第四节 化学反映条件的优化——工业合成氨【教学目的】知识与技能:1.理解如何应用化学反映速率和化学平衡原理分析合成氨的合适条件;2.理解应用化学反映原理分析化工生产条件的思路和措施,体验实际生产条件的选择与理论分析的差别；３．通过对合成氨合适条件的分析，结识化学反映速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要作用过程与措施:１．通过对合成氨合适条件的研究选择，学会把握重要矛盾、统筹兼顾解决问题的能力，培养理论联系实际的能力;２.在运用理论解决问题的过程中,进一步加深对所学理论的理解，提高实际应用能力;3.通过讨论、交流发现问题和解决问题，体验合伙学习的过程和乐趣情感态度与价值观：１．初步形成从多方面综合思考问题的意识;2．结识化学反映原理在工业生产中的重要作用，提高学生对化学反映的价值的结识,从而赞赏化学科学对个人生活和社会发展的奉献教学过程】合成氨的车间外貌和生产设备图浏览图片)一、合成氨反映的限度１．反映原理N2（g)＋3Ｈ2(g) 2NH3（ｇ） 29８ Ｋ时 ΔＨ＝－92.２ kJ·mｏl-1 ΔS＝-198.2 J·mol－1·Ｋ－1２．反映特点合成氨反映是一种能自发进行的、放热的、气体体积减小的可逆反映。
3．有助于氨生成的措施(1)减少温度、增大压强有助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,反映物中N2和H2的体积比为１∶3时平衡混合物中氨的含量最高二、合成氨反映的速率１．浓度在特定条件下，合成氨反映的速率与参与反映的物质的浓度的关系式为v＝k ｃ(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,均有助于提高合成氨的速率２．催化剂使用催化剂，可明显减少反映的活化能，使反映速率提高上万亿倍3.温度温度对合成氨反映的速率也有明显影响：温度越高，反映进行得越快４.压强压强越大,反映进行得越快三、合成氨的合适条件１.合成氨反映条件的选择工业生产中,必须从反映速率和反映限度两个角度选择合成氨的合适条件，既要考虑尽量增大反映物的转化率，充足运用原料，又要选择较快的反映速率，提高单位时间内的产量,同步还要考虑设备的规定和技术条件2．合成氨的合适条件反映条件压强温度催化剂浓度1×107~1×1０8Pa700 K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Ｈ2四、工业生产中化学反映条件优化的原则外界条件有助于加迅速率的条件控制有助于平衡移动的条件控制综合分析成果浓度增大反映物的浓度增大反映物的浓度，减小生成物的浓度不断地补充反映物，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，考虑催化剂的合适温度ΔH>0高温在设备条件容许的前提下，尽量采用高温并选用合适的催化剂压强高压(有气体参与）Δνg＜0高压在设备条件容许的前提下,尽量采用高压Δνg＞0低压兼顾速率和平衡，选用合适的压强五、合成氨的工业流程『特别提示』在制备原料时，要注意反映的可行性，同步要注意反映的速率和限度。
六、氮的固定将空气中游离态的氮转化为氮的混合物的过程叫氮的固定，重要的固氮措施：１.生物固氮一种重要的自然固氮反映如豆科植物在根瘤菌作用下直接吸取空气中的N2转化为氨等，进一步合成蛋白质2.自然固氮如闪电产生的巨大电压，其电火花足可以破坏氮气分子的叁键,促使其与氧气反映生成NO，进而生成NＯ2和ＨNO３等3.化学固氮 如合成氨反映、放电条件下使氮气与氧气反映生成NO等4.人工模拟生物固氮通过化学措施,制备出类似生物“固氮菌”的物质，使空气中的氮气在常温常压下与水及二氧化碳等反映,转化为硝态氮或铵态氮，进而实现人工合成大量的蛋白质等,最后实现工业化生产蛋白质食品『特别提示』判断某过程与否为氮的固定期,可以通过看反映物中与否有N2分子,生成物中与否有氮的化合物,都符合的属于氮的固定七、检测题1. 对于可逆反映N2（气)+3H2(气)2NH3（气) ΔH<0，下列说法对的的是( )A．达到平衡时反映物和生成物浓度一定相等B.达到平衡后加入氨气,重新达到平衡时，氨气的浓度比原平衡时大C.达到平衡时，升高温度加快了吸热反映的速率,减少了放热反映的速率,因此平衡向逆反映的方向移动Ｄ.加入催化剂可以缩短达到平衡的时间,这是由于加快了正反映的速率,而减慢了逆反映的速率2. 在合成氨时，既要使氨的产率增大,又要使化学反映速率增大,可以采用的措施有（ )①增大体积使压强减小 ②减小体积使压强增大 ③升高温度 ④减少温度 ⑤恒温恒容,再充入等量的Ｎ2和H2 ⑥恒温恒压，再充入等量的N2和H2 ⑦及时分离产生的NH3 ⑧使用合适的催化剂A.②④⑤⑦ Ｂ．②③④⑤⑦⑧ Ｃ．②⑤ D．②③⑤⑧3. 工业合成氨的正反映是放热反映,下列有关N2(g)＋3H２(ｇ) 2NH３(g)反映的图像中，错误的是（ ）４. 采用循环操作可提高原料的运用率,下列工业生产中，没有采用循环操作的是（ ）A．硫酸工业 ﻩB．合成氨工业C.硝酸工业 ﻩ ﻩ Ｄ.氯碱工业５. 已知合成氨反映的正反映是气体体积减小的放热反映，合成氨工业的工艺流程如下：下列有关合成氨工业的说法中不对的的是（ ）A．混合气进行循环运用遵循绿色化学思想B．合成氨反映需在低温下进行C.对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率D.原料气之一的氢气可由天然气和水反映制得6． 下列化工生产中所发生的重要化学反映,不波及氧化还原反映的是（ )A．氯碱工业 B.接触法制硫酸 Ｃ．制造一般玻璃 ﻩD.工业合成氨参照答案１． 【解析】往往错选C、D,因素:对升高温度可以使平衡向吸热反映方向移动的因素结识不清;对使用催化剂可缩短达到平衡所用时间的因素结识不清；对的选项为B。
答案】B2. 【解析】①减小压强,产率减少，速率变慢,因此②对的；③升温平衡左移，④降温速率变慢，因此③④错;⑤相称于加压，对的，⑥错;⑦反映速率变慢；⑧对平衡无影响答案】C3． 【解析】合成氨的正反映是放热反映，升温,正、逆反映速率都增大,但逆反映增大的限度大，A对的;在T1时ＮH３%最大，达到平衡，再升高温度，平衡逆向移动，NH3%减小,B对的；低温下达到平衡,ＮＨ3的含量大,C错误；增大压强，平衡向右移动，ＮＨ３%增大，D对的答案】C4. 【解析】硫酸工业,循环操作提高二氧化硫运用率;合成氨工业，循环操作提高氮气和氢气运用率；硝酸工业，循环操作提高氨的转化率；氯碱工业,电解饱和氯化钠溶液，没有循环操作答案】Ｄ5. 【解析】合成氨反映虽是放热反映，但是温度低时,反映速率太慢,合适温度需在50０℃左右，且该温度下催化剂的活性最大答案】Ｂ6． 【解析】各选项波及的重要反映为：A项，2NａCl+2H2Ｏ２ＮaOＨ+H2↑＋Cｌ2↑;B项,4ＦeＳ2+１１O22Fe2O3+８SO２，２SO2+O22SO３，SO3+H2O===H2SO4;C项，SｉO2+Na2ＣO３Na2SiＯ3+CＯ２↑;D项，Ｎ2＋３H２高温、高压催化剂２ＮH3。