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1、第4节化学反应条件的优化工业合成氨学学业基基础核心素养核心素养当堂当堂评价价核心微网络素养新目标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认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要作用。学学业基基础一、合成氨反应的限度1反应原理N2(g)3H2(g)2NH3(g)在298K时：H92.2kJmol1，S198.2JK1mol1。2反应特点可逆减小能3影响因素(1)反应条件：_温度、_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
2、为_时平衡混合物中氨的百分含量最高。降低增大13状元随笔合成氨反应中，为了提高原料转化率，常采用将未转化的N2、H2循环使用的措施。二、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vkc(N2)c1.5(H2)c1(NH3)，由速率方程可知：_N2或H2的浓度，_NH3的浓度，都有利于提高合成氨反应的速率。升高增大增大催化剂增大减小状元随笔温度升高，k值增加，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。三、合成氨反应的适宜条件1合成氨反应适宜条件分析工业生产中，必
3、须从_和_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_，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_，同时还要考虑设备的要求和技术条件。反应速率反应限度转化率产量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_左右2物质的量N2、H2投料比_3压强11071108Pa4催化剂选择_作催化剂700K12.8铁状元随笔合成氨反应条件的选择原则1尽量增大反应物的转化率，充分利用原料。2选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量。3考虑设备和技术条件。【即学即练】1判断下列说法是否正确，正确的打“”，错误的打“”。(1)合成氨反应在高温下能自发进行。()(2)温度越高
4、越利于合成氨反应平衡正向移动。()(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。()解析：合成氨反应H0，S0，HTS在低温时小于0。解析：合成氨反应H0，温度越低越利于平衡正向移动。解析：合成氨正反应是一个气体分子数减小的反应，所以增大压强，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。()(5)升高温度，对合成氨的正反应的反应速率影响更大()(6)增大压强，对合成氨的正反应的反应速率影响更大()(7)加入催化剂，对合成氨的正逆反应的反应速率影响程度相同()解析：催化剂同倍数加快正、逆反应速率，对转化率无影响。解析：合成氨反应的正反应是放热反应，升高温度，正、
5、逆反应的反应速率都增大，但是温度对吸热反应的速率影响更大，所以对该反应来说，对逆反应速率影响更大。解析：合成氨的正反应是气体体积减小的反应，增大压强，对正反应的反应速率影响更大。解析：加入催化剂，对正、逆反应的反应速率的影响相同。2合成氨反应通常控制在2050MPa的压强和500左右的温度，且进入合成塔的氮气和氢气的体积比为13，经科学测定，在相应条件下氮气和氢气反应所得氨的平衡浓度(体积分数)如表所示：而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%，这表明()A表中所测数据有明显误差B生产条件控制不当C氨的分解速率大于预测值D合成塔中的反应并未达到平衡20MPa60MPa50019.142.
6、2答案：D3(双选)硫酸是一种重要的化工产品，目前主要采用“接触法”进行生产。有关接触氧化反应2SO2O22SO3的说法中正确的是()A实际生产中，SO2和O2再循环使用体现绿色化学B该反应达到平衡后，反应就完全停止了，即正、逆反应速率均为零C在达到平衡的体系中，充入由18O组成的O2后，SO2中18O含量减少，SO3中18O含量增多D.在工业合成SO3时，要同时考虑反应速率和反应能达到的限度两方面的问题答案：AD4有平衡体系：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H0，为了增加甲醇(CH3OH)的产量，应采取的正确措施是()A高温、高压B适宜温度、高压、催化剂C低温、低压D高温、高压、催化剂
7、答案：B解析：该反应是一个正向放热，气体体积减小的反应，为增加甲醇的产量，需平衡正向移动，理论上可采用低温、高压的方式，但在实际生产中还需考虑反应速率，设备承受的压力及催化剂的活性等因素的影响。5(双选)下列有关工业合成氨的叙述中正确的是()A温度升高，不利于提高合成氨的反应速率B工业上选择合适的条件，可以使氮气全部转化为氨C合成氨反应平衡的移动受温度、浓度、压强等因素的影响D使用铁触媒，可以使氮气和氢气化合速率明显增大答案：CD6工业上有一种用CO2生产甲醇燃料的方法：CO2(g)3H2(g)CH3OH(g)H2O(g)H49.0kJmol1某实验中将6molCO2和8molH2充入2L的密
8、闭容器中，测得H2的物质的量随时间变化如图曲线(甲)所示。请完成下列问题：(1)a点正反应速率_逆反应速率(填“”“”或“”)。(2)若仅改变某一实验条件再进行一次实验，测得H2的物质的量随时间变化如图中虚线(乙)所示，虚线(乙)对应改变的实验条件可以是_(填序号)。a加催化剂b增大压强c升高温度d增大CO2浓度bd核心素养核心素养目标工业合成氨适宜条件的选择例 在合成氨工业中，要使氨的产率增大，同时又能提高化学反应速率，可采取的措施有()增大容器体积使压强减小减小容器体积使压强增大升高温度降低温度恒温恒容，再充入等量的N2和H2恒温恒压，再充入等量的N2和H2及时分离产生的NH3使用催化剂A
9、BCD答案：C状元随笔工业生产中选择适宜生产条件的思路：对于某一特定的实际反应，选取适宜的反应条件的基本思路如下：(1)分析化学反应的特点：从可逆性、反应前后气体系数的变化、焓变三个角度分析。(2)根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响。(3)从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况，选出适宜的反应条件。反应条件有利于加快速率的条件控制有利于平衡正向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 加合适的催化剂不需要加合适的催化剂温度高温H0高温兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度H0低温在设备条件允
10、许的前提下，尽量采取高温并考虑催化剂的活性压强高压(有气体参加)V(g)0高压在设备条件允许的前提下，尽量采取高压V(g)0低压兼顾速率和平衡，选取适宜的压强提升下列有关合成氨工业的说法正确的是()AN2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成B恒容条件下，充入稀有气体有利于NH3的合成C工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行D工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在常温时可自发进行答案：D解析：A错，投料比为n(N2)n(H2)12.8时，更有利于NH3的合成。B错，恒容条件下，充入稀有气体对平衡无影响。C错、D对，HTS0时反应自发进行，而合
11、成氨反应的H0、S0，在常温条件下该反应能自发进行。状元随笔(1)合成氨生产的要求。合成氨工业要求：反应要有较快的反应速率。要最大限度地提高平衡混合物中NH3的含量。(2)合成氨生产条件的选择依据。化学反应速率和化学平衡原理的有关知识。合成氨生产中的动力、材料、设备、生产成本等因素。【关键能力】选择合成氨生产条件的理论分析外界因素理论分析压强压强越大越有利于合成氨，但在实际生产中，应根据反应设备可使用的钢材质量及综合指标来选择压强，大致分为低压、中压和高压三种类型，一般采用高压温度温度越高，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700K左右(且在此温度时催化剂的活性最大
12、)催化剂使用催化剂可以大幅度提高反应速率，合成氨生产一般选择铁作催化剂浓度合成氨生产通常采用N2和H2物质的量之比为12.8的投料比，并且及时将氨气从反应混合物中分离出去其他为提高平衡转化率，工业合成采用的原料循环利用当堂当堂评价价1(双选)工业上合成氨一般采用700K左右的温度，其原因是()A适当提高氨的合成速率B提高H2的转化率C提高氨的产率D催化剂在700K时活性最大答案：AD2可逆反应3H2(g)N2(g)2NH3(g)H0，达到平衡后，为了使H2的转化率增大，下列选项中采用的三种方法都正确的是()A升高温度，减小压强，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
13、氮气D降低温度，增大压强，分离出部分氨答案：D31913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列是哈伯法的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是()ABCD答案：B4在密闭容器内，N2、H2起始的物质的量分别为10mol、30mol，达到平衡时N2的转化率为25%。若从NH3开始，在相同条件下欲使平衡时各成分的百分含量与前者相同，则应加入NH3的物质的量及NH3的转化率为()A15mol和25%B20mol和50%C20mol和75%D40mol和50%答案：C5.(双选)某温度下，对于反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92
14、.2kJmol1。N2的平衡转化率()与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是()A将1mol氮气、3mol氢气，置于1L密闭容器中发生反应，放出的热量为92.2kJB平衡状态由A变为B时，平衡常数K(A)K(B)C上述反应在达到平衡后，增大压强，H2的转化率增大D升高温度，平衡常数K增大答案：BCT/K303313323353NH3生成量/106mol4.85.96.02.0升高温度、增大N2浓度、不断移出生成物66.7%5.0103mol2L2c练后反思在为工业生产选择适宜条件时，一般要从化学平衡和化学反应速率、主反应和副反应等多个方面综合分析，并依据有关理论和实验数据对所选择的条件进行论证。在分析过程中还要注意实际生产的成本、工艺、安全性等因素。
