20202021高中化學第2章化學反應的方向限度與速率第4節(jié)化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨學案魯科版選修4經(jīng)典實用

1、第4節(jié)化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨學習目標：1.知道如何應用化學反應速率和化學平衡原理，選擇合成氨的適宜條件。(重點)2.初步學會應用化學原理選擇化工生產(chǎn)條件的思想和方法。(難點)自 主 預 習·探 新 知1合成氨反應的限度(1)反應原理n2(g)3h2(g)2nh3(g)h92.2 kj·mol1，s198.2 j·k1·mol1。(2)反應特點： (3)影響因素外界條件：降低溫度、增大壓強，有利于化學平衡向合成氨的方向移動。投料比：溫度、壓強一定時，n2、h2的體積比為13時平衡混合氣中氨的百分含量最高。微點撥：合成氨反應中，為了提高原料轉化率，常采

2、用將未能轉化的n2、h2循環(huán)使用的措施。2合成氨反應的速率(1)增大合成氨反應速率的方法 (2)濃度與合成氨反應速率之間的關系在特定條件下，合成氨反應的速率與參加反應的物質的濃度的關系式為vkc(n2)c1.5(h2)c1(nh3)，由速率方程可知：增大n2或h2的濃度，減小nh3的濃度，都有利于提高合成氨反應的速率。微點撥：溫度升高k值增加，會加快反應速率；同時加入合適的催化劑能降低合成氨反應的活化能，使合成氨反應的速率提高。3合成氨適宜條件的選擇(1)合成氨反應適宜條件分析工業(yè)生產(chǎn)中，必須從反應速率和反應限度兩個角度選擇合成氨的適宜條件，既要考慮盡量增大反應物的轉化率，充分利用原料，又要選

3、擇較快的反應速率，提高單位時間內(nèi)的產(chǎn)量，同時還要考慮設備的要求和技術條件。(2)合成氨的適宜條件序號影響因素選擇條件1溫度反應溫度控制在700 k左右2物質的量n2、h2投料比12.83壓強1×1071×108 pa4催化劑選擇鐵作催化劑基礎自測1判斷對錯(對的在括號內(nèi)打“”，錯的在括號內(nèi)打“×”。)(1)合成氨反應在高溫下能自發(fā)進行。()(2)溫度越高越利于合成氨反應平衡正向移動。()(3)合成氨反應中，壓強越大越利于反應速率加快和平衡正向移動。()(4)使用催化劑能提高合成氨反應物的平衡轉化率。()提示(1)×合成氨反應h0，s0，hts在低溫小于0

4、。(2)×合成氨反應h0，溫度越低越利于平衡正向移動。(3)(4)×催化劑同倍數(shù)的加快正、逆反應速率，對轉化率無影響。2工業(yè)上合成氨一般采用700 k左右的溫度，其原因是() 【導學號：41722116】適當提高氨的合成速率提高h2的轉化率提高氨的產(chǎn)率催化劑在700 k時活性最大a只有bcdd合成氨反應采用700 k左右的溫度的原因是考慮反應速率和催化劑的活性。3利用原料氣在合成塔中合成nh3，為提高n2的轉化率所采取的措施是() 【導學號：41722117】a高溫b高壓c使用催化劑d增大n2的濃度b合成氨反應是氣體系數(shù)減小的放熱反應，據(jù)勒·夏特列原理可知高壓利于

5、提高n2的轉化率。合 作 探 究·攻 重 難化學反應條件的優(yōu)化在硫酸工業(yè)中，通過下列反應使so2氧化成so3：2so2(g)o2(g)2so3(g)h198 kj·mol1。(已知催化劑是v2o5，在400500 時催化效果最好)下表為不同溫度和壓強下so2的轉化率(%)：思考交流1根據(jù)化學理論和以上數(shù)據(jù)綜合分析，為了使二氧化硫盡可能轉化為三氧化硫，可控制的條件是什么？提示常壓、450 、催化劑。2在實際生產(chǎn)中，選定400500 作為操作溫度，其原因是什么？提示在此溫度下催化劑的活性最高。3根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)分析，制取so3時為什么不采用高壓？提示在常壓下so2的轉化率就已經(jīng)

6、很高了(97.5%)，若采用高壓，平衡能向右移動，但效果并不明顯，且采用高壓時會增大設備的成本，得不償失。4在生產(chǎn)中，通入過量空氣的目的是什么？提示增大反應物o2的濃度，提高so2的轉化率。5尾氣中的so2必須回收的目的是什么？提示防止污染環(huán)境；循環(huán)利用，提高原料的利用率。對點訓練題組1合成氨的適宜條件1能夠使合成氨反應進行的程度增大的措施是()a升高溫度b降低壓強c使用催化劑d不斷移去nh3d降溫、增壓，不斷減小生成物的濃度均利于合成氨反應的正向進行。教師備選對于合成氨反應，達到平衡后，以下分析正確的是()a升高溫度，對正反應的反應速率影響更大b增大壓強，對正反應的反應速率影響更大c減小反應

7、物濃度，對逆反應的反應速率影響更大d加入催化劑，對逆反應的反應速率影響更大b對于合成氨反應，增大壓強，平衡向氣體系數(shù)減小的方向移動，即v正v逆，故b項正確。2有關合成氨工業(yè)的說法中，正確的是()a增大h2的濃度，可提高h2的轉化率b由于氨易液化，n2、h2在實際生產(chǎn)中是循環(huán)使用，所以總體來說氨的產(chǎn)率很高c合成氨工業(yè)的反應溫度控制在500 ，目的是使化學平衡向正反應方向移動d合成氨廠采用的壓強是2×1075×107pa，因為該壓強下鐵觸媒的活性最大ba項，增大h2的濃度，h2的轉化率減??；c項，溫度控制在500 的目的是催化劑活性最大；d項，壓強采用2×1075&#

8、215;107pa是考慮對設備材料的要求。題組2工業(yè)生產(chǎn)中反應條件的選擇教師備選有平衡體系：co(g)2h2(g)ch3oh(g)h<0，為了增加甲醇(ch3oh)的產(chǎn)量，應采取的正確措施是()a高溫，高壓b適宜溫度，高壓，催化劑c低溫，低壓d高溫，高壓，催化劑b該反應是一個正向放熱，氣體體積減小的反應，為增加甲醇的產(chǎn)量，需平衡正向移動，理論上可采用低溫、高壓的方式，但在實際生產(chǎn)中還需考慮反應速率，設備承受的壓力及催化劑的活性等因素的影響。3硫酸是一種重要的化工產(chǎn)品，目前主要采用“接觸法”進行生產(chǎn)。有關接觸氧化反應2so2o22so3的說法中正確的是() 【導學號：41722118】a只

9、要選擇適宜的條件，so2和o2就能全部轉化為so3b該反應達到平衡后，反應就完全停止了，即正、逆反應速率均為零c在達到平衡的體系中，充入由18o原子組成的o2后，so2中18o含量減少，so3中18o含量增多d在工業(yè)合成so3時，要同時考慮反應速率和反應能達到的限度兩方面的問題d反應為可逆反應，so2和o2不能全部轉化為so3，a錯；達到平衡后反應不停止，正、逆反應速率相等，b錯；達到平衡后充入由18o原子組成的o2，平衡向正方向移動，so3中18o含量增多，因為反應可逆，so2中18o含量也增多，c錯；d正確。4某工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)生反應：2a(g)b(g)2m(g)h<0。下列有關該工業(yè)生

10、產(chǎn)的說法正確的是()a工業(yè)上合成m時，一定采用高壓條件，因為高壓有利于m的生成b若物質b價廉易得，工業(yè)上一般采用加入過量的b以提高a和b的轉化率c工業(yè)上一般采用較高溫度合成m，因溫度越高，反應物的轉化率越高d工業(yè)生產(chǎn)中常采用催化劑，因為生產(chǎn)中使用催化劑可提高m的日產(chǎn)量d工業(yè)上合成m可能采用常壓，如h2so4工業(yè)中so3的生成；加入過量b只能提高a的轉化率，b的轉化率降低；溫度升高，平衡逆向移動，反應物的轉化率降低；使用催化劑可降低反應的活化能，提高反應速率。工業(yè)生產(chǎn)中選擇適宜生產(chǎn)條件的原則外界條件有利于加快速率的條件控制有利于平衡正向移動的條件控制綜合分析結果濃度增大反應物的濃度增大反應物的濃

11、度、減小生成物的濃度不斷地補充反應物、及時地分離出生成物催化劑加合適的催化劑不需要加合適的催化劑溫度高溫h0低溫兼顧速率和平衡，考慮催化劑的適宜溫度h0高溫在設備條件允許的前提下，盡量采取高溫并考慮催化劑的活性壓強高壓(有氣體參加)g0高壓在設備條件允許的前提下，盡量采取高壓g0低壓兼顧速率和平衡，選取適宜的壓強當 堂 達 標·固 雙 基1nh3是一種重要的工業(yè)原料。下列關于合成氨的說法中，不正確的是 ()a工藝涉及催化技術b工藝涉及高溫高壓技術c原料之一的氮氣來自空氣d從合成塔出來的氣體中，氨的體積分數(shù)為100%d合成氨反應為可逆反應，n2和h2的轉化率小于100%，則從合成塔出來

12、的氣體中，氨氣的體積分數(shù)小于100%。2在一定條件下，可逆反應：n2(g)3h2(g)2nh3(g)(正反應是放熱反應)達到平衡，當單獨改變下列條件后，有關敘述錯誤的是()a加催化劑，v(正)、v(逆)都發(fā)生變化且變化的倍數(shù)相等b加壓，v(正)、v(逆)都增大，且v(正)增大的倍數(shù)大于v(逆)增大的倍數(shù)c降溫，v(正)、v(逆)都減小，且v(正)減小的倍數(shù)小于v(逆)減小的倍數(shù)d等容條件下加入氬氣，v(正)、v(逆)都增大，且v(正)增大的倍數(shù)大于v(逆)增大的倍數(shù)d等容條件下加入氬氣，反應物和生成物濃度均不變，則v(正)、v(逆)均不發(fā)生變化，且v(正)v(逆)。3對于合成氨反應n2(g)3

13、h2(g)2nh3(g)h0，下列研究結果和圖示相符的是()abcd研究結果壓強對反應的影響溫度對反應的影響平衡體系增加n2對反應的影響催化劑對反應的影響圖示ca項由于p1條件先達到平衡，故p1p2，由p1p2，減小壓強，化學平衡左移，nh3的體積分數(shù)應降低，故錯誤；b項由于此反應h0，故升溫平衡左移，n2的轉化率降低，故錯誤；c項增大n2的量，會使正反應速率增大，使化學平衡右移，故正確；d項使用催化劑，能加快反應速率，縮短到達平衡的時間，故錯誤。4合成氨工業(yè)對化學工業(yè)和國防工業(yè)具有重要意義。工業(yè)合成氨生產(chǎn)示意圖如圖所示。 【導學號：41722119】(1)x的化學式為_。(2)圖中條件選定的主要原因是_(填字母編號)。a溫度、壓強對化學平衡的影響b鐵觸媒在該溫度時活性大c工業(yè)生產(chǎn)受動力、材料、設備等條件的限制(3)改變反應條件，會使平衡發(fā)生移動。如圖表示隨條件改變，氨氣的百分含量的變化趨勢。當橫坐標為壓強時，變化趨勢正確的是_，當橫坐標為溫度時，變化趨勢正確的是_(填字母編號)。解析(1)原料氣n2和h2經(jīng)一定條件下的反應，生成的nh3(x)冷卻后從設備中分離出來，同時尾氣中含有的n2(y)和h2(y)進行循環(huán)利用。