高中化學(xué)選修化學(xué)反應(yīng)原理2.4化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化-工業(yè)合成氨導(dǎo)學(xué)案 教學(xué)設(shè)計(jì)

高中化學(xué)選修化學(xué)反應(yīng)原理2.4化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨導(dǎo)學(xué)案【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．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。2．應(yīng)用化學(xué)原理選擇化工生產(chǎn)條件的思想和方法。3．通過合成氨條件的分析，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?！局R(shí)梳理】一、合成氨反應(yīng)的限度合成氨技術(shù)的發(fā)明使成為現(xiàn)實(shí)。要實(shí)現(xiàn)氨的工業(yè)化生產(chǎn)，必須從和兩個(gè)方面選擇合成氨的反應(yīng)條件。合成氨反應(yīng)式合成氨反應(yīng)是在298K時(shí)（能/不能）自發(fā)進(jìn)行的熱反應(yīng)，同時(shí)也是氣體的物質(zhì)的量（增大/減?。┑撵兀ㄔ?減）反應(yīng)。因此，溫度、壓強(qiáng)將有利于化學(xué)平衡向生成氨的方向移動(dòng)。研究發(fā)現(xiàn)：在一定的溫度、壓強(qiáng)下，反應(yīng)物氮?dú)?、氫氣的體積比為時(shí)，平衡混合物中氨的含量最高。二、合成氨反應(yīng)的速率影響合成氨反應(yīng)速率的主要因素有：由平衡移動(dòng)原理可知，合成氨反應(yīng)要在和的條件下進(jìn)行才能得到較高的產(chǎn)率。但由于條件對(duì)設(shè)備提出苛刻的要求，而反應(yīng)的勢必延長達(dá)到平衡的時(shí)間致使產(chǎn)率降低失去工業(yè)化生產(chǎn)的意義。速率方程（1）在反應(yīng)過程中，隨著氨的濃度的__________，反應(yīng)速率會(huì)逐漸________，因此為了保持足夠高的反應(yīng)速率應(yīng)適時(shí)將_________從混合氣體中分離出來。（2）使用________可以使合成氨的反應(yīng)速率提高上萬億倍。（3）溫度越高，反應(yīng)速率越________。三、合成氨的適宜條件在合成氨生產(chǎn)中，達(dá)到高轉(zhuǎn)化率與高反應(yīng)速率所需條件有時(shí)是矛盾的。因此選擇條件時(shí)應(yīng)該尋找以的反應(yīng)速率獲得適當(dāng)?shù)牡姆磻?yīng)條件。此外，還應(yīng)該考慮原料的價(jià)格、未轉(zhuǎn)化的合成氣的使用、的綜合利用等問題。目前，合成氨生產(chǎn)一般選擇做催化劑；控制反應(yīng)溫度在左右；根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來選擇，大致分為低壓（1×107Pa）、中壓（2×107Pa~3×107Pa），和高壓（8.5×107Pa~1×108Pa）三種類型。通常采用氮?dú)馀c氫氣物質(zhì)的量之比為的投料比。四、合成氨工業(yè)1．原理2．生產(chǎn)過程包括氣、凈化、合成氨三部分①造氣：N2來自于，和H2②凈化的目的；③合成氨包括、、等【探討學(xué)習(xí)】見課本65頁【方法總結(jié)】以合成氨為例掌握化工生產(chǎn)中適宜條件選擇的一般原則：（1）從化學(xué)反應(yīng)速率分析（C、P、T、催化劑）（2）從化學(xué)平衡移動(dòng)分析（C、P、T、催化劑）（3）從原料的利用率分析（增加易得廉價(jià)原料，提高難得高價(jià)原料的利用率，降低成本）（4）從實(shí)際生產(chǎn)能力分析（如設(shè)備的承溫承壓能力）總之，實(shí)際化工生產(chǎn)中受諸多因素的影響，必須綜合分析選出適合工廠生產(chǎn)的最適宜條件。

生產(chǎn)要求綜合選擇生成NH3速率大NH3的平衡濃度大各物質(zhì)濃度溫度壓強(qiáng)催化劑【練習(xí)1】可逆反應(yīng)N2+3H22NH3△H＜0，達(dá)到平衡后，為了使氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，下列選項(xiàng)中采用的三種方法都正確的是（）A．升高溫度、降低壓強(qiáng)、增加氮?dú)釨．降低溫度、增大壓強(qiáng)、加入催化劑C．升高溫度、增大壓強(qiáng)、增加氮?dú)釪．降低溫度、增大壓強(qiáng)、分離出部分氨氣【練習(xí)2】合成氨所需的H2可由煤和水蒸氣反應(yīng)而制得，其中一步的反應(yīng)為：CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）（正反應(yīng)放熱），下列措施中，能提高CO轉(zhuǎn)化率的是（）A．增大壓強(qiáng)B．降低溫度C．增大水蒸氣濃度D．增大CO濃度【練習(xí)3】在合成氨工業(yè)中，為增加氨的日產(chǎn)量，下列變化過程中不能使平衡向右移動(dòng)的是（）A．不斷將氨分離出來B．使用催化劑C．采用500℃左右的溫度D．采用10～30MPa的壓強(qiáng)4．課本70頁第2題?！眷柟烫嵘?．下列事實(shí)能用化學(xué)平衡移動(dòng)原理解釋的是（）A．使用鐵觸媒有利于氨的合成B．高壓比常壓條件更有利于合成氨的反應(yīng)C．500℃左右比室溫更有利于合成氨的反應(yīng)D．合成氨時(shí)采用循環(huán)操作，可提高原料的利用率2．已知2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）△H＜0。其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表壓強(qiáng)/Pa轉(zhuǎn)化率/％溫度/℃1.01×1055.05×1051.01×1065.05×1061.01×10745097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3工業(yè)生產(chǎn)硫酸時(shí)，在SO2氧化為SO3的階段應(yīng)選擇的適宜條件：溫度應(yīng)選擇____，理由是_________________________________________。壓強(qiáng)應(yīng)選擇_____，理由是_________________________________。3．從化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡兩個(gè)角度考慮，合成氨應(yīng)采用的條件是（）A．低溫、高壓、催化劑B．低溫、低壓、催化劑C．適當(dāng)溫度、高壓、催化劑D．高溫、高壓、催化劑4．利用原料氣在合成塔中合成NH3，為提高N2的轉(zhuǎn)化率應(yīng)采取的措施是（）A．高溫B．高壓C．使用催化劑D．增大N2的濃度5．合成氨所需要的H2可由煤和水反應(yīng)制得①H2O（g）+C（S）CO（g）+H2（g）△H>0②H2O（g）+CO（g）CO2（g）+H2（g）△H<0工業(yè)生產(chǎn)中，欲提高CO的轉(zhuǎn)化率，所采取的下列措施正確的最佳組合是（）①降低溫度②增大壓強(qiáng)③使用催化劑④增大CO的濃度⑤增大H2O（g）的濃度A．①⑤B．②③C．②④⑤D．③⑤6．保持溫度、壓強(qiáng)不變。合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，進(jìn)行如下操作，平衡不發(fā)生移動(dòng)的是（）A．恒溫恒壓時(shí)充入NH3B．恒溫恒容時(shí)充入N2C．恒溫恒壓時(shí)充入HeD．恒溫恒容時(shí)充入He7．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(yīng)采取的正確措施（）A．高溫高壓B．高溫高壓催化劑C