选择性必修1 化学反应原理 · 人教版
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27 化学反应的调控

免费读1256字2024-07-22

  老师:同学们大家好,我是北京市第八中学的胡小平。今天我们学习的课题是化学反应的调控。大家已经学习了化学反应速率和化学平衡,今天我们一起来研究如何应用化学反应速率与化学平衡原理,找出工业上实现某个反应的最佳条件,以实现对化学反应的调控。如何用有限的土地养活日益增长的人口?18世纪末,英国化学家克鲁克斯先天下之忧而忧,率先发出为了使子孙后代免于饥饿,向空气要淡肥的号召。化学家是如何做到向空气要淡肥的?像空气药,氮肥就是氮的固定。请同学们想一想,可以从哪些角度选择固氮反应?氮气是单质,要变成化合物无非是两大方面,使氮元素的化合价升高,即氧化氮气,或者使氮元素的化合价降低,就是还原氮气。我们很容易想到这两个反应。通过前面的学习,我们知道认识化学反应有几个视角,化学反应速率、化学平衡与反应方向。那么这两个反应的程度如何?什么数据可以帮助我们判断反应进行的程度?嗯,显然是化学平衡常数。请大家观察这两个反应在常温下的化学平衡常数。

  老师:我们看氮气和氧气生成一氧化氮在常温下的平衡常数是3.8*10的-31次方。我们再看氮气和氢气生成胺的常温下的平衡常数是5.0*10的8次方。那么同学们是否同意从化学平衡的视角分析合成安应该是可行的。看上去合成安在常温下的平衡常数很大,于是早在18世纪末,有人就试图在常温常压下合成氨,也有人在常温加压下进行实验,结果都失败了。看来合成安并不容易,那它难在哪?如果是你,你会怎样分析?合成安的确不容易。

  老师:100年来,有三位科学家因为研究合成安而获得诺贝尔化学奖,他们当中最早的一位是哈勃。1908年7月,他在实验室用氮气和氢气在600摄氏度20兆帕下得到了氨,当时的产率只有2%。别小看这2%,这可是合工业合成安的开端。显然,当年哈勃得出的生产条件不是最好的。

  老师:那么,当年它是受制于哪些因素?请同学们穿越到100年前想一想,如果你是20世纪初的工程师,你如何为工厂设计合成氨的生产条件?我们可以从哪些角度分析?相信同学们通过前面的学习已经知道我们可以围绕化学平衡和化学反应速率来研究合成氨反应,那从哪开始下手?如果从研究方向看,我们首先要从理论层面对合成安的条件进行预测,然后通过实验摸索验证理论的可行性,并不断向最佳条件调整。

  老师:我们首先就从化学平衡说起,先运用化学平衡原理进行理论分析。请同学们思考合成氨反应有什么样的特点?如何通过选择反应条件提高平衡混合物中氨的含量?结合勒夏特列原理,你是否已经找到了选择条件提高平衡混合物中胺含量的方法?相信大家知道浓度、温度压强,它的改变可能使化学平衡发生移动。

  老师:我们把刚才的思考用表格呈现出来,如何选择反应条件,使平衡混合物中的氨含量提高,我们一一分析。先从浓度说起,从反应物看,增大反应物的浓度,平衡会正向移动。我们用纯净的氮气和氢气,让他们的物质的量之比与反应计量系数

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