1、章末复习课专题2主题整合践行素养以“合成氨”为例复习化学反应速率与化学平衡1化学反应速率化学反应速率表示方法：v c t单位：molL1s1或molL1min1简单计算公式法化学计量数之比法影响因素内因：反应物结构、性质（活化分子）外因浓度：c增大，v增大压强：有气体参加的反应，p增大，v增大温度：T升高，v增大催化剂：一般加快反应速率2化学反应的方向化学反应进行的方向焓判据：使体系能量降低的方向，就是反应容易进行的方向。熵判据：使体系熵增大的方向，就是反应容易进行的方向。综合判据（GHT S）G0，反应自发进行G0，反应不能自发进行G0，反应达到平衡3化学反应的限度及化学平衡的移动氨是化肥工
2、业和基本有机化工的主要原料。用氨可加工成硝酸，现代化学工业中，常将硝酸生产归属于合成氨工业范畴。合成氨工业在 20 世纪初期形成，开始用氨作炸药工业的原料，为战争服务；第一次世界大战结束后，转向为农业、工业服务。合成氨的反应如下：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol1，S198.2 JK1mol1。1化学反应方向的判断(1)由化学方程式可判断，反应的熵变是增加的还是减小的？根据熵变判断反应是否自发？提示：反应是气体系数减小的反应，所以反应的熵变S0，大部分熵减小的反应不自发，所以从熵变来看反应不自发。(2)如果合成氨反应常温下能自发，根据(1)的分析判断，反应为什么能自发
3、？提示：熵变不能自发，所以只能从焓变上看自发，即反应的H0，且焓变起决定性作用。(3)从(1)(2)看反应的 S0，H0，二者符号相同，请问二者符号相同时根据综合判断，依据什么条件起决定作用？提示：二者符号相同时温度起决定作用。(4)已知 HT S0 时反应能自发，其中 T 的单位为 K，T(K)273.15t()，合成氨反应的 H92.4 kJmol1，S198.2 JK1mol1，试根据以上依据计算反应温度是多少 K 时反应能自发(小数点后保留两位有效数字)?提示：根据公式代入数据可得 T465.19 K。2根据化学反应速率选择反应条件(1)从加快反应速率的角度分析，合成氨反应中反应物浓度
4、、压强如何选择？提示：压强越大，反应物浓度越大，正反应速率越大，所以应该选择增大反应物浓度和高压。(2)从加快反应速率的角度分析，合成氨反应中温度应如何选择？提示：温度越高，反应速率越快，所以应选择高温。(3)从加快反应速率的角度分析，是否需要选择催化剂？提示：需要。催化剂能加快反应速率。3根据化学平衡移动选择反应条件(1)为了让平衡向正反应方向进行，从温度的角度分析选择什么样的温度？和根据反应速率的选择是否一致？提示：反应的焓变 H0，所以低温有利于反应向正反应方向进行。和反应速率的选择正好相反。(2)为了让平衡向正反应方向进行，从压强的角度分析选择什么样的压强？和根据反应速率的选择是否一致
5、？提示：合成氨反应是气体体积较小的反应，所以加压有利于反应向正反应方向移动。和根据反应速率的选择是一致的。(3)为了让平衡向正反应方向进行，从浓度的角度分析应该如何操作？提示：可以增加反应物浓度和及时分离出氨气。(4)化学平衡的移动是否和催化剂有关？提示：没有关系。催化剂只改变反应的速率，并不改变反应的平衡。4综合条件的选择(1)根据以上分析，从化学反应速率和化学平衡的角度分析合成氨应该选择怎样的浓度、压强、温度和催化剂？提示：浓度：因为增大反应物浓度，及时分离出生成的氨气，能提高反应速率或使平衡正向移动。压强：无论从反应速率还是化学平衡考虑，压强越大越有利于合成氨。但压强太大，动力消耗大，对
6、设备的质量和制造水平要求高，故必须综合考虑。目前我国合成氨厂一般采用的压强在1030 MPa之间。温度：对于放热反应，升温可提高反应速率，但转化率降低，若温度太低，反应速率又太慢，综合考虑以500 左右为宜。而且在此温度下催化剂活性最大。催化剂：加快反应速率但不影响平衡，可以提高单位时间内氨的产量。目前工业上多以铁触媒为催化剂。(2)从节约成本上分析，合成氨应进行哪些操作？提示：生产中常使廉价易得的原料适当过量，以提高另一原料的利用率。因此生产中常适当增加N2的比例。另外可以把反应后的混合气体再通入合成塔进行二次应用。应用实践提升素养1(2021北京东城区高二检测)下表的实验数据是在不同温度和
7、压强下，平衡混合物中 NH3 含量的变化情况，达到平衡时平衡混合物中 NH3 的含量(体积分数)投料V(N2)V(H2)13(1)比较 200 和 300 时的数据，可判断升高温度，平衡向_方向移动，正反应方向为_(填“吸热”或“放热”)反应。(2)根据平衡移动原理，合成氨适宜的条件是_。A高温高压 B高温低压C低温高压D低温低压(3)计算 500、30 MPa 时，N2 的转化率为_。(4)实际工业生产氨时，考虑浓度对化学平衡的影响及 500 对反应速率的影响，还采取了一些措施。请分别写出其中的一个措施：_。【解题指南】解答本题注意以下两点：(1)抓住本反应的反应特点。(2)把外界条件对化学
8、反应速率和化学平衡的影响和实际情况结合起来。【解析】(1)表中数据表明：恒压时，升高温度，w(NH3)减小，说明平衡逆向移动，则正反应为放热反应。(2)由反应 N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0，合成氨适宜条件是低温、高压，此时平衡右移，反应物转化率增大。(3)假设 N2 的用量为 1 mol，H2 的用量为 3 mol，N2 的消耗量为 x mol，则：N2(g)3H2(g)2NH3(g)初始量(mol)1 3 0转化量(mol)x 3x 2x平衡量(mol)1x 33x 2x得：2x2x（1x）（33x）100%26.4%x0.418，(N2)0.418 mol1 mol100%41
9、.8%。(4)增大反应物浓度或降低产物浓度有利于平衡右移；低温时虽然有利于化学反应正向进行，但速率较小，为提高化学反应速率，500 时加入合适的催化剂(铁触媒)，既提高化学反应速率，又使铁触媒的催化性能最好。答案：(1)逆反应 放热 (2)C(3)41.8%(4)加过量 N2 或及时从平衡体系中移走 NH3，选择合适的催化剂(如铁触媒)2(1)工业上合成氨的原料之一氢气，有一种来源是石油气，如丙烷。有人设计了以下反应途径(反应方程式未配平)，假设反应都能进行，你认为最合理的是_；按以上最合理的反应途径，理论上用 1 mol 丙烷最多可制得_NH3；A4 mol B6.7 molC10 mol
10、D2.7 mol该合理的反应途径最显著的优点是_；A简单易行 B制得的 H2 纯度高C制得的 H2 产量高D可同时获得大量热量(2)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，CH3COO简写为 Ac，其反应为 Cu(NH3)2AcCONH3Cu(NH3)3AcCO(正反应为放热反应)醋酸二氨合铜吸收 CO 的生产适宜条件是_；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)要分析得出哪种反应方式生成的 H2 最多，配平反应的化学方程式如下：AC3H83C4H2。BC3H8C3H6H2。CC3H83H2O3CO7H2，生成的 CO 又能和 H2O 反应：COH2OCO2H2。当 C3H8 均为 1 mol 时，C 选项的途径中产生 H2 最多。