《化学反应条件的优化——工业合成氨》导学案2.doc

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1、《化学反应条件的优化——工业合成氨》导学案学习目标1．能做到应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件。2．体会应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。学习回顾影响化学反应速率和化学平衡的重要因素：化学反应速率化学平衡温度温度越，反应速率越升高温度，平衡向方向移动气体压强压强越，反应速率越增大压强，平衡向气态物质系数的方向移动催化剂正催化剂反应速率；受温度影响较大催化剂对平衡移动影响浓度反应物浓度越，反应速率越增大反应物浓度，平衡移动【参考答案】高大吸热大大减小加快无大大正向学习探究一、合成氨

2、反应的限度、速率【例1】合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)。已知298K时：ΔH＝－92.2kJ·mol－1；ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1。请根据正反应的焓变和熵变分析298K下合成氨反应能否自发进行？【答案】假设ΔH和ΔS不随温度变化，由ΔH－TΔS＝－92.2kJ·mol－1－T×(－198.2J·mol－1·K－1)/1000J·kJ－1<0能自发，得T<465.2K。故298K下合成氨反应能自发进行。【例2】利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合

3、成？【答案】合成氨反应的特点有①可逆反应；②常温下的自发的反应；③正反应气态物质系数减小；④正反应是放热反应。降低温度、增大压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动，且N2、H2体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。利用条件对反应速率的影响分析。(1)利用、增大压强、、使用催化剂来提高合成氨反应的速率。(2)实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与反应中各物质浓度的关系为v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，根据关系式分析：①各物质的浓度对反应速率的影响是合成氨反应的速率与氮气浓度的1次

4、方成，与氢气浓度的1.5次方成，与氨气浓度的1次方成。②可以采取增大、浓度，将氨及时从混合气中分离出去的措施来提高反应速率。(3)有、无催化剂对合成氨反应速率影响的对比条件Ea/kJ·mol－1k(催)/k(无)无催化剂335有催化剂1673.4×1012(700K)说明了使用可以使合成氨反应的速率提高上万亿倍。【归纳总结】使NH3生产得快和使NH3生产得多的条件条件速率分析平衡分析压强高压高压温度高温低温催化剂使用无影响反应物的浓度增大浓度增大浓度【例3】能使合成氨反应进行程度增大的方法是(　　)A．升

5、高温度B．降低压强C．使用催化剂D．及时分离出氨气【答案】D【例4】合成氨反应中，可以提高N2转化率的措施是(　　)A．尽可能延长反应时间B．通入过量的N2C．通入过量的H2D．升高温度【答案】C二、合成氨的适宜条件——工业合成氨对各种外界条件选择的理由1．压强：高压理由：合成氨反应是正反应气态物质系数减小的气体反应，增大压强既可以，又能使，所以理论上压强越大越好。但是压强越大，、，因此选择压强应符合实际科学技术。2．温度：700K理由：(1)因为正反应方向是的反应，所以有利于平衡正向移动。(2)但是温度

6、越低，越小，达到平衡所需要的时间越，因此温度也不宜太低。(3)催化剂要在一定温度下最大。3．浓度：N2和H2的物质的量之比为1∶2.8的投料比，氨及时从混合气中分离出去理由：增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2的浓度，即N2和H2的物质的量之比为时，更能促进氨的合成。实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化分离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使其保持一定的浓度。4．催化剂：使用铁

7、触媒作催化剂理由：经济效益和社会效益要求化学反应速率要快，原料的利用率要高，单位时间的产量要高。实际生产中选用为主体的多成分催化剂(铁触媒)，它在时活性最高。【归纳总结】合成氨的适宜条件外部条件工业合成氨的适宜条件压强根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强温度适宜温度，700K左右催化剂使用铁触媒作催化剂浓度N2和H2的物质的量比为1∶2.8的投料比，氨及时从混合气中分离出去【例5】合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)　ΔH＜0，在合成氨工业生产中应采取的适宜条件是(　　)A．低

8、温、高压、催化剂B．高温、高压C．尽可能的高温、高压D．适宜的温度、高压、催化剂【答案】D【例6】在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列变化过程不能使平衡向右移动的是(　　)①不断将NH3分离出来　②使用催化剂　③采用700K左右的高温　④采用2×107～5×107Pa的压强A．①④B．②③C．①③D．②④【答案】B【参考答案】一、(1)升高温度增大反应物浓度(2)①正比正比反比②N2H2(3)催化剂二、1．增大反应速率平