1、第四节化学反应的调控发展目标体系构建1.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。2.知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义。一、合成氨反应的限度、速率1合成氨反应的特点合成氨反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)。已知298 K时：H92.4 kJmol1，S198.2 Jmol1K1。(1)可逆性：反应为可逆反应。(2)体积变化：正反应是气体体积缩小的反应。(3)焓变：H0，熵变：S0。(4)自发性：常温(298 K)下，HTS0，能自发进行。2提高合成氨反应速率和平衡转化率的条件比较条件提高反应速率提高平衡转化率综合结果压强高压高压高
2、压温度高温低温兼顾速率和平衡，且考虑催化剂活性催化剂使用无影响使用浓度增大反应物浓度增大反应物浓度，降低生成物浓度增大反应物浓度，且不断减少生成物浓度二、工业合成氨的适宜条件1工业合成氨的适宜条件外部条件工业合成氨的适宜条件压强根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强(1030 MPa)温度适宜温度，400500 催化剂使用铁触媒做催化剂浓度N2和H2的物质的量之比为12.8的投料比，氨及时从混合气中分离出去2.问题讨论(1)压强：目前我国合成氨厂一般采用的压强在1030 MPa，不采用更高压强的理由是：压强越大，对设备的要求越高、需要的动力越大。(2)温度：升高温度能提高化学反应速率，
3、但工业合成氨温度不能太高的理由是：合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率降低。400500_催化剂活性最大，升高温度，催化剂活性减弱。微点拨：工业生产中，必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。1判断正误(正确的打“”，错误的打“”)。(1)充入的N2越多越有利于NH3的合成。()(2)恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成。()(3)工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行。()(4)合成氨反应只有在催化剂的条件下才能增加转化率。(
4、)2在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列操作与平衡移动无关的是()A不断将氨分离出来B使用催化剂C采用500 左右的高温而不是700 的高温D采用21075107 Pa的压强B把氨分离出来是减小生成物浓度，有利于平衡右移；合成氨反应是放热反应，较低温度利于反应向右进行，同时该反应是气体物质的量减小的反应，尽可能采取高压利于正反应，A、C、D都符合平衡移动原理，而使用催化剂仅是为增大反应速率，与平衡无关。3合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨生产示意图如图所示。(1)X的化学式为_。(2)图中条件选定的主要原因是_(填字母编号)。A温度、压强对化学平衡的影响B铁触媒在该温
5、度时活性大C工业生产受动力、材料、设备等条件的限制(3)改变反应条件，会使平衡发生移动。如图表示随条件改变，氨气的百分含量的变化趋势。当横坐标为压强时，变化趋势正确的是_，当横坐标为温度时，变化趋势正确的是_(填字母编号)。解析(1)原料气N2和H2经一定条件下的反应，生成的NH3(X)冷却后从设备中分离出来，同时尾气中含有的N2(Y)和H2(Y)进行循环利用。(2)温度选择在500 并不是从化学平衡的影响分析的，而是因为催化剂在此温度时活性大，而且还可以适当提高化学反应速率，压强选择2050 MPa是从化学平衡理论分析的，压强越大，平衡向生成NH3的方向移动，但不能过大，因为压强过大，对设备
6、、材料的要求高，投资大，这样就不经济。(3)考查压强、温度对化学平衡的影响。答案(1)NH3(2)B、C(3)ca工业上选择适宜生产条件的原则(素养养成宏观辨识与微观探析)自1784年发现氨以后，人们一直在研究如何利用化学方法由氮气和氢气合成氨，但直到1913年才实现了合成氨的工业化生产，经过研究人员的努力，几十年后建造了日产氨1000吨的大型装置。问题1工业生产中增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？为什么？提示：不是。因为温度一定时，增大混合气体的压强对合成氨的速率和平衡都有利，但压强越大需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，一般采用1
7、030 MPa。问题2既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？为什么？提示：不是。因为从平衡的角度考虑，合成氨低温有利，但是温度过低反应速率很慢，需要很长时间才能达到平衡，很不经济，所以实际生产中，采用500 左右的适宜温度(在此温度时催化剂的活性最大)。问题3在合成氨工业中要使用催化剂，既然催化剂对化学平衡的移动没有影响，为什么还要使用呢？提示：为了加快反应速率，采用以铁为主的催化剂。外界条件有利于加快速率的条件控制有利于平衡正向移动的条件控制综合分析结果浓度增大反应物的浓度增大反应物的浓度、减小生成物的浓度不断地补充反应物、及时地分离出生成物催化剂加合适的催化
8、剂不需要加合适的催化剂温度高温H0低温兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度H0高温在设备条件允许的前提下，尽量采取高温并考虑催化剂的活性压强高压(有气体参加)g0高压在设备条件允许的前提下，尽量采取高压g0低压兼顾速率和平衡，选取适宜的压强1在一定条件下，对于密闭容器中的反应：N23H22NH3，下列说法正确的是()A当氮气和氢气投料比(物质的量之比)为13时，达到平衡时氨的体积分数最大B增加铁触媒的接触面积，不可能提高合成氨工厂的年产量C达到平衡时，氢气和氨气的浓度比一定为32D分别用氮气和氢气来表示该反应的转化率时，数值大小一定相同A当氮气和氢气投料比为13时，v(N2)v(H2)13，两
9、种原料的转化率相同，故达到平衡时氨的体积分数最大，A正确；增加铁触媒的接触面积，加快反应速率，可以提高合成氨工厂的年产量，B错误；平衡时，物质的浓度关系取决起始量和转化率，所以到平衡时，H2和NH3的浓度比不一定为32，C错误；反应速率之比等于化学计量数之比，因化学计量数不同，则反应速率的数值不同，D错误。2下列有关合成氨工业的说法中正确的是()A铁做催化剂可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动B升高温度可以加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动C增大压强能缩短到达平衡状态所用的时间D合成氨采用的压强是1030 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最高C催化剂可以改变反应速率
10、，但不能使平衡移动，只能缩短反应达到平衡所需的时间，A项错误；升高温度可以加快反应速率，但合成氨反应是放热反应，因此升高温度不利于化学平衡向合成氨的方向移动，B项错误；增大压强能加快反应速率，缩短到达平衡状态所用的时间，C项正确；催化剂的活性取决于温度的高低，而非取决于压强的大小，D项错误。11913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列所示是哈伯法的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是()ABCDB操作均有利于合成氨的化学平衡向右移动，提高转化率。2下列有关合成氨工业的说法中，正确的是()A从合成塔出来的混合气体中，其中NH3
11、只占15%，所以合成氨厂的产率都很低B由于氨易液化，N2、H2在实际生产中可循环使用，所以总体来说合成氨的产率很高C合成氨工业的反应温度控制在500 左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动D合成氨厂采用的压强越大，产率越高，无需考虑设备、条件B合成氨的反应在适宜的生产条件下达到平衡时，原料的转化率并不高，但生成的NH3分离出后，再将未反应的N2、H2循环利用，这样处理后，可使氨的产率较高，A项错误，B项正确；合成氨工业选择500 左右的温度，主要从反应速率和催化剂活性两方面考虑，合成氨的反应是放热反应，低温才有利于平衡向正反应方向移动，C项错误；不论从反应速率还是化学平衡考虑，高压更有利于合成
12、氨，但压强太大，对设备、动力的要求更高，因此选择2050 MPa，D项错误。3工业合成氨N23H22NH3H0的生产条件选择中，能用勒夏特列原理解释的是()使用催化剂高温高压及时将氨气液化从体系中分离出来ABCDC使用勒夏特列原理，研究的对象是可逆反应，以及改变某因素平衡向削弱这方面移动，催化剂对化学平衡无影响，故错误；正反应方向是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向进行，不利于生成氨气，故错误；增大压强，有利于向正反应方向进行，故正确；从体系中分离出氨气，减少生成物浓度，有利于向氨气生成的方向进行，故正确。4合成氨工业的原料气中含有少量CO，CO会使催化剂失去催化能力(催化剂中毒)，因此，在进入合成塔前必须将其除去。一般用醋酸二氨合铜溶液来吸收原料气中的CO，其反应为Cu(NH3)2AcCONH3Cu(NH3)3COAc(正反应为放热反应)。(1)醋酸二氨合铜吸收CO的生产适宜条件是_。(2)吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过处理后可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用，醋酸铜氨液再生的生产适宜条件是_。解析(1)醋酸二氨合铜吸收CO反应为气体体积减小的放热反应，降低温度或增大压强平衡向吸收CO的方向移动，故应采用低温、高压作为生产条件。(2)放出CO的反应正好和吸收CO的反应相反，应采用高温、低压作为生产条件。答案(1)低温、高压(2)高温、低压