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1、第四节 化学反应条件的优化-工业合成氨【学习目标】1.认识合成氨的化学原理；2.应用化学平衡和化学反应速率的有关知识选择合成氨的条件；3.了解合成氨生产的主要流程；4.了解工业条件选择的依据和原则。【重点难点】应用化学反应速率和化学平衡移动原理选择合成氨的适宜条件。【复习回顾】1若使化学平衡3A(g)2B(g)2C(g)H0，向正反应方向移动，可采取的措施通常有：增大_或_的浓度，降低_，增大_，从混合气体中分离出气体_(减小生成物的浓度)等。2加快化学反应速率的措施通常有增大反应物的_，升高_，使用_，有气体参与的反应还可以采取增大_等。【自主学习】一、合成氨反应的限度1合成氨的反应：N2(
2、g)3H2(g) 2NH3(g) ，在 298K 时，H(298 K)92.2 kJmol1，S(298 K)198.2 JK1mol1。合成氮反应是反应，同时也是气体的物质的量减小的反应计算H TS=kJmol1，由此得出合成氮反应在298K时_自发进行。2合成氮反应的限度分析_温度、_压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动；在一定温度、压强下。反应物氮气、氢气的体积比为_时平衡混合物中氨的含量最高。二、合成氨反应的速率1实验研究表明，在特定的条件下，合成氮反应的速率与参与反应的物质的浓度关系式为，其中k是速率常数，k与浓度_，但受_、_、_等因素的影响。根据该关系式可知，合成氨反应的速率（）
3、与_一次方成正比，与_的1.5次方成正比，与_的一次方成反比；在反应过程中，随着氨的浓度的增大反应速率会逐渐降低为了保持足够高的反应速率，应在反应达到一定的转化率时，将_从混合气中分离出去。2在其他条件相同的情况下，使用催化剂可以使合成氨反应的速率提高上_倍。3温度越高，反应进行得_。三、合成氨的适宜条件1使用催化剂可以大幅度提高反应速率，目前合成氨生产一般选择_作催化剂。2温度越高，反应速率越大，但不利于氨的合成，在实际生产中一般控制反应温度在_左右，在此温度时催化剂的活性最大。3压强越大越有利于合成氨，但在实际生产中根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强，大致分为_、_、_三种类型
4、。4合成氨生产通常采用 N2和 H2的物质的量之比为_的投料比，及时将氨气从反应混合物中分离出去。【合作探究】1、合成氮的工业化生产，为粮食的丰收生成提供了有力保障，但在中等压强工艺条件下，合成氨厂出口气中氨气含量一般为13%14% 产量非常低。降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，有利于提高产量，那么生产中是否温度越低越好呢？2、反应物的浓度与化学反应的速率之间存在着某些定量关系，观察合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度关系式，这个关系式能不能根据反应的化学方程式的系数直接写出呢？从合成氨反应的速率方程来看，增大反应速率应采取什么措施？3、合成氨工业生产中为什么将未转化的合成气（氮气和氢气
5、）循环使用？【课堂检测】1、反应N2(g)3H2(g) 2NH3(g) H0，在不同温度、不同压强（）下，达到平衡时，混合气体中NH3的百分含量随温度变化的曲线正确的是（）2、在N2(g)3H2(g) 2NH3(g)仅从要使反应速率加快来考虑，可采取的措施是（）减压；加压；升温；降温；补充N2；加催化剂；减小N2或H2的量A B C D 3、合成氨的反应是：N2(g)3H2(g) 2NH3(g) ，H92.2 kJmol1，从化学反应速率和化学平衡两方面考虑，在合成氨的生产中采用的适宜条件是（ )A低温、高压、适当的催化剂 B高温、常压C尽可能高温、高压 D适当的温度、适当的高压，适立的催化剂
6、4、在合成氨工业中，与采用1107Pa 700K温度、差的催化剂的情况下来比较下列柑施可以提高原料气的转化率的是（）使用更好的催化剂；采用 900K左右的温度：采用 51071108Pa的压强；不断将氨分离出来A B C D5、合成氨反应N2(g)3H2(g) 2NH3(g)，在下列情况下，不能使反应速率加快的是 ( ) A加入氮气 B减小压强，扩大容器体积 C加人催化剂 D适当升高温度6、关于工业合成氨的叙述中错误的是 ( ) A在动力、设备、材料允许的情况，反应尽可能在高压下进行B温度越高越有利于工业合成氨C在工业合成氨中 N2、 H2的循环利用可提高其利用率，降低成本D及时从反应体系中分
7、离出氨气，有利于平衡向正反应方向移动7、工业上合成氨是在一定条件下进行如下反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.44 kJmol1，其部分工艺流程如图所示：气体氮气氢气氨熔点/210.01252.7777.74沸点/195.79259.2333.42反应体系中各组分的部分性质见下表回答下列问题：(1)写出该反应的化学平衡常数表达式：K_。随着温度升高，K值_(填“增大”、“减小”或“不变”)。(2)K值越大，表明_(填字母)。A其他条件相同时N2的转化率越高B其他条件相同时NH3的产率越大C原料中N2的含量越高D化学反应速率越快(3)在工业上采取气体循环的流程，即反应后通过把混合气体的温度降低到_使_分离出来；继续循环的气体是_。
