1、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 目标与素养：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。(变化观念和平衡思想)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。(科学态度与社会责任)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)H92.2 kJmol1，S198.2 JK1mol1。(2)反应特点(3)影响因素外界条件：温度、压强，有利于化学平衡向合成氨的方向移动。投料比：温度、压强一定时，N2、H2 的体积比为 时平衡混合物中氨的百分含量最高。13降低增大微点拨：合成氨反应中，
2、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 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。减小增大微点拨：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)合成氨反应适宜条件分析工业生产中，必须从 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
3、，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。产量反应速率反应限度转化率(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11071108 Pa 4催化剂选择_做催化剂铁700 K12.81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。()(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 H0，S0，HTS 在
4、低温小于 0。(2)合成氨反应 H0，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 700 K 左右的温度，其原因是()适当提高氨的合成速率 提高 H2的转化率 提高氨的产率 催化剂在 700 K 时活性最大A只有 BCDD 合成氨反应采用 700 K 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()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。核 心 突 破 攻 重
5、难 工业生产中选择适宜生产条件的原则外界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 H0低温兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度 温度高温H0高温在设备条件允许的前提下，尽量采取高温并考虑催化剂的活性 g0高压在设备条件允许的前提下，尽量采取高压 压强高压(有气体参加)g0低压兼顾速率和平衡，选取适宜的压强【典例】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
6、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，增加氮气D降低温度，增大压强，分离出部分氨D 本题要求增大合成氨反应中氢气的转化率，即在不增加氢气的情况下改变条件，使平衡正向移动。因合成氨是放热反应，升高温度平衡逆向移动，降低温度平衡正向移动，故 A、C 项错误；加入催化剂可加快反应速率，但对平衡移动无影响，B 项错误；因合成氨的正反应是气体体积减小的反应，所以增大压强会使平衡向正反应方向移动，增加反应物浓度或减小生成物浓度会使平衡向正反应方向移动，D 项正确。(1)既然增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？为
7、什么？(2)既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？为什么？(3)在合成氨工业中要使用催化剂，既然催化剂对化学平衡的移动没有影响，为什么还要使用呢？答案(1)不是。因为温度一定时，增大混合气体的压强对合成氨的速率和平衡都有利，但压强越大需要的动力越大，对材料的压强和设备的制造要求越高，一般采用 21075107Pa(2)不是。因为从平衡的角度考虑，合成氨低温有利，但是温度过低反应速率很慢，需要很长时间才能达到平衡，很不经济，所以实际生产中，采用 500 左右的适宜温度(在此温度时催化剂的活性最大)。(3)为了加快反应速率，采用以铁为主的催化剂。1有关合成氨工业的说
8、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，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 21075107 Pa，因为该压强下铁触媒的活性最大B A 项，增大 H2 的浓度，H2 的转化率减小；C 项，温度控制在 500 的目的是催化剂活性最大；D 项，压强采用 21075107Pa 是考虑对设备材料的要求。2某工业生产中发生反应：2A(g)B(g)2M(g)H0。下列有关该工业生产的说法正确的是()A工业上合成 M 时，一定采用高压条件，因为高压有利于
9、 M的生成B若物质 B 价廉易得，工业上一般采用加入过量的 B 以提高 A和 B 的转化率C工业上一般采用较高温度合成 M，因温度越高，反应物的转化率越高D工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高 M的日产量D 工业上合成 M 可能采用常压，如 H2SO4 工业中 SO3 的生成；加入过量 B 只能提高 A 的转化率，B 的转化率降低；温度升高，平衡逆向移动，反应物的转化率降低；使用催化剂可降低反应的活化能，提高反应速率。当 堂 达 标 提 素 养 1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
10、平衡的移动受温度、浓度、压强等因素的影响D使用铁触媒，可以使氮气和氢气转化率明显增大C 温度升高，化学反应速率增大，A 错误。从提高反应速率的角度来说，合成氨是温度越高越好，但温度越高氮的转化率越低，综合反应速率、化学平衡和催化剂的活性温度三方面考虑，因此选择温度为 700 K 左右。任何可逆反应都是有限度的，无论选择怎样的条件，氮气也不会完全转化为氨，B 错误。降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动；增大反应物的浓度，减小生成物的浓度，有利于平衡向生成氨的方向移动，工业生产就是不断向合成塔中送入氮气和氢气，并将生成的氨分离出去；压强越大越有利于平衡向生成氨的方向移动，但增大压强要受到设备的制约
11、，C 正确。使用催化剂可以显著提高化学反应速率，但不影响化学平衡，不能增大转化率，D 项错误。2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B 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。3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只要选择适宜的条
12、件，SO2 和 O2 就能全部转化为 SO3B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D 反应为可逆反应，SO2 和 O2 不能全部转化为 SO3，A 错；达到平衡后反应不停止，正、逆反应速率相等，B 错；达到平衡后充入由 18O 组成的 O2，平衡向正方向移动，SO3 中 18O 含量增多，因为反应可逆，SO2 中 18O 含量也增多，C 错；D 正确。41913 年德国化学家哈伯发明了以低
13、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 B5在硫酸工业中，通过下列反应使 SO2 氧化成 SO3：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H198 kJmol1。(已知制 SO3 过程中催化剂是 V2O5，它在 400500 时催化效果最好)下表为不同温度和压强下 SO2 的转化率(%)：(1)根据化学原理综合分析，从化学反应速率和原料转化率角度分析，生产中应采取的条件是_。(2)实 际 生 产 中，选 定 400 500 作 为 操 作 温 度，其_。(3)实际生产中，采用的压强为常压，其原因是_。(4)在生产中，通入过量空气的目的是_。(5)尾气中有 SO2 必须回收是为了_。答案(1)常压、450、催化剂(2)在此温度下催化剂的活性最高(3)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，比起高压设备，得不偿失(4)增大反应物 O2 的浓度，提高 SO2 的转化率(5)防止污染环境点击右图进入 课 时 分 层 作 业 Thank you for watching!