合成氨為背景的綜合題【例2】對(duì)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(duì)正反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大B．增大壓強(qiáng)，對(duì)正反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大C．減小反應(yīng)物濃度，對(duì)逆反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大D．加入催化劑，對(duì)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(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有重要的意義。對(duì)于密閉容器中的反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0,673K、30MPa下，n(NH3)和n(H2)隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是()A．c點(diǎn)處反應(yīng)達(dá)到平衡B．d點(diǎn)(t1時(shí)刻)和e點(diǎn)(t2時(shí)刻)處n(N2)不同C．其他條件不變，773K下反應(yīng)至t1時(shí)刻，n(H2)比圖中的d點(diǎn)的值要大D．a(chǎn)點(diǎn)的正反應(yīng)速率比b點(diǎn)的小考點(diǎn)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)ΔH<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(shí)，一定采用高壓條件，因?yàn)楦邏河欣贛的生成B．若物質(zhì)B廉價(jià)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?yàn)樯a(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)ΔH<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(qiáng)、催化劑1．合成氨工業(yè)中N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)，選擇適宜的壓強(qiáng)時(shí)，不需要考慮的因素是A．反應(yīng)速率 B．平衡移動(dòng) 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)2NH3(g)

ΔH=-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ΔH=E(N-N)＋3E(H-H)-6E(N-H)(E表示鍵能)C．反應(yīng)中每消耗1molH2轉(zhuǎn)移電子的數(shù)目約等于2×6.02×1023D．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(cuò)誤的是A．反應(yīng)物是和 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4．工業(yè)合成氨：，一般采用700K左右的溫度，其原因是①提高的平衡轉(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(shí)活性最大A．只有① B．②④ C．②③④ D．①②5．工業(yè)上用乙烯和水蒸氣合成乙醇的原理為。如圖是乙烯的轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)的變化關(guān)系，下列說法正確的是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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)和適當(dāng)?shù)臏囟龋蓪?shí)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、H2在實(shí)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(dòng)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(shí)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

，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(qiáng)、催化劑9．下列生活和生產(chǎn)中的做法或事實(shí)，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(shí)，及時(shí)將氨氣液化分離10．不符合工業(yè)合成氨生產(chǎn)實(shí)際的是A．鐵觸媒作催化劑 B．N2、H2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(guó)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(jiǎng)。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(guó)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(duì)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?yàn)椴恍枰獢嗔鸦瘜W(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(shí)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；②加壓；③升溫；④降溫；⑤及時(shí)從平衡混合氣中分離出NH3；⑥補(bǔ)充N2或H2；⑦加催化劑；⑧減小N2或H2的量A．③④⑤⑦ B．②④⑥ C．僅②⑥ D．②③⑥⑦13．合成氨反應(yīng)為

。下列有關(guān)該反應(yīng)的說法正確的是A．催化劑增大了正、逆反應(yīng)的活化能B．升高溫度，該反應(yīng)的平衡常數(shù)增大C．正反應(yīng)的活化能小于逆反應(yīng)的活化能D．反應(yīng)在高溫、高壓和催化劑條件下進(jìn)行可提高的平衡轉(zhuǎn)化率14．工業(yè)上合成氨一般采用700K左右的溫度，其原因是（

）①適當(dāng)提高合成氨的速率

②提高H2的轉(zhuǎn)