《新高二化学暑假精品课程（人教版选修4）》第12讲 化学反应的调控 （解析版）

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第 12 讲 化学反应的调控
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钢铁生产是十七世纪从英国开始的第一次产业革命的两大产业
之一。高炉炼铁的主要反应是：
Fe2O3+3CO
高温
2Fe+3CO2
其中 CO 的反应是
C+O2
点燃
CO2 ** Expression is faulty **
CO2+C
高温
2CO ②
炼制 1吨生铁所需焦炭的实际用量，远高于按照化学方程式计算所需的量，且从高炉炉顶出来的
气体中含有没有利用的 CO 气体。开始，炼铁工程师们认为是因为 CO 与铁矿石接触不充分，于是设法
增加高炉的高度。然而，令人吃惊的是，高炉增高后，高炉尾气中的比例竟然没有改变。这成了炼铁技
术中的科学悬念。有关人士一直在探究其中的原因，直到十九世纪下半叶，法国科学家勒夏特列经过深
入的研究，才将这一迷底解开。原来，产生上述现象的原因是反应②是一个可逆反应，并且至上而下发
生在高炉中有焦炭的地方。后来的研究说明，在高炉中 Fe2O3和CO 反应也不能全部转化为 Fe 和CO2。
那么，有什么方法可以对化学反应进行调控，让其尽可能多地转化为目标产物呢？
1
一、合成氨反应的原理分析
工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol-1
根据合成氨反应的特点，应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量？
请填入下表。
对合成氨反应的影响 影响因素
浓度 温度 压强 催化剂
增大合成氨的反应速率
提高平衡混合物中氨的含量
二、合成氨反应的数据分析
下表的实验数据是在不同温度、压强下，平衡混合物中氨的含量的变化情况(初始时氮气和氢气的体积比是
1：3)。
温度/℃ 氨的含量/%
0.1MPa 10MPa 20MPa 30MPa 60MPa 100MPa
200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8
300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
600 0.05 4.50 9.1 13.8 23.1 31.4
思考与交流：合成氨的反应，应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨
的含量？
思考与交流：综合上述两个方面，分析增大合成氨的反应速率与提高平衡混合物中氨的含量所应采取
的措施是否一致。在实际生产中到底选择哪些适宜的条件呢?
三、调控化学反应需考虑的问题
1．反应限度：要考虑尽量增大反应物的__________，充分利用原料。
2．反应速率：要选择较快的____________，提高单位时间内的产量。
3．生产要求：要考虑设备的要求和技术条件。
【答案】转化率 反应速率
四、合成氨反应的条件调控
知识预习
2
条件选择 原因解释
向反应器中注入过量 N2
将氨液化，并移去液氨
在高压下进行反应
在较高温度下进行反应
采用适当的催化剂
【答案】提高 H2的转化率 提高反应物的转化率 提高反应速率并提高反应物的转化率 提高反
应速率 提高反应速率
思考与交流
【答案】（1）压强越大，对设备的要求越高、成本越高。
（2）①合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率降低。
400②～500℃催化剂活性最大，升高温度，催化剂活性减弱甚至失活。
题型一：合成氨的条件调控
【例1】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 2×107～5×107 Pa 的压强
【答案】B
【解析】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。
对点训练
（1）工业上合成氨为什么不采用更高压强？
（2）工业上合成氨为什么不采用更高温度？
3
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