第4節(jié) 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化 工業(yè)合成氨

第4節(jié)化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨1.對于合成氨的反應(yīng),使用催化劑和施加高壓,下列敘述中,正確的是(C)A.都能提高反應(yīng)速率,都對化學(xué)平衡狀態(tài)無影響B(tài).都對化學(xué)平衡狀態(tài)有影響,都不影響達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間C.都能縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間,只有壓強(qiáng)對化學(xué)平衡狀態(tài)有影響D.催化劑能縮短反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間,而壓強(qiáng)無此作用解析:使用催化劑是為了提高反應(yīng)速率,施加高壓既可以提高反應(yīng)速率,也有利于平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行。2.有平衡體系:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH<0,為了增加甲醇(CH3OH)的產(chǎn)量,應(yīng)采用的正確措施是(B)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、催化劑解析:該反應(yīng)是一個(gè)正向放熱、氣體體積減小的反應(yīng),為增加甲醇的產(chǎn)量,需平衡正向移動(dòng),理論上可采用低溫、高壓的方式,但在實(shí)際生產(chǎn)中還需考慮反應(yīng)速率、設(shè)備承受的壓力及催化劑的活性等因素的影響。3.下面是合成氨的簡要流程示意圖:沿x路線回去的物質(zhì)是(A)A.N2和H2 B.催化劑C.NH3 D.H2解析:反應(yīng)混合氣經(jīng)過合成塔發(fā)生反應(yīng):N2+3H22NH3,成分變?yōu)镹2、H2、NH3的混合氣體,經(jīng)冷凝,NH3液化,N2、H2沸點(diǎn)很低,未液化,故再送入壓縮機(jī),循環(huán)使用,提高原料利用率。4.在硫酸工業(yè)中,通過下列反應(yīng)使SO2氧化成SO3:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=-198kJ·mol-1。(已知制SO3過程中催化劑是V2O5,它在400℃～500℃下表為不同溫度和壓強(qiáng)下SO2的轉(zhuǎn)化率(%):壓強(qiáng)轉(zhuǎn)化率溫度1×105Pa1×106Pa5×106Pa1×107Pa45097.5%99.2%99.6%99.7%55085.6%94.9%97.7%98.3%(1)根據(jù)化學(xué)理論綜合分析,為了使二氧化硫盡可能轉(zhuǎn)化為三氧化硫,可控制的條件是。

(2)實(shí)際生產(chǎn)中,選定400℃～500。

(3)實(shí)際生產(chǎn)中,采用的壓強(qiáng)為常壓,其原因是

。

(4)在生產(chǎn)中,通入過量空氣的目的是

。

(5)尾氣中有SO2,必須回收是為了。

解析:從提高反應(yīng)速率考慮,合成SO3需要加入催化劑和升溫、加壓;從增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率方面考慮,合成SO3需低溫、加壓、通入空氣;從表中數(shù)據(jù)和設(shè)備材料的要求以及催化劑的活性方面綜合考慮,選擇最適宜條件。答案:(1)常壓、450℃(2)在此溫度下催化劑的活性最高(3)在常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率就已經(jīng)很高了(97.5%),若采用高壓,平衡能向右移動(dòng),但效果并不明顯,增加成本(4)增大反應(yīng)物O2的濃度,提高SO2的轉(zhuǎn)化率(5)防止污染環(huán)境科海泛舟(對應(yīng)學(xué)生用書第39頁)惡魔與天使在化學(xué)發(fā)展史上,有一位化學(xué)家,曾給世人留下過關(guān)于他的功過是非的激烈爭論。他就是德國物理化學(xué)家、合成氨的發(fā)明者弗里茨·哈伯(FritzHaber)。一方面哈伯發(fā)明的合成氨使人類解決了人口增長帶來的糧食危機(jī),他是生命的天使;另一方面合成氨的發(fā)明,使硝酸的生產(chǎn)更簡單,人們可以更快速大量地制造炸藥,在戰(zhàn)場上死亡的人數(shù)較冷兵器時(shí)代和簡單火器時(shí)期大大上升,從此角度看他成了扼殺人類生命的惡魔。1868年12月9日,哈伯出生于西里西亞的布雷斯勞(現(xiàn)為波蘭的弗羅茨瓦夫)。他天資聰穎,好學(xué)、好問、好動(dòng)手,小小年紀(jì)就掌握了不少化學(xué)知識。他曾先后到柏林、海德堡、蘇黎世求學(xué),做過著名化學(xué)家霍夫曼和本生的學(xué)生。大學(xué)畢業(yè)后在耶拿大學(xué)一度從事有機(jī)化學(xué)研究,撰寫過轟動(dòng)化學(xué)界的論文。哈伯19歲就被德國皇家工業(yè)大學(xué)破格授予博士學(xué)位,1896年在卡爾斯魯厄工業(yè)大學(xué)任講師,1906年任物理化學(xué)和電化學(xué)教授。哈伯在歷經(jīng)無數(shù)次失敗后,終于在采用600℃、200個(gè)大氣壓和用金屬鐵做催化劑的條件下,人工固氮成功。平衡后氨的濃度達(dá)到6%,