课时2.14 化学反应的调控-2021-2022学年高二化学选择性必修1精品讲义（人教版2019）

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课时 2.14 化学反应的调控

【学习目标】

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

【主干知识梳理】

一、合成氨反应的原理分析

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：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1

(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：ΔH<0，熵变：ΔS<0

(4)自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，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

原理分析：根据合成氨反应的特点，利用我们学过的影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析应如何选择反

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

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

【对点训练 1】

1、在合成氨时，要使氨的产率增大，又要使化学反应速率增大，可以采取的措施有(　　)

①增大体积使压强减小　②减小体积使压强增大　③升高温度　④降低温度　⑤恒温恒容，再充入 N2和H2

⑥恒温恒压，再充入 N2和H2　⑦及时分离产生的 NH3　⑧使用催化剂

A．②④⑤⑦ B．②③④⑤⑦⑧ C．②⑤ D．②③⑤⑧

2、对于合成氨反应，达到平衡后，以下分析正确的是(　　)

A．升高温度，对正反应的反应速率影响更大

B．增大压强，对正反应的反应速率影响更大

C．减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大

D．加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大

3、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

4、工业合成氨 N2＋3H22NH3　ΔH<0 的生产条件选择中，能用勒夏特列原理解释的是(　　)

①使用催化剂　②高温　③高压　④及时将氨气液化从体系中分离出来

A．①③ B．②③ C．③④ D．②④

5、下列事实能用勒夏特列原理解释的是(　　)

A．使用铁触媒，使 N2和H2混合气体有利于合成氨

B．由 H2(g)、I2(g)和HI(g)组成的平衡体系加压后颜色变深

C．500 ℃左右比室温更有利于合成氨的反应

D．将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应

二、工业合成氨的适宜条件

1、从压强、温度、催化剂等方面考虑合成氨的适宜条件

(1)压强

①原理分析：压强越大越好

②选用条件：目前，我国合成氨厂一般采用的压强为 10 ～ 30 MPa

③合成氨时不采用更高压强的理由：压强越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，需要的动力也越大，

这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益

(2)温度

①原理分析：低温有利于提高原料的平衡转化率

②选用条件：目前，在实际生产中一般采用的温度为 400 ～ 500 ℃

③不采用低温的理由：温度降低会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

④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；400 ～ 500 _℃ 催化剂活性最大，升高温度，催化剂活性减弱 ( 催化剂失活 )

【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

(3)催化剂

①原理分析：在高温、高压下，N2和H2的反应速率仍然很慢

②选用条件：通常采用加入以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒

③选择催化剂的理由：改变反应历程，降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快地进行反应

另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化

(4)浓度

①原理分析：在500 ℃和30 MPa 时，平衡混合物中 NH3的体积分数及平衡时 N2和H2的转化率仍较低

②采取的措施：采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去；应将 NH3分离后

的原料气循环使用，并及时补充

N 2

和

H 2，使反应物保持一定的浓度

③采取该措施的理由：分离出 NH3以促使平衡向生成

NH 3

的方向移动，此外原料气的循环使用并及时补充原

料气，既提高了原料的利用率，又提高了反应速率，有利于合成氨反应

2、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(10～30 MPa)

温度适宜温度，400～500 ℃

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 1∶2.8 的投料比，氨及时从混合气中分离

出去，剩余气体循环使用；及时补充

N 2

和

H 2

3、合成氨的工艺流程

【对点训练 2】

1、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 10～30 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最高

2、1913 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(　　)

A．①②③　　　 B．②④⑤ C．①③⑤ D．②③④

3、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

4、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________

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)。

三、工业合成适宜条件的选择

1、选择工业合成适宜条件的原则

(1)考虑参加反应的物质组成、结构和性质等本身因素

(2)考虑影响化学反应速率和平衡的温度、压强、浓度、催化剂等反应条件

(3)选择适宜的生产条件还要考虑设备条件、安全操作、经济成本等情况

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