1、第二章化学反应的方向 、限度和速率第4节 化学反应条件的优化-工业合成氨导学案3【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。【学习过程】一、一、合成氨反应的限度1合成氨的化学反应方程式_。2合成氨反应的特点(1)它是一个_反应。(2)正反应是一个_反应。(3)正反应是气体体积_的反应。因此， _温度、_压强将有利于化学平衡向生成_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13时平衡混合物中氨的含量最高。二、合成氨反应的速率1速率方程：在特定条件下，合成氨反应的速率
2、与参加反应的物质的浓度的关系式为：vkc(N2)c3/2(H2)c1(NH3)，由速率方程可知：_N2或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于提高合成氨反应的速率。来源:中教%#网2温度升高时，k增大，因此升温有利于提高合成氨的速率。3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上万亿倍。三、合成氨的适宜条件1合成氨反应条件的选择原理工业生产中，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_，提高单位时间内的产量。以上两点是选择反应条件的出发点，当二者发生矛盾时，要结合具体情况具体分析，找出最佳的反应条件。2合成氨反应的适宜条件(1)压强适宜条件理论依据：压强越
3、大，要求动力越大，对材料和设备的制造要求就越高。(2)温度适宜条件：_左右。理论依据：该温度下催化剂的活性最高，反应速率比较快，氨的含量也相对较高。(3)催化剂适宜条件：以_为主的多成分催化剂。理论依据：加快反应速率。(4)浓度适宜条件：氮气和氢气按物质的量之比12.8时混合，适时分离出氨气。理论依据：适当提高氮气的分压，来提高氢气的转化率。(5)其他为了提高原料的_，未反应的氮气和氢气循环使用并及时补充氮气和氢气。3合成氨工业生产流程 来 (1)原料气的制取N2：将空气液化、蒸发分离出N2或者将空气中的O2与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2。H2：用水和燃料(煤、焦炭、石油、天然气等)在
4、高温下制取。用天然气和水制H2的主要反应为：CH4H2O(g)CO3H2COH2O(g)CO2H2(2)制得的N2、H2需净化、除杂质，再用压缩机压缩至高压。(3)氨的合成：在适宜的条件下，在合成塔中进行。(4)氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，提高原料的利用率，并将没有完全反应的N2和H2循环送入合成塔，使其被充分利用。4合成氨的发展前景(1)寻找_温度下合成氨的催化剂。(2)研制出能承受_且廉价的新材料。(3)人工模拟生物固氮。四、提高合成氨反应速率和产率的条件条件速率分析平衡分析综合结果压强高压高压高压温度高温低温兼顾速率和平衡，且考虑催化剂活性催化剂使用无影响使用反应物的浓度增大
5、浓度增大浓度增大反应物浓度，且不断减少生成物浓度导学案参考答案一、1.N2(g)3H2(g)高温、高压催化剂2NH3(g)2(1)可逆(2)放热(3)减小降低增大氨二、1.增大三、1.转化率反应速率2(1)低压中压高压(2)700 K(3)铁(5)利用率4(1)较低(2)高压五、检测题1. 下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是()A使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨B高压比常压条件更有利于合成氨的反应C500 左右比室温更有利于合成氨的反应D合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率2. 化工生产中，为加快反应速率应优先考虑的措施是()A选用适宜的催化剂 B采用高压C采
6、用高温 D增大反应物浓度3. 某温度时，在一体积为2 L的密闭容器中，通入112 g N2和24 g的H2，此时容器内压强为p大气压。在该温度和催化剂作用下，H2和N2反应达到平衡，测得平衡时压强为0.95p大气压，下列说法不正确的是()A平衡时，N2物质的量是3.6 molB平衡时，H2的物质的量是10.8 molC平衡时，N2的转化率10%DNH3的体积百分含量是10%4. 合成氨所用的H2可由煤与水反应制得，其中有一步反应为CO(g)H2O(g) CO2(g)H2(g)，H0，欲提高CO转化率可采用的方法有：降低温度；增加压强；使用催化剂；增大CO的浓度；增大水蒸气的浓度，其中正确的组合
7、是()ABC D只有5. 合成氨所需的原料是()水空气焦炭铁触媒ABC D全部6. 合成氨工业中控制的反应条件应()A温度越高越好B压强越大越好C混合气体中氢气含量越高越好D所选的催化剂活性越大越好参考答案1. 【解析】A项使用催化剂对平衡无影响；C项500 时催化剂活性最好；D项采用循环操作提高原料利用率与平衡移动无关。本题考查化学平衡移动原理的应用，熟练掌握勒夏特列原理的含义是解题的关键。【答案】B2. 【解析】化工生产中应首先考虑的是生产成本，因此应先考虑使用催化剂，提高反应速率。本题考查影响化学反应速率的外界因素，催化剂对反应速率的较大。【答案】A3. 【解析】充入的气体的物质的量分别
8、为：n(N2)4 moln(H2)12 mol由压强的变化可知平衡后的气体的物质的量为：n(总)15.2 molN23H22NH3初： 4 mol 12 mol 0变： x 3x 2x平： 4 molx 12 mol3x 2x4 molx12 mol3x2x15.2 molx0.4 mol故平衡时N2的物质的量是3.6 mol，H2的物质的量为10.8 mol。N2的转化率为：(N2)100%10%NH3的百分含量为：100%5.3%。本题考查有关化学平衡的计算，熟练掌握三段式计算方法是解题的关键。【答案】D4. 【解析】该反应是一个气体总体积不变的放热反应，欲提高CO的转化率，可设法使化学平
9、衡向正反应方向移动，显然降低温度可以满足这一要求，增加水蒸气的浓度，平衡向正反应方向移动，CO的转化率也可以增大；但若增加CO的浓度，平衡虽然向右移动，但CO的总量增大，其转化率反而减小。增大压强和使用催化剂的操作只能加快反应速率，缩短达到平衡的时间，而与平衡时CO的转化率无关。提高CO的转化率即是使化学平衡想正反应方向移动，根据化学平衡移动原理进行分析判断即可。【答案】B5. 【解析】铁触媒是合成氨的催化剂，不属于原料。本题考查合成氨的反应原理以及原料，熟练掌握合成氨的工艺是解题的关键。【答案】C6. 【解析】业合成氨的热化学方程式：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol1，似乎压强越大就越有利于平衡向合成氨的方法移动，温度越高达到平衡的时间就越短，易错选A或B。实际上在合成氨的工业生产中，压强不能太大，否则能耗太高，并且对设备的要求高。而根据化学平衡移动原理，此反应温度越低越有利于平衡向正方向移动，但温度太低，则催化剂的催化活性不能很好地发挥，反应速率太慢；为解决上述矛盾，一般选择使催化剂活性最大时的温度。本题考查合成氨工业中反应条件的选择和控制，根据反应速率和平衡移动进行分析判断。【答案】D
