2.4化学反应的调控 学案(含答案)

2.4化学反应的调控 学案（含答案）

第四节第四节化学反应的调控化学反应的调控核心素养发展目标

1.变化观念与平衡思想知道如何应用化学反应速率和化学平衡分析合成氨的适宜条件，体会应用化学原理分析化工生产条件的思路和方法。

2.科学态度与社会责任认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要应用，探索最适宜的化工生产条件。

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N2g3H2g2NH3g。已知298K时H

92.4kJmol1，S1

98.2Jmol1K1。

1自发性常温298K下，HTS0，能自发进行。

2可逆性反应为可逆反应。

3体积变化熵变S0，正反应是气体体积缩小的反应。

4焓变H0，是放热反应。

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2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，请填写下表。

条件提高反应速率提高平衡转化率压强增大压强增大压强温度升高温度降低温度催化剂使用无影响浓度增大反应物浓度增大反应物浓度，降低生成物浓度

3.数据分析根据课本表22在不同温度和压强下初始时N2和H2的体积比为13，平衡混合物中氨的含量实验数据分析，提高反应速率的条件是升高温度.增大压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是降低温度.增大压强。二者在温度这一措施上是不一致的。实验数据的分析与理论分析的结论是一致的。

1在合成氨的实际生产中，温度越低，压强越大越好2在合成氨中，加入催化剂能提高原料的转化率3催化剂在合成氨中质量没有改变，因此催化剂没有参与反应4增大反应物的浓度，减少生成物的浓度，可以提高氨气的产率5合成氨中在提高速率和原料的转化率上对温度的要求是一致的答案12345在工业合成硫酸中，其中一步反应为2SO2gO2gV2O52SO3gH1

96.6kJmol11根据反应特点，利用原理分析，增大反应速率的措施有，增大原料转化率的措施有。

答案增大SO2和O2的浓度，增大压强，升高温度，选用合适的催化剂增大压强，降低温度合理即可2利用下表实验数据回答问题温度平衡时SO2的转化率

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1105Pa5105Pa1106Pa5106Pa1107Pa450

97.5

98.9

99.2

99.6

99.7550

85.6

92.9

94.9

97.7

98.3应选择的温度是，理由是。

应采用的压强是，理由是。

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答案450该反应是放热反应，升高温度，转化率降低；在450反应物转化率较高1105Pa该压强下SO2的转化率已经很高，若采用较大的压强，SO2的转化率提高很少，但需要的动力更大，对设备的要求更高选择适宜工业生产条件的流程1分析反应特点。主要分析反应的方向性.可逆性.反应热和熵变等。

2原理分析。根据反应特点，利用影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析增大反应速率.提高原料转化率的反应条件。

3根据实验数据进一步分析反应条件，确定适宜条件的范围及催化剂的筛选。

4根据工业生产的实际情况.经济效益及环保要求等最终确定适宜的条件。

二.工业合成氨的适宜条件1问题讨论1压强原理分析压强越大越好。

选用条件目前，我国合成氨厂一般采用的压强为1030MPa。

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温度原理分析低温有利于提高原料的平衡转化率。

选用条件目前，在实际生产中一般采用的温度为400500。

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

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业生产中是很不经济的。

合成氨反应一般选择400500进行的又一重要原因为铁触媒在500左右时的活性最大。

3催化剂原理分析在高温.高压下，N2和H2的反应速率仍然很慢。

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。

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浓度原理分析在500和30MPa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。

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N2和H2，使反应物保持一定的浓度。

采取该措施的理由分离出NH3以促使平衡向生成NH3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。

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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1030MPa温度400500催化剂使用铁触媒作催化剂浓度氨及时从混合气中分离出去，剩余气体循环使用；及时补充N2和H2

3.合成氨的工艺流程4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。

4选择适宜的生产条件还要考虑环境保护及社会效益等方面的规定和要求。

1在合成氨中，为增加H2的转化率，充入的N2越多越好2工业合成氨的反应是H0.S”或“”0。

实际生产条件控制在250.1.3104kPa左右，选择此压强的理由是。

答案在250.1.3104kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强，CO的转化率提高不大，而生产成本增加，经济效益低解析从图像来看，随着温度的升高，CO的转化率变小，故H0，综合温度.压强对CO转化率的影响来看，在压强

1.3104kPa下，CO的转化率已经很大，再增大压强，CO的转化率提高不大，但对设备和材料的要求更高，需要的动力更大，会增加投资和能量消耗，不经济。

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2丙烯腈CH2CHCN是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛CH2CHCHO和乙腈CH3CN等。回答下列问题以丙烯.氨.氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈C3H3N和副产物丙烯醛C3H4O的热化学方程式如下C3H6gNH3g32O2gC3H3Ng3H2OgH515kJmol1C3H6gO2gC3H4OgH2OgH353kJmol11两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是；2有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是；3提高丙烯腈反应选择性的关键因素是。

答案1两个反应均为放热量大的反应2降低温度.降低压强3催化剂解析因为生成产物丙烯腈和丙烯醛的两个反应均为放热量大的反应，所以它们均可自发进行且热力学趋势大；反应为气体体积增大的放热反应，所以降低温度.降低压强有利于提高丙烯腈的平衡产率；由生成丙烯腈的反应条件可知，提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化剂。

选择化工生产适宜条件的分析角度分析角度原则要求从化学反应速率分析既不能过快，又不能太慢从化学平衡移动分析既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性从原料的利用率分析增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本从实际生产能力分析如设备承受高温.高压能力等从催化剂的使用活性分析注意催化剂的活性对温度的限制随堂演练知识落实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，可以采取的措施有增大体积使压强减小减小体积使压强增大升高温度降低温度恒温恒容，再充入N2和H2恒温恒压，再充入N2和H2及时分离产生的NH3使用催化剂ABCD答案C解析根据题目要求，既要满足增大速率，又要满足使化学平衡向右移动。从反应速率角度分析，三种条件下化学反应速率降低；条件下化学反应速率不变。从平衡移动角度分析条件下化学平衡向右移动；条件下化学平衡不移动。

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2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H2g.I2g和HIg组成的平衡体系加压后颜色变深C500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答案D解析

A.B两项，改变条件平衡均不移动，不能用勒夏特列原理解释；C项，根据勒夏特列原理，温度越低，NH3的转化率越高，采取500左右，主要考虑催化剂的活性和反应速率问题；D项，将混合气体中的氨液化，相当于减小了生成物的浓度，平衡正向移动，有利于合成氨反应。

3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答案B解析A项，合成氨反应的正反应是放热反应，升高温度，正.逆反应的反应速率都增大，但是温度对吸热反应的速率影响更大，所以对该反应来说，对逆反应的反应速率影响更大，错误；B项，合成氨的正反应是气体体积减小的反应，增大压强，对正反应的反应速率影响更大，正确；C项，减小反应物浓度，使正反应的速率瞬间减小，由于生成物的浓度没有变化，所以逆反应速率瞬间不变，然后逐渐减小，故减小反应物浓度，对正反应的反应速率影响更大，错误；D项，加入催化剂，对正.逆反应的反应速率的影响相同，错误。

42021保定高二检测对于合成氨反应N2g3H2g2NH3gHp2，由p1p2，减小压强，化学平衡左移，NH3的体积分数应降低，错误；B项，由于此反应H0，故升温平衡左移，N2的转化率降低，错误；C项，增大N2的量，会使正反应速率瞬间增大，使化学平衡右移，正确；D项，使用催化剂，能加快反应速率，缩短到达平衡的时间，错误。

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5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，其反应为CuNH32AcaqCOgNH3gCuNH33COAcaq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，醋酸铜氨液再生的生产适宜条件是。

答案1低温.高压2高温.低压解析1醋酸二氨合铜吸收CO的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。

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