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1、第八讲化学反应条件的优化工业合成氨知识与技能：1. 了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件；2. 了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异;3通过对合成氨适宜条件的分析，认识化学反应速率和化学平衡的控制在工业生产中的重要作用。过程与方法：在化学反应的方向、限度、速率等理论为指导的基础上带领学生选择适宜的反应条件，引导学生考虑合成氨生产中动力、设备、材料生产效率等因素，寻找工业合成氨生产的最佳条件。情感态度与价值观：认识化学反应原理在工业生产中的重要作用，提升学生对化学反应的价值的认识，从而赞赏化学科学对个 人生活和社会发展的贡
2、献。教学重难点：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。教学过程：N2(g) + 3H2(g)2NH3 (g) AH =-92.2kJ/mol(1体积)(3体积)(2体积) 可逆反应熵减小的反应正反应气态物质系数减小正反应是放热反应化学反应条件的优化一一工业合成氨一、合成氨反应的限度二、合成氨反应的速率v =K C (N2) C1. 5 (H2) C1 (NH3)三、合成氨的适宜条件1、一般要使用催化剂：这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高 了经济效益；2、选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大的温度；3、选择合适的压强：既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要考虑动力、
3、材料、 设备等。请利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成。P65NH30.60.50.40.30.20.1n(N2):n叫)1： 1 1： 2 1： 3 1： 4 1： 5 1： 6【分析】1、压强怎么选? 合成氨反应是气态物质系数减小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向移 动，所以理论上压强越大越好。 但是压强越大，对设备的要求高、压缩h2和n2所需要的动力大，因此选择压强应符合实际科学 技术。2、温度怎么选择？ 因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于平衡正向移动。 可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。 催化剂要在一定
4、温度下催化活性最大。综合以上因素:实际生产中温度一般选择在700K左右(主要考虑催化剂的活性)。3、用不用催化剂？经济效益和社会效益要求化学反应速度要快，原料的利用率要高，单位时间的产量要高。 实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂(铁触媒)，它在700K时活性最高。4、浓度怎么定？ N2和H2的比例怎么定？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1： 3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H/勺物质的量比为1： 2.8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
5、；及时将氮气和氢气循环利用，使其保持一定的 浓度。【投影】研讨的结果工业上利用某可逆反应生产产1、一般要使用催化剂：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和鸟的物质的量比为1： 2.8的投料比，氨及时从混合气中分离出去这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益；2、选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大的温度；3、选择合适的压强：既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。工业制造硫酸的主要反应为：2SO2 (g) + O2(g) =2S03(g)H=-197.8
6、KJ/mol S03 (g) + H20(l) = H2S04 (aq)反应的平衡常数K随温度升高而减小.所用催化剂的主要成分为V2O5(6%-12%)、K2SO4(17%-20%)、SiO2(50%-70%),能使催化剂中 毒的物质有砷、硒、氟等.请根据以上信息讨论二氧化硫氧化反应的工艺条件(温度、压强、原料气配比等)对工业生产硫酸的影响.【投影材料】已知2SO2（g）+O2（g） = 2SO3 （g） AH0其实验数据见表?强不同压强SO2的转化率（%）转化率1.015.051.015.051.01X105PaX105PaX106PaX106P a7X10P a450 C97.598.99
7、9.299.699.7（1）应选用5Q0XL2）应采用3的温度是 的压强是450C 常压0，理由是因为常l毕&3辱压下SO 的2(SO的转化率提高很少，但需要的动力更大，对设备的要求更高转化率已经很高，若采用较大压强，2（3）在生产中，通入过量空气的目是（4）原料气必需净化的原因是（5）尾气中有SO2必须回收是为了（第二课时）【题1】对于合成氨工业，只从提高原料转化率看，从下列条件中选择最适宜的组合是（B）高温 低温 低压 高压催化剂加氨 除氨A. B.C.D.【解析】合成氨工业利用N2+3H2 = 2NH3 H 0，因而可知升高温度有利于反应向氨气生成的方向进行; 从气体的系数来看，加压有利
8、于反应向氨气生成的方向进行；加催化剂只会改变速率却无法改变转化率； 减少生成物的浓度也有利于反应向氨气生成的方向进行。故综上所述有。【题2】在一定条件下，可逆反应N2+3H2 = 2NH3 H 0达到平衡，当单独改变下列条件后，有关叙 述错误的是（CD）化加入催化剂，V正、V逆都发生变化，且变化的倍数相等B. 加压，V正、V逆都增大，且V正增大的倍数大于V逆增大的倍数C. 降温，V正、V逆都减小，且V正减少的倍数大于V逆减少的倍数。.加入氩气，V正、V逆都增大，且V正增大的倍数大于V逆增大的倍数【解析】催化剂只是增大或减小反应速率，即有V正、V逆都发生变化，但不会改变平衡的移动，即有V 正、V
9、逆变化的倍数相等。加压，体系中各反应物浓度增大，V正、V逆都增大，但更有利于向气体系数减 少的方向移动，故V正增大的倍数大于V逆增大的倍数。降温，反应速率全部下降，但有利于平衡向放热 的方向移动，而本反应 H 0,所以V正减少的倍数小于V逆减少的倍数。加入稀有气体，各组分的浓度 都不会变化或者减小，所以V正、V逆不变或减小。故C、D均不正确。【题3】合成氨所需的H2由炭和水蒸气反应制得，其中一步反应为CO+H2O（g） =CO2+H2 H 0，欲 使CO的转化率提高，同时提高H2的产率，可以采取的措施是（A）A.增大水蒸气的浓度 B.升高温度 C.增大CO浓度 D.增大压强【解析】欲使CO的转
10、化率提高，同时提高h2的产率，必然要求改变条件使平衡向正反应方向移动。CO+ H2O（g） =CO2+H2 H 0从中可知本反应为气体系数不变且正反应放热的反应，所以可以提高反应物水 蒸气的浓度。升高温度虽然可以提高反应速率，但会使平衡向左移，如果降低温度，可使平衡右移，却又会降低反应速率，但会符合题目要求，可惜无此选项。增大CO浓度，虽可以提高H2的产率，但自身的转N2、NH3，开始时其物质的量之比为3 ： 1 ： 1，反 则此时N/勺转化率为（A）【题4】在一定温度和压强下，在密闭容器中充入H2、N2、NH3的物质的量之比为9 : 3 : 4h2、化率却会降低。压强对气体系数不变的反应无影
11、响。A.10%B.20%C.15%D.30%【解析】3H2 + N2 -2NH3起始量311转化量3xx2x平衡量3 3 x 1 x2x(3x):(1x)： 2x = 9:3 : 4 故 x=0.10.1 所以N的转化率为X100% = 10%21【题5】在一定条件下，2NH3 =NH3未分解时的密度之比为（B）3H2+N2，达到平衡时，NH3的转化率为50%，A. 1：1B.2：3C.3：2D.2：1【解析】2NH3 3H2 +N2起始量x00转化量50%x0.75x0.25x平衡量0.5x0.75x0.25x应达平衡后，此时平衡混合气的密度与m反应前后均为气体故总质量不变，密度P=，而气体
12、的体积又与气体的物质的量成正比，故反?后_x_ ,.2应后与反应刖密度之比等于物质的量的反比,即为p前一 0.5X + 0.75x + 025x 一 【题6】在密闭容器中进行如下反应已达到平衡，N2 + 3H2n2NH3 H0，其他条件不变时，若将平衡 混合物中各物质的浓度都增大到原来的2倍，则下列说法中正确的是（BD） A.平衡不移动B.平衡向正方向移动C.平衡向逆反应方向移动D.NH3的百分含量增加【解析】将平衡混合物中各物质的浓度都增大到原来的2倍，则反应的速率增大，其他条件不变也就是说 将气体进行压缩，容器体积减小，使平衡向气体系数减小的方向移动，故平衡向正方向移动。进而使NH3 的百
13、分含量增加。【题7】在一定条件下，进入氨合成塔的混合气体中含N2的体积分数为22%,含H2的体积分数为78%,经 过合成反应达到平衡后，在相同的温度和压强下，气体的体积缩小至原体积的95%, N2的转化率与下面接 近的数值是（B）A.12.5%B.11.4%C.10.5%D.9%【解析】设原气体体积为V,则平衡后体积为V-0.95VN+3H2NH V2231322转化中 0.025V0.075V0.05V V-0.95V0.025V所以n2的转化率为022Vx 100% = 11.4%【题8】工业合成氨反应是700 K左右进行的，这主要原因是（D）A. 700 K时此反应速率最快B. 700
14、K时氨的平衡浓度最大C. 700 K时氨的转化率最高D. 700 K该反应的催化剂能发挥最大的作用【解析】温度越高反应速率越快，所以排除A选项；N2+3H2 = 2NH3 H0，所以温度越高氨的平衡浓 度越大，转化率越高，所以排除B、C选项。综合可得只有D选项最贴切。【题9】有关合成氨工业的说法中，正确的是（B）A. 从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占15%，所以生产氨的工厂效率都很低B. 由于氨易液化，N2、H2在实际生产中是循环使用，所以总体来说氨的产率很高C.合成氨工业的反应温度 控制在500左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动D.合成氨厂采用的压强是2050Mpa，因为该压 强下铁触媒的活性最大【解析】本题主要是理解合成氨的过程，以及温度、浓度、催化剂等对该反应的影响，不难选出答案。【题10】一密封体系中发生反应：N2+3H2 = 2NH3 （正反应为放热反应）下图为某一段时间段反应速率与 反应进程的曲线关系图：0 tl t2 tS t4 t5 tti 时间回答下列问题：（1）处于平衡状态的时间段是。（2）tt3、t4时刻，体系中分别是什么条件
