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.doc

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1、第4节　化学反应条件的优化——工业合成氨学习目标：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)[自主预习·探新知]1．合成氨反应的限度(1)反应原理N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.2kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·K－1·mol－1。(2)反应特点：(3)影响因素①外界条件：降低温度、增大压强，有利于化学平衡向合成氨的方向移动。②投料比：温度、压强一定时，N2、H2的体积比为1∶3时平衡混合气中氨的百分含量

2、最高。微点拨：合成氨反应中，为了提高原料转化率，常采用将未能转化的N2、H2循环使用的措施。2．合成氨反应的速率(1)增大合成氨反应速率的方法(2)浓度与合成氨反应速率之间的关系在特定条件下，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)，由速率方程可知：增大N2或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于提高合成氨反应的速率。微点拨：温度升高k值增加，会加快反应速率；同时加入合适的催化剂能降低合成氨反应的活化能，使合成氨反应的速率提高。3．合成氨适宜条件的选择(1)合成氨反应适

3、宜条件分析工业生产中，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)合成氨的适宜条件序号影响因素选择条件1温度反应温度控制在700K左右2物质的量N2、H2投料比1∶2.83压强1×107～1×108Pa4催化剂选择铁作催化剂[基础自测]1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。)(1)合成氨反应在高温下能自发进行。(　　)(2)温度越高越利于合成氨反应平衡正向移动。(　

4、　)(3)合成氨反应中，压强越大越利于反应速率加快和平衡正向移动。(　　)(4)使用催化剂能提高合成氨反应物的平衡转化率。(　　)[提示]　(1)×　合成氨反应ΔH＜0，ΔS＜0，ΔH－TΔS在低温小于0。(2)×　合成氨反应ΔH＜0，温度越低越利于平衡正向移动。(3)√(4)×　催化剂同倍数的加快正、逆反应速率，对转化率无影响。2．工业上合成氨一般采用700K左右的温度，其原因是(　　)【导学号：】①适当提高氨的合成速率　②提高H2的转化率　③提高氨的产率　④催化剂在700K时活性最大A．只有①　　　　　　　B．①②C．②

5、③④D．①④D　[合成氨反应采用700K左右的温度的原因是考虑反应速率和催化剂的活性。]3．利用原料气在合成塔中合成NH3，为提高N2的转化率所采取的措施是(　　)【导学号：】A．高温B．高压C．使用催化剂D．增大N2的浓度B　[合成氨反应是气体系数减小的放热反应，据勒·夏特列原理可知高压利于提高N2的转化率。][合作探究·攻重难]化学反应条件的优化在硫酸工业中，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

6、)下表为不同温度和压强下SO2的转化率(%)：[思考交流]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？[

7、提示]　增大反应物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；循环利用，提高原料的利用率。[对点训练]题组1　合成氨的适宜条件1．能够使合成氨反应进行的程度增大的措施是(　　)A．升高温度　　　　B．降低压强C．使用催化剂D．不断移去NH3D　[降温、增压，不断减小生成物的浓度均利于合成氨反应的正向进行。][教师备选]对于合成氨反应，达到平衡后，以下分析正确的是(　　)A．升高温度，对正反应的反应速率影响更大B．增大压强，对正反应的反应速率影响更大C．减小反应物浓度，对逆反

8、应的反应速率影响更大D．加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大B　[对于合成氨反应，增大压强，平衡向气体系数减小的方向移动，即v正＞v逆，故B项正确。]2．有关合成氨工业的说法中，正确的是(　　)A．增大H2的浓度，可提高H2的转化率B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中是循环使用，所以