自学06化学反应的调控-【刷透假期】2023年高一化学暑假作业自测+预习自学(人教版2019)(原卷版+解析)

自学06化学反应的调控自学目录：【核心素养分析】【知识导图】【目标导航】【自学内容】【自学检测】【核心素养分析】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。【知识导图】【目标导航】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。【自学内容】一、合成氨的反应特点1．反应原理：N2（g）+3H2（g）2NH3（g）ΔH＝－92.4kJ·mol－12．反应特点(1)可逆性：反应为反应；(2)体积变化：正反应为气体体积的反应；(3)焓变：ΔH0；(4)熵变：ΔS0；(5)自发性：ΔH-TΔS0，常温下自发进行。3．影响合成氨反应的条件（1）能加快合成氨反应速率的方法有、、、等。（2）能提高平衡混合物中氨的含量的方法有、、等。二、合成氨反应的适宜条件1.【思考与讨论】p46参考答案：（1）原理分析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（2）数据分析从原理分析和数据分析可知，有以下三方面选择的条件不一致：①温度变化的效果不一致。升高温度，化学反应速率增大，平衡混合物中氮的含量减小；降低温度，化学反应速率减小，平衡混合物中氨的含量增大。②压强变化的效果一致。增大压强，化学反应速率加快，平衡混合物中氮的含量增大；减小压强，化学反应速率减小，平衡混合物中氮的含量减小。③使用或不使用催化剂的效果不一致。使用催化剂，化学反应速率增大，平衡混合物中氨的含量不变；不使用催化剂，化学反应速率减小，平衡混合物中氨的含量不变。2.适宜条件（1）压强①原理分析：压强越越好。②选用条件：目前，我国合成氨厂一般采用的压强为。③合成氨时不采用更高压强的理由：。（2）温度①原理分析：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。③不采用低温的理由：，这在工业生产中是很不经济的。合成氨反应一般选择400～500℃进行的又一重要原因为。（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。②选用条件：通常采用加入以为主体的多成分催化剂，又称。③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①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。②采取的措施：合成氨生产通常采用N2和H2物质的量之比为的投料比；采取的方法，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，并及时补充，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，又提高了反应，有利于合成氨反应。3.合成氨的工艺流程三、选择工业合成适宜条件的原则1、选择化工生产适宜条件的分析角度条件原则从化学反应速率分析既不能过，又不能太从化学反应限度分析既要注意外界条件对速率和平衡影响的性，又要注意二者影响的性从原料的利用率分析增加原料，提高原料的利用率，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对催化剂的活性的限制2、选择工业合成适宜条件的原则（1）温度①所选温度兼顾反应速率，产品含量。②尽可能选择催化剂的温度。（2）压强①所选压强对反应物转化率的影响大。②压强不能无限大，防止增大成本和成本。（3）催化剂①选用催化效率高的催化剂。②催化剂对反应有性，同一反应物选用不同的催化剂，产物可能不同。A+BCA+BD③某些物质能够使催化剂中毒，失去活性。（4）浓度：原料尽可能循环利用①适当增大物质的浓度，提高难获得原料的转化率。②必要时可以采用反应，以增大原料利用率。（5）反应热的综合利用：一般采用。（6）反应容器的选择：容器有利于提高反应物的转化率。四、化学反应的调控1、含义：通过改变使一个可能发生的反应按照某一方向进行。2、考虑实际因素：结合设备、安全、经济等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找合适的；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。3、化工生产中调控反应的一般思路【自学检测】一、正确的打“√”，错误的打“×”。1.在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向。()2.能自发进行的反应一定能迅速发生。()3.因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为判断反应能否自发进行的判据。()4.使用催化剂能提高合成氨反应物的平衡转化率。()5.合成氨反应中，压强越大越利于增大反应速率和平衡正向移动。()二、选择题1．（2023秋·高二课时练习）工业合成氨：，一般采用700K左右的温度，其原因是①提高的平衡转化率②适当提高氨的合成速率③提高氨的产率④催化剂在700K左右时活性最大A．只有① B．②④ C．②③④ D．①②2．（2023秋·上海杨浦·高二上海市控江中学校考期末）下列关于硫酸工业和合成氨工业说法错误的是A．都采用了高压 B．都使用了催化剂C．生产流程中都有造气和净化 D．都使用了热交换器3.下列有关合成氨工业的说法正确的是A．、的投料比采用1∶2.8(物质的量比)而不是1∶3，是为了提高的转化率B．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C．压强采用10~30MPa，是因为该条件下催化剂的活性最好D．不断将氨液化并移去液氨，目的之一是使平衡正向移动4．在硫酸工业中，通过如下反应使SO2转化为SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)∆H<0。下列说法不正确的是A．为使SO2尽可能多地转化为SO3，工业生产中的反应温度越低越好B．使用合适的催化剂可加快该反应的反应速率C．通入过量的空气可以提高SO2的转化率D．反应后尾气中的SO2必须回收5.下列有关合成氨工业的说法正确的是A．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在低温或常温时可自发进行B．恒容条件下充入稀有气体有利于的合成C．合成氨厂一般采用的压强为10~30，因为该压强下铁触媒的活性最高D．的量越多，的转化率越大，因此，充入的越多越有利于的合成三、填空题1．在硫酸工业中，通过下列反应使氧化成：

。下表为不同温度和压强下的转化率(%)：450550(1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能多地转化为三氧化硫，可采用的条件是。(2)在实际生产中，选定400~500℃作为操作温度，其原因是。(3)在实际生产中，采用的压强为常压，其原因是。(4)在实际生产中，通入过量空气的目的是。(5)尾气中有必须回收是为了。2．合成氨对人类的生存和发展有着重要意义，1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨，实现了人工固氮。(1)反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)的化学平衡常数表达式为。(2)请结合下列数据分析，工业上选用氮气与氢气反应固氮，而没有选用氮气和氧气反应固氮的原因是。序号化学反应K(298K)的数值①N2(g)+O2(g)⇌2NO(g)5×10-31②N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)4.1×106(3)对于反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)，在一定条件下氨的平衡含量如下表。温度/℃压强/MPa氨的平衡含量2001081.5%550108.25%①该反应为(填“吸热”或“放热”)反应。②其他条件不变时，温度升高氨的平衡含量减小的原因是(填字母序号)。a.温度升高，正反应速率减小，逆反应速率增大，平衡逆向移动b.温度升高，浓度商(Q)变大，Q>K，平衡逆向移动c.温度升高，活化分子数增多，反应速率加快d.温度升高，K变小，平衡逆向移动③哈伯选用的条件是550℃、10MPa，而非200℃、10MPa，可能的原因是。(4)图1表示500℃、60.0MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中M点数据计算N2的平衡体积分数；(5)图2是合成氨反应平衡混合气中NH3的体积分数随温度或压强变化的曲线，图中L(L1、L2)、X分别代表温度或压强。其中X代表的是(填“温度”或“压强”)；判断L1、L2的大小关系并说明理由。

自学06化学反应的调控自学目录：【核心素养分析】【知识导图】【目标导航】【自学内容】【自学检测】【核心素养分析】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。【知识导图】【目标导航】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。【自学内容】一、合成氨的反应特点1．反应原理：N2（g）+3H2（g）2NH3（g）ΔH＝－92.4kJ·mol－12．反应特点(1)可逆性：反应为可逆反应；(2)体积变化：正反应为气体体积减小的反应；(3)焓变：ΔH<0；(4)熵变：ΔS<0；(5)自发性：ΔH-TΔS<0，常温下能自发进行。3．影响合成氨反应的条件（1）能加快合成氨反应速率的方法有升高温度、增大压强、增大反应物浓度、使用催化剂等。（2）能提高平衡混合物中氨的含量的方法有降低温度、增大压强、增大反应物浓度等。二、合成氨反应的适宜条件1.【思考与讨论】p46参考答案：（1）原理分析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增大升高增大使用提高平衡混合物中氨的含量增大降低增大无影响（2）数据分析从原理分析和数据分析可知，有以下三方面选择的条件不一致：①温度变化的效果不一致。升高温度，化学反应速率增大，平衡混合物中氮的含量减小；降低温度，化学反应速率减小，平衡混合物中氨的含量增大。②压强变化的效果一致。增大压强，化学反应速率加快，平衡混合物中氮的含量增大；减小压强，化学反应速率减小，平衡混合物中氮的含量减小。③使用或不使用催化剂的效果不一致。使用催化剂，化学反应速率增大，平衡混合物中氨的含量不变；不使用催化剂，化学反应速率减小，平衡混合物中氨的含量不变。2.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10～30MPa。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。合成氨反应一般选择400～500℃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。②采取的措施：合成氨生产通常采用N2和H2物质的量之比为1∶2.8的投料比；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。③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。3.合成氨的工艺流程三、选择工业合成适宜条件的原则1、选择化工生产适宜条件的分析角度条件原则从化学反应速率分析既不能过快，又不能太慢从化学反应限度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温度对催化剂的活性的限制2、选择工业合成适宜条件的原则（1）温度①所选温度兼顾反应速率快，产品含量高。②尽可能选择催化剂的最大温度。（2）压强①所选压强对反应物转化率的影响变化幅度大。②压强不能无限大，防止增大设备成本和动力成本。（3）催化剂①选用催化效率高的催化剂。②催化剂对反应有选择性，同一反应物选用不同的催化剂，产物可能不同。A+BCA+BD③某些物质能够使催化剂中毒，失去活性。（4）浓度：原料尽可能循环利用①适当增大廉价物质的浓度，提高难获得原料的转化率。②必要时可以采用循环反应，以增大原料利用率。（5）反应热的综合利用：一般采用热交换器。（6）反应容器的选择：恒压容器有利于提高反应物的转化率。四、化学反应的调控1、含义：通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行。2、考虑实际因素：结合设备条件、安全操作、经济成本等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找合适的生产条件；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。3、化工生产中调控反应的一般思路【自学检测】一、正确的打“√”，错误的打“×”。1.在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向。(×)2.能自发进行的反应一定能迅速发生。(×)3.因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为判断反应能否自发进行的判据。(×)4.使用催化剂能提高合成氨反应物的平衡转化率。(×)5.合成氨反应中，压强越大越利于增大反应速率和平衡正向移动。(√)二、选择题1．（2023秋·高二课时练习）工业合成氨：，一般采用700K左右的温度，其原因是①提高的平衡转化率②适当提高氨的合成速率③提高氨的产率④催化剂在700K左右时活性最大A．只有① B．②④ C．②③④ D．①②【答案】B【解析】工业合成氨：，该反应是放热的可逆反应，要使平衡向正反应方向移动，应降低温度，但温度过低反应速率过小，不利于工业生成效益；温度越高，反应速率越大，所以应适当升高温度，使反应速率增大。使用催化剂也能增大反应速率，但在700K左右时催化剂的活性最大，所以选择采用700K左右的温度。故选择②④，故答案选B。2．（2023秋·上海杨浦·高二上海市控江中学校考期末）下列关于硫酸工业和合成氨工业说法错误的是A．都采用了高压 B．都使用了催化剂C．生产流程中都有造气和净化 D．都使用了热交换器【答案】A【解析】A．硫酸工业采用了催化剂加热条件，合成氨工业采用高温、高压、催化剂作用下反应，故A错误；B．硫酸工业使用五氧化二钒作催化剂，合成氨工业使用铁触媒作催化剂，故B正确；C．生产流程中都有造气和净化，防止杂质使催化剂中毒，降低催化效果，故C正确；D．两个工业产生都是放热反应，两者都使用了热交换器，将放出的热量对原料进行热处理，可以降低成本，故D正确。综上所述，答案为A。3.下列有关合成氨工业的说法正确的是A．、的投料比采用1∶2.8(物质的量比)而不是1∶3，是为了提高的转化率B．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C．压强采用10~30MPa，是因为该条件下催化剂的活性最好D．不断将氨液化并移去液氨，目的之一是使平衡正向移动【答案】D【解析】A．适当提高氮气的比例，即N2和H2物质的量之比为1∶2.8时更能提高H2的转化率，故A错误；B．氮气和氢气反应生成氨气的过程是放热的，反应温度控制在700K左右，目的是加快反应速率，并不是使化学平衡向正反应方向移动，B错误；C．氮气和氢气反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，合成氨工业采用10~30MPa，是因为再增大压强，平衡转化率不会提高太多，且增大压强对设备的要求更高，不能达到更好的经济效益，C错误；D．不断将氨液化并移去液氨，目的是降低氨气的浓度，使平衡正向移动，D正确；故选D。4．在硫酸工业中，通过如下反应使SO2转化为SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)∆H<0。下列说法不正确的是A．为使SO2尽可能多地转化为SO3，工业生产中的反应温度越低越好B．使用合适的催化剂可加快该反应的反应速率C．通入过量的空气可以提高SO2的转化率D．反应后尾气中的SO2必须回收【答案】A【解析】A．为使SO2尽可能多地转化为SO3即平衡正向移动，同时考虑到温度对速率的影响，工业生产中的反应温度并不是越低越好，A错误；B．使用合适的催化剂可加快该反应的反应速率，B正确；C．通入过量的空气促使平衡正向移动，可以提高SO2的转化率，C正确；D．二氧化硫在转化中并未达到100%转化且二氧化硫有毒性的污染性气体需回收并循环利用，D正确；故选A。5.下列有关合成氨工业的说法正确的是A．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在低温或常温时可自发进行B．恒容条件下充入稀有气体有利于的合成C．合成氨厂一般采用的压强为10~30，因为该压强下铁触媒的活性最高D．的量越多，的转化率越大，因此，充入的越多越有利于的合成【答案】A【解析】A．根据时反应可以自发进行，该反应的、，所以在低温或常温下可自发进行，A正确；B．恒容条件下充入稀有气体，参与反应的各物质的浓度没有改变，则平衡不移动，对氨气的合成没有影响，B错误；C．合成氨的反应是分子数减小的反应，高压有利于平衡向正反应方向移动，且能提高正反应速率，跟催化剂的活性无关，C错误；D．的量越多，的转化率越大，但并不是越多越好，D错误；故选A。三、填空题1．在硫酸工业中，通过下列反应使氧化成：

。下表为不同温度和压强下的转化率(%)：450550(1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能多地转化为三氧化硫，可采用的条件是。(2)在实际生产中，选定400~500℃作为操作温度，其原因是。(3)在实际生产中，采用的压强为常压，其原因是。(4)在实际生产中，通入过量空气的目的是。(5)尾气中有必须回收是为了。【答案】(1)低温、高压(2)在该温度下催化剂的活性最强，选择此温度可提高反应速率，缩短反应达到平衡所需要的时间(3)在常压、400~500℃时，的转化率已经很高，若再加压，对设备等的要求高，加大了成本，不经济(4)增大氧气的浓度，使平衡向生成的方向移动，同时提高的转化率(5)减少对环境的污染【解析】(1)根据题干信息，该反应放热且反应前后气体体积减小，因此增大压强和降低温度可以使得反应正向进行，即为了使二氧化硫尽可能多地转化为三氧化硫，可采用的条件是低温、高压；(2)根据表格信息可知，400~500℃时，催化剂的活性最强，选择此温度可提高反应速率，缩短反应达到平衡所需要的时间；(3)在常压、400~500℃时，的转化率已经很高，若再加压，对设备等的要求高，加大了成本，不经济，因此在实际生产中，常采用常压即可；(4)实际生产中，通入过量的空气可以增大氧气的浓度，使平衡向生成的方向移动，同时提高的转化率；(5)SO2有毒且能够形成酸雨，直接排放至空气中会污染环境，因此尾气中的SO2必须回收，以减少对环境的污染。2．合成氨对人类的生存和发展有着重要意义，1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨，实现了人工固氮。(1)反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)的化学平衡常数表达式为。(2)请结合下列数据分析，工业上选用氮气与氢气反应固氮，而没有选用氮气和氧气反应固氮的原因是。序号化学反应K(298K)的数值①N2(g)+O2(g)⇌2NO(g)5×10-31②N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)4.1×106(3)对于反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)，在一定条件下氨的平衡含量如下表。温度/℃压强/MPa氨的平衡含量2001081.5%550108.25%①该反应为(填“吸热”或“放热”)反应。②其他条件不变时，温度升高氨的平衡含量减小的原因是(填字母序号)。a.温度升高，正反应速率减小，逆反应速率增大，平衡逆向移动b.温度升高，浓度商(Q)变大，Q>K，平衡逆向移动c.温度升高，活化分子数增多，反应速率加快d.温度升高，K变小，平衡逆向移动③哈伯选用的条件是550℃、10MPa，而非200℃、10MPa，可能的原因