高中化学第2章化学反应的方向限度与速率第4节化学反应条件的优化__工业合成氨学案鲁科版选修4

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1、第4节　化学反应条件的优化——工业合成氨1．知道如何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。(重点)2．初步学会应用化学原理选择化工生产条件的思想和方法。(难点)　　　　　　　　　　　工业合成氨教材整理1　合成氨反应的限度1．反应原理N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　298K时　ΔH＝－92.2kJ·mol－1　ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1。2．反应特点合成氨反应是一个能自发进行的、放热的、气体体积减小的可逆反应。3．有利于氨生成的措施(1)降低温度、增大压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动。(2)在一定的温度和压强下，反应物中N2和H2的体积比

2、为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。教材整理2　合成氨反应的速率1．浓度在特定条件下，合成氨反应的速率与参加反应的物质的浓度的关系式为v＝kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)，由关系式可知，增大N2或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于提高合成氨的速率。2．催化剂使用催化剂，可显著降低反应的活化能，使反应速率提高上万亿倍。3．温度温度对合成氨反应的速率也有显著影响：温度越高，反应进行得越快。4．压强压强越大，反应进行得越快。教材整理3　合成氨的适宜条件1．合成氨反应条件的选择工业生产中，必须从反应速率和反应限度两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的

3、转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。2．合成氨的适宜条件反应压强温度催化剂浓度条件1×107～1×108Pa700K左右铁触媒(铁)使气态NH3变成液态NH3并及时从平衡混合物中分离出去，及时补充N2和H2在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－198kJ·mol－1。(已知催化剂是V2O5，在400～500℃时催化效果最好)下表为不同温度和压强下SO2的转化率(%)：压强转化率温度1×105Pa1×106Pa5×106Pa1×107Pa450℃97.5%

4、99.2%99.6%99.7%550℃85.6%94.9%97.7%98.3%问题思考：(1)根据化学理论和以上数据综合分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫，可控制的条件是什么？【提示】　常压、450℃、催化剂。(2)在实际生产中，选定400～500℃作为操作温度，其原因是什么？【提示】　在此温度下催化剂的活性最高。(3)根据上表中的数据分析：制取SO3时为什么不采用高压？【提示】　在常压下SO2的转化率就已经很高了(97.5%)，若采用高压，平衡能向右移动，但效果并不明显，且采用高压时会增大设备的成本，得不偿失。(4)在生产中，通入过量空气的目的是什么？【提示】　增大反应

5、物O2的浓度，提高SO2的转化率。(5)尾气中的SO2必须回收的目的是什么？【提示】　防止污染环境。工业生产中化学反应条件优化的原则外界条件有利于加快速率的条件控制有利于平衡移动的条件控制综合分析结果浓度增大反应物的浓度增大反应物的浓度，减小生成物的浓度不断地补充反应物，及时地分离出生成物催化剂加合适的催化剂无影响加合适的催化剂温度高温ΔH<0低温兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度ΔH>0高温在设备条件允许的前提下，尽量采取高温并选取适宜的催化剂压强高压(有气体参加)Δνg<0高压在设备条件允许的前提下，尽量采取高压Δνg>0低压兼顾速率和平衡，选取适宜的压强题组1　合成氨1

6、．可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，达到平衡后，为了使氢气的转化率增大，下列选项中采用的三种方法正确的是(　　)A．升高温度、降低压强、增加氮气B．降低温度、增大压强、加入催化剂C．升高温度、增大压强、增加氮气D．降低温度、增大压强、分离出部分氨气【解析】　要使氢气的转化率增大，需使平衡向正反应方向移动，根据合成氨反应的特点，由于正反应为放热反应，需降低温度；正反应为气体总体积减小的反应，需增大压强；另外还可通过及时分离出部分氨气，减小生成物浓度的方法，促使平衡右移，故选D。【答案】　D2．对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施以高压，下列叙述中正确的是(

7、　　)A．都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响B．都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用的时间C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化学平衡状态有影响D．催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而压强无此作用【解析】　对化学反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，催化剂只能提高反应速率，使反应达到平衡状态所用的时间缩短，不能使化学平衡发生移动。高压能提高反应速率，使反应达到平衡状态所用的时间缩短，也能使化学平衡向生成NH3的反应方向移动。【答案】　C3．合成氨工业对