推薦學(xué)習(xí)高中化學(xué)第章化學(xué)反應(yīng)的方向限度與速率化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨學(xué)案

1、推薦學(xué)習(xí)高中化學(xué)第章化學(xué)反 應(yīng)的方向限度與速率.化學(xué)反應(yīng) 條件的優(yōu)化一一工業(yè)合成氨學(xué) 案作者:日期:化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化一一工業(yè)合成氨學(xué)習(xí)目標(biāo)1. 了解如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理分析合成氨的適宜條件；2. 了解應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)原理分析化工生產(chǎn)條件的思路和方法，體驗(yàn)實(shí)際生產(chǎn)條件的選擇與理論分析的差異;3. 通過(guò)對(duì)合成氨適宜條件的分析，認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的控制在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用。學(xué)習(xí)重難點(diǎn)：應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理選擇合成氨的適宜條件。自主學(xué)習(xí)【知識(shí)梳理】影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的重要因素：化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)平衡溫度溫度越國(guó)反應(yīng)速率越大_升高溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)氣體壓強(qiáng)壓強(qiáng)

2、越比,反應(yīng)速率越工增大壓強(qiáng)，平衡向氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的方向移動(dòng)催化劑正催化劑加快反應(yīng)速率;受溫度影響較大催化劑對(duì)平衡移動(dòng)無(wú)影響濃度反應(yīng)物濃度越大二反應(yīng)速率越大_增大反應(yīng)物濃度，平衡正向移動(dòng)【學(xué)習(xí)探究】探究點(diǎn)一 合成氨反應(yīng)的限度、速率1 .合成氨反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng) ：N2 (g )+ 3 Hk( g)-2NH ( g)。已知 29 8 K時(shí)：A H= -9 2 .2 k J - m o I-1； A S =-198.2 J mol 1 - K-1。請(qǐng)根據(jù)正反應(yīng)的始變和嫡變分析298 K下合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行 ？【答案】假設(shè) A H和 AS 不隨溫度變化，由 AH-TAS=-92. 2 kJ mo

3、l -1 Tx (-19 8.2 J - m o 1 -1 - K 一)/1 000 J?k J-1<0能自發(fā)，得T<46 5.2 K。故29 8 K下合成氨反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。2 .利用化學(xué)平衡移動(dòng)的知識(shí)分析什么條件有利于氨的合成？【答案】合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)有可逆反應(yīng)；常溫下的自發(fā)的反應(yīng)；正反應(yīng)氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減?。赫磻?yīng)是放熱反應(yīng)。降低溫度、增大壓強(qiáng)有利于化學(xué)平衡向生成氨的方向移動(dòng)，且N2、H2體積比為1 ： 3時(shí)平衡混合物中氨的含量最高。3 .利用條件對(duì)反應(yīng)速率的影響分析。(1)利用升高溫度、增大壓強(qiáng)、增大反應(yīng)物濃度、使用催化劑來(lái)提高合成氨反應(yīng)的速率。(2)實(shí)驗(yàn)研究表明，在特定條件下，

4、合成氨反應(yīng)的速率與反應(yīng)中各物質(zhì)濃度的關(guān)系為v=kc(N 2)c' 5(H2) C1(NH 3),根據(jù)關(guān)系式分析：各物質(zhì)的濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響是合成氨反應(yīng)的速率與氮?dú)鉂舛鹊?次方成正比，與氫氣濃度的方成正比，與氨氣濃度的1次方成反比?？梢圆扇≡龃?N2、H2濃度，將氨及時(shí)從混合氣中分離出去的措施來(lái)提高反應(yīng)速率。（3）有、無(wú)催化劑對(duì)合成氨反應(yīng)速率影響的對(duì)比條件Ea/k J - mol1k （催）/ k （無(wú)）無(wú)催化劑335有催化劑1673. 4X 1012 （7 0 0 K）說(shuō)明了使用催化劑可以使合成氨反應(yīng)的速率提高上萬(wàn)億倍。歸納總結(jié)使N H生產(chǎn)得快和使 NH生產(chǎn)得多的條件條件速率分析平衡

5、分析壓強(qiáng)高壓高壓溫度高溫低溫催化劑使用無(wú)影響反應(yīng)物的濃度增大濃度增大濃度活學(xué)活用1 .能使合成氨反應(yīng)進(jìn)行程度增大的方法是（）A.升高溫度右.降低壓強(qiáng)C .使用催化劑D.及時(shí)分離出氨氣【答案】D2 .合成氨反應(yīng)中，可以提高N 2轉(zhuǎn)化率的措施是（）A.盡可能延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間B,通入過(guò)量的N 2C.通入過(guò)量的 H2D.升高溫度【答案】C探究點(diǎn)二合成氨的適宜條件工業(yè)合成氨對(duì)各種外界條件選擇的理由1 .壓強(qiáng)：高壓理由：合成氨反應(yīng)是正反應(yīng)氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的氣體反應(yīng),增大壓強(qiáng)既可以增大反應(yīng)速率，又能使平衡正向移動(dòng),所以理論上壓強(qiáng)越大越好。 但是壓強(qiáng)越大,對(duì)設(shè)備的要求越高、 壓縮H 2和N2所需要的動(dòng)力越大，因此

6、選擇壓強(qiáng)應(yīng)符合實(shí)際科學(xué)技術(shù)。2 ,溫度：700 K理由：(1)因?yàn)檎磻?yīng)方向是放熱的反應(yīng),所以降低溫度有利于平衡正向移動(dòng)。(2)但是溫度越低,反應(yīng)速率越小，達(dá)到平衡所需要的時(shí)間越長(zhǎng)_，因此溫度也不宜太低。(3 )催化劑要在一定溫度下催化活性最大。3 .濃度：N2和H2的物質(zhì)的量之比為1 ： 2.8的投料比,氨及時(shí)從混合氣中分離出去理由：增大反應(yīng)物的濃度可以增大反應(yīng)速率，減小生成物的濃度可以使平衡正向移動(dòng)。從化學(xué)平衡的角度分析，在氮?dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量比為時(shí)，平衡轉(zhuǎn)化率最大，但是實(shí)驗(yàn)測(cè)得適當(dāng)提高N2的濃度，即N2和H2的物質(zhì)的量之比為 1 ： 2.8時(shí),更能促進(jìn)氨的合成。實(shí)際生產(chǎn)中的處理方法：及時(shí)

7、將氣態(tài)氨冷卻液化分離出去；及時(shí)將氮?dú)夂蜌錃庋h(huán)利用，使其保持一定的濃度。4 .催化劑：使用鐵觸媒作催化劑理由：經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益要求化學(xué)反應(yīng)速率要快，原料的利用率要高，單位時(shí)間的產(chǎn)量要高。實(shí)際生產(chǎn)中選用錢為主體的多成分催化劑(鐵觸媒)，它在7 0 0 K時(shí)活性最高。歸納總結(jié)合成氨的適宜條件外部條件工業(yè)合成氨的適宜條件1壓強(qiáng)根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來(lái)選擇壓強(qiáng)溫度適宜溫度,70 0 K左右催化劑使用鐵觸媒作催化劑濃度2和H 2的物質(zhì)的量比為1 ： 2. 8的投料比，氨及時(shí)從混合氣中分離出去活學(xué)活用3.合成氨的反應(yīng)為 N2 (g) + 3H2(g) =2NH 3 (g) AH0,在合成氨

8、工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)采取的適宜條件是()A.低溫、高壓、催化劑B.高溫、高壓C.盡可能的高溫、高壓D.適宜的溫度、高壓、催化劑【答案】D4.在合成氨工業(yè)中，為增加NH 3的日產(chǎn)量，下列變化過(guò)程不能使平衡向右移動(dòng)的是()不斷將N H分離出來(lái)使用催化劑采用700 K左右的高溫采用2X1075X 107 Pa的壓強(qiáng)A.B. C. D .【答案】B【學(xué)習(xí)小結(jié)】【自我檢測(cè)】1 .可以判斷化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)的是()A.正、逆反應(yīng)速率的改變B.加入催化劑C.增大壓強(qiáng)D.反應(yīng)轉(zhuǎn)化率的改變【答案】D2 . 一定量的混合氣體，在密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：xA (g)+ yB ( g)= zC (g),達(dá)到平衡后測(cè)得 A氣體的

9、濃度為0 .5 m o 1 - L -1,當(dāng)恒溫下將密閉容器的容積擴(kuò)大到2倍再達(dá)到平衡后,測(cè)彳導(dǎo)A的濃度為0. 2 mol - L -1,則下列敘述不正確的是 ()A.平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)B.x + y<zC. C的體積分?jǐn)?shù)降低R.B的轉(zhuǎn)化率提高【答案】C3 .在恒容密閉容器中， 進(jìn)行合成氨反應(yīng)，達(dá)到平衡后，將平衡體系中的各物質(zhì)的濃度都增加到原來(lái)的2倍，則產(chǎn)生的結(jié)果是()A.平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng) 右.平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)C.平衡不發(fā)生移動(dòng)D.氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小【答案】A4 .在一定條件下，合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡后，混合氣體中氨的體積分?jǐn)?shù)為25%,若反應(yīng)前后條件不變，則反應(yīng)后縮小的體積與原反應(yīng)物

10、體積的比值為()A. 1/5 B . 1/4 C.1 /3 D.1 /2【答案】A【解析】由合成氨的反應(yīng)N2(g ) + 3H2(g)2 NH (g)可知：反應(yīng)過(guò)程中縮小的體積等于生成的氨的體積，若設(shè)反應(yīng)前氣體的總體積為V,達(dá)到平衡后有x體積的Nb轉(zhuǎn)化，則生成氨的體積為 2x,氣體的總體積為V- 2 x ,據(jù)題意知：錯(cuò)誤！ X100%= 25%,解得：錯(cuò)誤！=錯(cuò)誤！。5 .在容積相同的四個(gè)容器中，按下列要求充入各氣體，并加入適當(dāng)?shù)拇呋瘎?，?73 K時(shí)分別建立平衡，四種情況下Ha的轉(zhuǎn)化率由大到小的順序是 。 1 mol N2+ 3 mol H 2 2 mo l N 2 + 3 mo l H 2 1