2022年高中化学-化学反应的调控学案.pdf

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1、2.4化学反应的调控核心素养目标学习目标素养目标1.通过化学反应速率和化学平衡的影响因素，掌握合成氨工业中温度、压强、浓度、催化剂选择的原因。2.利用化学反应原理，了解调控化学反应速率和平衡的方法。3 .结合工业生产实际，了解化工条件的选择。1 .认 识反应条件对化学反应速率和化学平衡的影响，能运用化学反应原理分析影响化学变化的因素，初步学会运用变量控制的方法研究化学反应。培养学生“变化观念与平衡思想”的学科素养。2 .能从宏观和微观结合上收集证据，能依据证据从不同视角分析问题，推出合理的结论。培养学生“证据推理与模型认知”的学科素养。3 .具有理论联系实际的观念，能依据实际条件并运用所学的化

2、学知识和方法解决生产、生活中简单的化学问题。培养学生“科学态度与社会责任”的学科素养。预习填空1 .合成氨反应的特点合成氨反应:Nz(g)+3 H z(g)?=2 NH 3(g)。已知 2 9 8 K 时：=-9 2.4 k J m o P ,A S=-1 9 8.2 J m o l K-(1)可逆性：反应为 反应。(2)体积变化：正反应是气体体积 的反应.(3)烙变：/0,畸变：X S 0。(4)自发性：常温(2 9 8 K)下，A/-M 5 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温度I W J 温兼顾速率和平衡，且考虑

3、催化剂活性催化剂使用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3.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(1 0 M P a3 0 M P a)温度适宜温度，4 0 0 5 0 0 催化剂使用_ _ _ _ _ _做催化剂浓度N2 和 1 b 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(1)压强：目前，我国的合成氨厂一般采 用 的 压 强 为 1 0 M P a3 0 M P a,不采用更高压强的理由是。(2)温度：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

4、理由是O=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。知识点精讲知识点一合成氨条件的选择【知识点梳理】工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其热化学方程式如下:N2(g)+3H2(g)7-2N H3(g)A =-92.4 k J m o l-1合成氨工业简要流程图：液态 NM XH,+N:+H:合成氨生产流程示意图该反应的特点：可逆反应；正反应为放热反应；气体总体积缩小的反应。结合反应方程式，可知升高温度、增大压强、增大反应物的浓度、使用催化剂等

5、，都可以使合成氨速率增大；降低温度、增大压强、增大反应物浓度有利于提高平衡混合物中氨的含量。合成氨温度、压强与氨的含量关系如下表：温度/C氨的含量/%0.1 M P a 10 M P a 20 M P a 30 M P a 60 M P a 100 M P a20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.1013.823.131.41.压强02/8理论和实验数据的分析均表明，合成氨时压强增大可以同时提

6、高反应速率和转化率。但是，压强越大,对材料的强度和设备的要求也越高，增加生产投资并可能降低综合经济效益。一般采用的压强为回1030M P a o2.温度温度升高有利于提高反应速率，温度降低有利于提高反应转化率。因此，需要选择一个适宜的温度，一般采用的温度为400500 3.催化剂加入催化剂可以提高反应速率，对化学平衡无影响，一般选择铁触媒作为合成氨工业的催化剂。该催化剂在500 左右时活性最大，这也是温度选择的原因之一。另外，为了防止杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化。4.浓度为提高平衡转化率，工业上采取迅速冷却的方法，使氨气变成液氨并及时分离，分离后的原料气循环使用，并及时补充M和压，

7、使反应物保持一定的浓度。【典型例题】1.下列关于工业合成氨的叙述正确的是()A.工业合成氨温度选择为700 K左右，主要是为了提高N H,产率B.使用催化剂和施加高压，都能提高反应速率，但对化学平衡状态无影响C.合成氨生产过程中将N F L 液化分离，可提高N z、H 2的转化率D.合成氨工业中为了提高氢气的利用率，可适当增加氢气浓度2 .对于合成氨工业，只从提高原料转化率看，从下列条件中选择最适宜的组合是()高温 低温 低压 高压 催化剂 加氨 除氨A.B.C.D.知识点二化学反应的调控【知识点梳理】1 .控制反应条件的目的(1)促进有利的化学反应：通过控制反应条件，可以加快化学反应速率，提

8、高反应物的转化率，从而促进有利的化学反应进行。(2)抑制有害的化学反应：通过控制反应条件，也可以减缓化学反应速率，减少甚至消除有害物质的产生或控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。2 .控制反应条件的基本措施(1)控制化学反应速率的措施通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。(2)提高转化率的措施通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。3.化工生产适宜条件选择的一般原则4.平衡类问题需考虑的几个方面条件原则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

9、析既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意对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(1)原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。(2)原料的循环利用。(3)产物的污染处理。(4)产物的酸碱性对反应的影响。(5)气体产物的压强对平衡造成的影响。(6)改变外界条件对多平衡体系的影响。影响化学反应进行的因素有两个方面：参加反应的物质本身因素(组成、结构、性质等)和外界条件(温度、压强、浓度、催化剂等)。化学反应的调控，就是通过改变外界条件

10、使一个可能发生的反应按照某一方向进行。在实际生产中，要综合考虑化学反应速率和化学平衡的因素，寻找一个适宜的生产条件。在工业生产中，常常涉及可逆反应，如合成氨工业中心和H2 的反应、硫酸工业中将S O?氧化成S。,的过程都是可逆反应。可逆反应中，反应速率和反应物转化为产物的百分率(转化率)可以通过改变反应条件加以控制。调控化学反应应从两方面考虑：化学反应速率和化学平衡。在实际生产中常常需要结合设备条件、安全操作、经济成本等情况。综合考虑化学反应速率和化学平衡的因素，寻找一个适宜的生产条件。此外，还要根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析，权衡利弊，才能实施生产。在化工生产中还要同时考虑

11、控制某些反应条件的成本和实际可能性，因此转化率的高低不是唯一要考虑的因素。近年来，环境保护条件提升到首要考虑的因素，预处理及生产过程中产生的废气、废液、废渣情况及处理成本，往往成为是否采用该工艺的决定性因素。【典型例题】1 .接触法制硫酸生产中接触室的反应为2 s0 2(g)+0 z(g)=2 S 0：；(g)=一 1 9 6.6 kj/m o l,能提高S O 2 转 化 率 的 条 件 是()A.4 0 0-5 0 0 B.常压 C.催化剂 D.过量的空气2.2 so z+0 2#=2 S 0 3 是工业制硫酸的一步重要反应，下列关于该反应的说法正确的是()A.使用催化剂能改变反应限度04

12、/8B.升高体系温度能加快反应速率C.减小S02的浓度能加快反应的速率D.1 mol SO2和足量的Oz在一定条件下充分反应，生 成 1 mol S03本课小结条件原则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，又要注意对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练习1.下列不能用勒沙特列原理解释的是（）A.实验室用排饱和食盐水的方法收集CLB.硫酸工业中，使用过量的空气以提高二氧化硫的转化

13、率C.合成氨工业中，及时液化分离NH3,并循环利用未反应完的N?和 H?D.合成氨工业中，500比常温更有利于氨的合成2.下列关于化工生产的叙述中，符合目前工业生产实际的是（）A.石油工业中，采用干储的方法把石油分成不同沸点范围的产品B.硝酸工业中，为了加快氨氧化的速率，通常使用铁触媒作催化剂C.纯碱工业中，氨碱法通过氨气和二氧化碳的循环利用，提高了原料的利用率D.合成氨工业中，采用高压条件，增大合成氨反应的平衡常数，增大原料转化率3.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，其中NHs只占15%,所以生产氨的工厂的效率都很低B.由于氨易液化，弗、H?在实际生产中是循环使

14、用，所以总体来说氨的产率很高C.合成氨工业的反应温度控制在500 C,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是2X1（/5X 10P a,因为在该压强下铁触媒的活性最大4.如图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率采取的措施是（）A.B.C.D.V K)5.如图所示为接触法制硫酸的设备和工艺流程，其中关键步骤是S 0 2 的催化氧化：2 s O 2 +O 2 2 S O 3A尔0。下列说法正确的是（）A.B.C.D.黄铁矿-*陋沸腾炉催化剂ID0D001催化剂IDDODOI 接触室SO rTof炉渣98.3%H2SO4尾气吸收塔供稀释用减酸n反应后气体分子数减少，增大反应容

15、器内压强一定有利于提高生产效益反应放热，为提高S O?转化率，应尽可能在较低温度下反应工业生产要求高效，为加快反应速率，应使用催化剂并尽可能提高体系温度沸腾炉流出的气体必须经过净化，并补充适量空气，再进入接触室6.工业上生产硫酸时，利用催化氧化反应将S O 2 转化为S O s 是一个关键步骤。压强及温度对S O 2 转化率的影响如下表（原料气各成分的体积分数为：S O z 7%02 1 1%N2 8 2%）；热反据推断己知S 02的氧化是放、压强/MPa温度足0.10.511040099.299.699.799.950093.596.997.899.360073.785.889.596.4应

16、，如何利用表中数此结匕 誓 化1 山 上A 1 Tso,论？（2）在大4 0 0 5 0 0 时，S O 2 的催化氧化采用常压而不是高压，主要原因是:（3）选择适宜的催化剂，是否可以提高S O 2 的转化率?（填“是”或“否”）,是否可以增大该反应所放出的热量?（填“是 或 否 ）;（4）为提高S O s 吸收率，实际生产中用.吸收S 03；（5）已知：2 s O 2（g）+O M g）=2 S O 3（g）；A/=-1 9 6.9 kJ -m o F1,计算每生产 1 万吨 9 8%硫酸所需要的 S 0-质量和由S O?生产这些S Oa 所放出的热量_ _ _ _ _ _ _ _ _ _

17、_ _ _ _ _ _ _ _ _ _,7.合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为N2（g）+3 H2（g）=i 2 N H a（g）AZ/=-9 2.4k J mo l-1,一种工业合成氨的简易流程图如下：天然气脱硫n制氯气w热交换V合成氨mM、%加压VLO水蒸气冷却液氨06/8(1)天然气中的H2 s 杂质常用氨水吸收，产物为NH,HS。一定条件下向NH H S 溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式：。(2)步骤H 中制氢气原理如下：CH,(g)+H20(g)C0(g)+3 1 1 2(g)A=+2 0 6.4 k J-mo l-1C0(g)+HQ

18、(g)C0 2(g)+H2(g)=-4 1.2 k J-mo l-1对于反应，一定可以提高平衡体系中的百分含量，又 能 加 快 反 应 速 率 的 措 施 是(填 字 母)。a.升高温度 b.增大水蒸气浓度c.加入催化剂 d.降低压强利用反应，将 CO进一步转化，可提高出的产量。若 1 mo l CO和出的混合气体(CO的体积分数为2 0%)与 H Q 反应，得 到 1.1 8 mo l CO、CO,和 Hz 的混合气体，则 CO转化率为。图 1 表 示 5 0 0 0 C,6 0.0 MPa 条件下，原料气投料比与平衡时N L 体积分数的关系。根据图中a点数据计算用的平衡体积分数：。(4)依

19、据温度对合成氨反应的影响，在 图 2坐标中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH：,物质的量变化的曲线示意图。一二一一O50424030201 2 3 4 5 6出、M物质的量之比IXxNe图TIX.图2(5)上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是(填序号)。简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法：。8.合成氨工业、硫酸工业的生产工艺流程大致为：由、N：矿二冈 吗 赢 国 吸 收 塔 卜卜气、理 砰 副 产 品合成塔和接触室中的反应分别为：N2(g)+3 H2(g)2 NH3(g)()；2 S 02(g)+02(g)2 S 03(g)0(1)写出流程中设备的名称：B,X o(2)进入合成塔和接触室中的气体都要进行热处理，最理想的热处理方法是 o(3)采用循环操作可提高原料的利用率，下列生产中，采用循环操作的是(填序号)。硫酸工业 合成氨工业 硝酸工业(4)工业上常用9 8.3%的浓硫酸吸收S Q$而不用稀硫酸或水的原因是(5)工业生产中常用氨一一酸法进行尾气脱硫，以达到消除污染、废物利用的目的。硫酸工业尾气中的SO,经处理可以得到一种化肥，该肥料的化学式是。08/8