《新高二化学暑假精品课程（人教版2019选择性必修1）》第11讲 化学反应的调控（原卷版）

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第 11 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？
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。
四、合成氨反应的条件调控
工业合成氨的适宜条件
压强 10～30 MPa
知识预习
温度 400～500 ℃
催化剂 铁触媒
浓度 N2和H2的物质的量之比为 1∶2.8 的投料比，氨及时从混合气中分离出去
思考与交流
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
【变1-1】（2021·全国高二单元测试）关于合成氨工业的下列说法正确的是（ ）
A．从合成塔出来的气体，其中氨气一般占 15%，所以生产氨的工业效率都很低
B．由于易液化， 、 可循环使用，则总的说来，氨的产率很高
C．合成氨工业的反应温度控制在 400~500℃左右，目的是使平衡向正反应方向进行
D．合成氨工业采用 ，是因为该条件下催化剂的活性最好
【变1-2】（2021·全国高一单元测试）下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是
A．使用铁触媒，使和 混合气体有利于合成氨
B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应
C．700K 左右比室温更有利于合成氨的反应
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？
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