阶段素养提升课 第2章 化学键 化学反应规律 学案 2022-2023学年高一化学鲁科版（2019）必修第二册

阶段素养提升课 第2章

素养探究

　利用氮气与氢气直接合成氨的工业生产曾是一个较难的课题，1900年，法国化学家勒·夏特列通过理论计算，认为氮气和氢气可以直接化合生成氨。实验验证过程中发生了爆炸，一个助手差点丧命。他没有调查事故发生的原因，而是觉得这个实验有危险，就放弃了。同时间，许多著名的法国化学家如泰纳、德维尔乃至贝托洛都在这项工作中失败了。1909年，德国化学家哈伯用锇催化剂将氮气与氢气在17.5～20 MPa和500～600 ℃下直接合成，反应器出口得到6%的氨。

(一)从化学键角度认识NH3

　(1)从化学键角度判断NH3的化合物类型，并用电子式表示其形成过程。

(2)分析工业合成氨的化学反应过程中化学键变化情况。

(3)实验室中常用反应2NH4Cl＋Ca(OH)22NH3↑＋CaCl2＋2H2O制取少量的氨气，写出反应方程式除NH3外的物质的电子式，并指出化合物类型。

(二)探究合成氨过程的能量变化

　(1)N2(g)与H2(g)在一定条件下反应生成NH3(g)的过程如图所示。

①判断过程Ⅰ、Ⅱ的含义。

②判断生成1 mol氨气时反应放热或吸热的热量为多少？

③在此条件下，将1 mol N2(g)与3 mol H2(g)置于密闭容器中发生反应，充分反应后放热或吸热的热量为多少？

(2)合成氨工业中，合成塔中每产生2 mol NH3，放出92.2 kJ热量。

计算1 mol N—H键形成时所释放的能量约等于多少？

(三)探究合成氨反应的速率和限度

　(1)合成氨反应中反应速率以及物质浓度的计算方法

工业合成氨的反应如下：3H2＋N22NH3。某温度下，在容积恒定为2.0 L的密闭容器中充入2.0 mol N2和2.0 mol H2，一段时间后反应达平衡状态，实验数据如表所示：

①计算0～50 s内N2的浓度变化表示的平均反应速率。

②计算250 s时，反应体系中H2的物质的量浓度为多少？

③判断下列措施对反应速率的影响？

A．降低温度

B．增大压强

C．加入催化剂

④对于此反应有同学提出了如下说法，请你判断是否正确？

A．使用催化剂是为了加快反应速率，提高生产效率

B．上述条件下，N2不可能100%转化为NH3

C．250～350 s时，生成物浓度保持不变，反应停止

(2)合成氨反应达到反应限度的判断

一定温度下，合成氨反应N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)达到反应最大限度的有哪些？

①H2全部转化为NH3

②c(N2)∶c(H2)∶c(NH3)＝1∶3∶2

③单位时间内，生成n mol N2的同时消耗2n mol NH3

④单位时间内断开1 mol N≡N的同时断开3 mol N—H

⑤N2的生成速率等于它的分解速率

⑥N2、H2、NH3的浓度不再变化

(四)认识合成氨的新方法

　利用生物燃料电池原理研究室温下氨的合成，电池工作时MV2＋/MV＋在电极与酶之间传递电子，示意图如下所示。

①判断右室电极的名称。

②写出在固氮酶作用下发生反应的方程式。

③计算电池工作时电路中每转移0.3 mol电子，标准状况下消耗N2的体积是多少？

④相比现有工业合成氨，该方法有哪些优点？(任写两条)