第12讲 化学反应的调控 1.通过工业合成氨适宜条件的选择与优化，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.在合成氨适宜条件的讨论中，形成多角度分析化学反应和化工生产条件的思路，体会化学反应原理的应用价值。一、合成氨条件的理论选择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：H92.4 kJmol1，S198.2 Jmol1K1。(1)自发性：常温(298 K)下，HTS0，能 进行。(2)可逆性：反应为 反应。(3)熵变：S0，正反应是气体体积 的反应。(4)焓变：H0，是 反应。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 温度 催化剂 浓度 反应物浓度 反应物浓度， 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 温度、 压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是 温度、 压强。二者在 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。二、工业合成氨的适宜条件1问题讨论(1)压强原理分析： 。选用条件：目前，我国合成氨厂一般采用的压强为1030 MPa。合成氨时不采用更高压强的理由： 。(2)温度原理分析： 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 。不采用低温的理由： 。合成氨反应一般选择400500 进行的又一重要原因为 。(3)催化剂原理分析：即使在高温、高压下，N2和H2的化合反应仍然进行得十分 。选用条件：通常采用加入以 的多成分催化剂，又称 。选择催化剂的理由： 。另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过 。(4)浓度原理分析：在500 和30 MPa时，合成氨平衡混合物中NH3的体积分数也只有26.4%，即平衡时N2和H2的转化率仍 。采取的措施：采取 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 ，并及时 ，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 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 ，又提高了反应 ，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 MPa温度 催化剂使用 作催化剂浓度液化氨并及时分离，补充原料气并循环利用n(N2)n(H2)12.83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 、 和 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。5.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考点01 合成氨条件的选择【例1】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400500 ，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【变式1-1】下列有关合成氨工业的说法中正确的是()A铁作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11073107 Pa，因为该压强下铁触媒的活性最高考点02 以合成氨为背景的综合题【例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【变式2-1】合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0,673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是()Ac点处反应达到平衡Bd点(t1时刻)和e点(t2时刻)处n(N2)不同C其他条件不变，773 K下反应至t1时刻，n(H2)比图中的d点的值要大Da点的正反应速率比b点的小考点03 化学反应的调控【例3】某工业生产中发生反应：2A(g)B(g)M(g)H0。下列有关该工业生产的说法正确的是()A工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成B若物质B廉价易得，工业上一般采用加入过量的B以提高A和B的转化率C工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高D工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高M的日产量【变式3-1】工业合成氨的反应为N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0，该反应应采取的适宜条件是()A低温、高压、催化剂B适宜的温度、高压、催化剂C低温、常压、催化剂D适宜的温度和压强、催化剂1合成氨工业中 N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，选择适宜的压强时，不需要考虑的因素是A反应速率B平衡移动C设备成本D催化剂活性2氨是一种重要的化工原料，主要用于化肥工业，也广泛用于硝酸、纯碱、制药等工业；合成氨反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)H=-92.4 kJ/mol。下列有关合成氨反应的说法正确的是A高温条件下该反应可以自发B反应的H=E(N-N)3E(H-H)-6E(N-H) (E表示键能)C反应中每消耗1 mol H2转移电子的数目约等于26.021023D该反应采用高温高压条件是为了增大H2的平衡转化率3合成氨解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿和死亡问题，下列有关工业合成氨的说法错误的是A反应物是和B过程属于生物固氮C反应属于可逆反应D反应条件是高温、高压、催化剂4工业合成氨：，一般采用700K左右的温度，其原因是提高的平衡转化率适当提高氨的合成速率提高氨的产率催化剂在700K左右时活性最大A只有BCD5工业上用乙烯和水蒸气合成乙醇的原理为。如图是乙烯的转化率随温度、压强的变化关系，下列说法正确的是A该反应的正反应为吸热反应B工业上采用的压强为7MPa左右，温度为250左右这是综合考虑反应速率和乙醇的产率等因素的结果C相同温度下，压强越大，乙烯的转化率越大，平衡常数越大D给予足够的压强和适当的温度，可实现乙烯的转化率为100%6下列有关合成氨工业的说法正确的是A从合成塔出来的混合气体中，NH3只占15%，所以合成氨工业的效率都很低B由于氨易液化，容易分离，N2、H2在实际生产中可循环利用，所以总体来说氨的产率较高C合成氨工业的反应温度控制在700K左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动D合成氨工业采用铁做催化剂，是为了提高反应物的转化率7下列叙述符合工业合成氨生产实际的是AV2O5做催化剂BNH3循环利用C将N2和H2从体系中分离出去D反应温度由催化剂决定8工业合成氨的反应为，该反应应采取的适宜条件是A低温、高压、催化剂B适宜的温度、高压、催化剂C低温、常压、催化剂D适宜的温度和压强、催化剂9下列生活和生产中的做法或事实，与调控反应速率无关的是（）A牛奶放在冰箱中冷藏B使用加酶洗衣粉洗涤衣物C汽车的橡胶轮胎中要添加抑制剂D工业合成氨时，及时将氨气液化分离10不符合工业合成氨生产实际的是A铁触媒作催化剂BN2、H2循环使用CNH3液化分离D反应在常压下进行111905年德国化学家哈伯发明了合成氨的方法，他因此获得了1918年度诺贝尔化学奖。哈伯法合成氨需要2050Mpa的高压和500的高温下，用铁作催化剂，且氨的产率为10%15%。2005年美国俄勒冈大学的化学家使用了一种名为transFe(DMeOPrPE)2Cl2的铁化合物作催化剂，在常温常压下合成出氨，反应可表示为N2+3H2=2NH3，下列有关说法正确的是（）A不同的催化剂对化学反应速率的影响均相同B哈伯法合成氨是吸热反应，新法合成氨是放热反应C新法合成能在常温下进行是因为不需要断裂化学键D新法合成与哈伯法相比不需要在高温条件下，可节约大量能源，极具发展愿景12合成氨时既要使合成氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的方法是（）。减压；加压；升温；降温；及时从平衡混合气中分离出NH3；补充N2或H2；加催化剂；减小N2或H2的量ABC仅D13合成氨反应为。下列有关该反应的说法正确的是A催化剂增大了正、逆反应的活化能B升高温度，该反应的平衡常数增大C正反应的活化能小于逆反应的活化能D反应在高温、高压和催化剂条件下进行可提高的平衡转化率14工业上合成氨一般采用700 K左右的温度，其原因是（）适当提高合成氨的速率