1、第四节化学反应的调控基础课时8化学反应的调控学 习 任 务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
2、结果压强高压高压高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
3、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，高压更有利于合成氨，但压强太大，对设备、动力的要求更高，因此一般选择10 MPa30 MPa，D项错误。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(10 MPa30 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
4、中分离出去2问题讨论(1)压强：目前，我国的合成氨厂一般采用的压强为10 MPa30 MPa，不采用更高压强的理由是压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高、需要的动力也越大。(2)温度：升高温度能提高化学反应速率，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。(正确的打“”，错误的打“”)(1)充入的N2越多
5、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。()工业上选择适宜生产条件的原则自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1 000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，但是，压
6、强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，需要的动力也越大，目前，我国的合成氨厂一般采用的压强为10 MPa30 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，但是温度过低使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很不经济的，所以在实际生产中一般采用的温度为400500 (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？使用的催化剂一般是什么？提示为了加快反应速率。工业合成氨普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂(又称
7、铁触媒)。1从可逆性、反应前后气态物质系数的变化、焓变三个角度分析化学反应的特点。2根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响；从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况，选出适宜的外界条件。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剂无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
8、平衡，选取适宜的压强1(2021广州三中高二月考)恒温下，容器中发生反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)，增大压强使容器体积缩小时，化学反应速率加快，其主要原因是()A改变反应的路径，使反应所需的活化能降低B反应物分子的能量增加，活化分子百分数增大；有效碰撞次数增多C活化分子百分数未变，但单位体积内活化分子数增加，有效碰撞次数增多D分子间距离减小，使所有的活化分子间的碰撞都成为有效碰撞C增大压强不能改变反应的路径，降低所需的活化能，A错误；增大压强不能增加反应物分子的能量，不能增加活化分子百分数，但有效碰撞次数增多，B错误；增大压强缩小体积，活化分子百分数未变，但单位体积内活化分子数增加
9、，有效碰撞次数增多，所以反应速率加快，C正确；活化分子间的碰撞不一定是有效碰撞，只有取向合适才能发生反应，才是有效碰撞，D错误。2(2021辽宁省实验中学高二月考)某工业生产中发生反应：2A(g)B(g)2M(g)H0。下列有关该工业生产的说法正确的是()A工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成B若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B以提高A和B的转化率C工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高D工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高M的日产量D工业上合成M可能采用常压，如H2SO4工业中SO3的生成；加入过量B只能提高A的转化率，B的转
10、化率降低；温度越高，平衡逆向移动，反应物的转化率降低；使用催化剂可降低反应的活化能，提高反应速率。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
11、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10 MPa30 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、材料的要求高，投资大，这样在工业生产中是很不经济的。(3)考查压强、温度对化学平衡的影响。答案(1)NH3(2)BC(3)ca1(2021江苏中学高二月考)在一定条件下，合成氨反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol1，反应达到平衡后，下列说法正确的是()A升高温度，正反应速率加
12、快，逆反应速率减小，平衡正向移动B增大压强，平衡正向移动C减小反应物浓度，平衡正向移动D加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大，平衡正向移动B升高温度，正、逆反应速率均增大，且为放热反应，平衡逆向移动，A错误；合成氨反应为气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，B正确；减小反应物浓度，平衡逆向移动，减小生成物浓度可使平衡正向移动，C错误；催化剂可同等程度增大正、逆反应速率，平衡不移动，D错误。2工业合成氨N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0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，
13、以及改变某因素平衡向减弱这方面移动，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，有利于向生成物的方向进行，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。3(2021浙江嘉兴月考)煤的液化可获得乙醇：2CO(g)4H2(g)C2H5OH(l)H2O(l)H1 709.2 kJmol1。下列说法正确的是()A反应物的总能量小于生成物的总能量B升高温度可增大活化分子的数目及有效碰撞频率，因而温度越高越利于获得乙醇C使用合适的催化剂、增大压强均有利于提高原料的平衡转化率D在绝热密闭容器中进行时
14、，容器中温度不再改变则说明已达平衡状态D正反应为放热反应，反应物总能量大于生成物总能量，A错误；正反应为放热反应，则升高温度，平衡逆向移动，不利于获得乙醇，B错误；催化剂不改变平衡移动，不能提高原料的转化率，C错误；在绝热密闭容器中进行时，容器中温度不变，说明正、逆反应速率相等，达到平衡状态，D正确。4(2021辽宁省实验中学高二月考)低温脱硝技术可用于处理废气中的氮氧化物，发生的化学反应为2NH3(g)NO(g)NO2(g) 2N2(g)3H2O(g)H0。在恒容的密闭容器中，下列有关说法正确的是()A平衡时，其他条件不变，升高温度可使该反应的平衡常数增大B单位时间内消耗NH3和N2的物质的
15、量比为11时，反应达到平衡C平衡时，其他条件不变，增加NH3的浓度，逆反应速率将减小，平衡常数减小D其他条件不变，使用高效催化剂，废气中氮氧化物的平衡转化率增大B焓变为负，为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，A错误；单位时间内消耗NH3和N2的物质的量比为11时，可知不同物质的正、逆反应速率之比等于化学计量数之比，则反应达到平衡状态，B正确；增加NH3的浓度，瞬间正反应速率增大、逆反应速率不变，K与温度有关，则逆反应速率增大至不变，平衡常数不变，C错误；催化剂不影响平衡移动，则使用高效催化剂，废气中氮氧化物的平衡转化率不变，D错误。5合成氨工业的原料气中含有少量CO，CO会使催化剂
16、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，醋酸铜氨溶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
