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名师课堂一点通创新演练大冲关考点一课前预习巧设计设计 1设计 3考点二设计 2课堂10分钟练习课堂5分钟归纳课下30分钟演练返回返回返回返回返回 (1)在298 K时N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.2 kJmol1，S192.2 JK1mol1。则该反应在298 K时，(能，不能)自发进行。(2)增大合成氨速率的因素有、增大压强(浓度)、使用，使平衡N2(g)3H2(g)2NH3(g)向右移动的措施有：降低、增大、使N2或H2的浓度、NH3的浓度减小。(3)反应中若使N2、H2转化率相等，则n(N2)n(H2)。能升
2、高温度催化剂温度压强增大13返回返回一、合成氨反应的限度1合成氨反应的特点N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.2 kJmol1S198.2 JK1mol1返回 (1)由反应方程式的系数关系可知是气体体积的反应；(2)根据H(298 K)92.2 kJmol10知是反应；(3)S(298 K)198.2 JK1mol1，说明是反应。2合成氨反应的限度分析(1)温度、压强将有利于化学平衡向生成氨的方向移动。(2)在一定温度、压强下，反应物氮气、氢气的体积比为时平衡混合物中氨的含量最高。减小放热熵减降低增大13返回二、合成氨反应的速率(1)vkc(N2)c1.5(H2)c1(NH3)。返回三
3、、合成氨的适宜条件(1)温度以左右为宜。(2)压强分为低压(1107 Pa)、中压(21073107 Pa)、高压(8.51071108 Pa)三种类型。(3)用作催化剂。(4)按N2与H2的物质的量之比为12.8投料，并及时分离出。700 KNH3铁返回四、反应流程返回返回1实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式为：vkc(N2)c1.5(H2)c1(NH3)，请你根据该关系式分析，各物质的浓度对反应速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？分析：由合成氨反应的化学反应速率公式可知，在一定温度、压强下，化学反应速率与反应物浓度c(N2)或c1.5(H
4、2)成正比关系，与生成物浓度c(NH3)成反比关系。由此在一定温度、压强下，可采取增大反应物浓度、减返回小生成物浓度来提高化学反应速率。另外还可采取升高温度，使用合适的催化剂降低反应活化能来增大反应速率常数K加快反应速率。答案：见分析返回2合成氨工业生产中，为什么要采用分离产物，将原料气循环使用的方法？分析：(1)将NH3液化加以分离并把未反应的N2、H2循环使用，可使平衡正向移动，提高原料的利用率；由vkc(N2)c1.5(H2)c1(NH3)知，降低氨气的浓度，可以加快反应速率。答案：可以提高原料的利用率，加快反应速率返回3已知：N2(g)3H2(g)2NH3(g)H(298 K)92.2
5、 kJmol1，K6.6105(molL1)2，思考：(1)从平衡常数来看，反应的限度已经很大了，为什么还需要使用催化剂？(2)试分析实际工业生产中采取700 K左右的温度的原因。返回分析：(1)“从平衡常数来看，反应的限度已经很大”，属化学平衡问题，而使用催化剂是为了加快化学反应的速率，提高单位时间的产量，属化学反应速率的问题。而且催化剂不能改变反应的限度。(2)升高温度，化学反应速率增大，但不利于平衡向生成NH3的方向移动，因此合成氨时温度要适宜，工业上一般采用700 K左右的温度，在这个温度时，催化剂的活性最大。答案：(1)是为了加快化学反应速率(2)在这个温度时，催化剂活性最大返回返回
6、 (1)从可逆性、反应前后气体系数的变化、焓变三个角度分析化学反应的特点。(2)根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响；从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况(生产效率和生产成本)，选出适宜的外界条件。返回外界条件有利于加快速率的条件控制有利于平衡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返回外界条件有利于加快速率的条件控制有利于平衡移动的条件控制综合分析结果温度高温H0低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返回外界条件有利于加快速率的条件控
7、制有利于平衡移动的条件控制综合分析结果压强高压(有气体参加)(g)0低压兼顾速率和平衡，选取适宜的压强返回 例1下表的实验数据是在不同温度和压强下，平衡混合物中NH3含量的变化情况。达到平衡时平衡混合物中NH3的含量(体积分数)投料V(N2)V(H2)13返回压强/Mpa NH3的含量/%温度/0.11020306010020015.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.83002.252.0 64.2 71.0 84.2 92.64000.425.1 38.2 47.0 65.2 79.85000.110.6 19.1 26.4 42.2 57.56000.054.59.113.
8、8 23.1 31.4返回 (1)比较200和300时的数据，可判断升高温度，平衡向_方向移动，正反应方向为_(填“吸热”或“放热”)反应。(2)根据平衡移动原理，合成氨适宜的条件是_。A高温高压B高温低压C低温高压D低温低压返回 (3)计算500、30 MPa时，N2的转化率_。(4)实际工业生产氨时，考虑浓度对化学平衡的影响，及500对反应速率的影响，还采取了一些措施。请分别写出其中的一个措施：_。返回 解析(1)表中数据表明：恒压时，升高温度，w(NH3)减小，说明平衡逆向移动，则正反应为放热反应。(2)由反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0，合成氨适宜条件是低温、高压，此时平衡
9、右移，反应物转化率大。返回返回 (4)增大反应浓度或降低产物浓度有利于平衡右移；低温时虽然有利于化学反应正向进行，但速率较小，为提高化学反应速率，500时加入合适的催化剂(铁)，既提高化学反应速率，又使铁的催化性能最好。答案(1)逆反应 放热(2)C(3)41.8%(4)加过量N2或及时从平衡体系中移走NH3，选择合适的催化剂(如铁)返回1生产流程返回返回 3净化气体制得的N2、H2需净化，除去杂质(防止催化剂中毒)，再用压缩机压缩至高压。4NH3的合成在合成塔中进行。从塔口进气，经热交换器与塔内反应后的高温气体逆流交换热量后，进入合成塔与铁接触反应，从塔上口出气。5NH3的分离混合气经冷却后
10、，进入氨分离器，只有氨气在该压强下液化得到液氨，而未反应的N2和H2经循环压缩机压缩后，再通入合成塔中进行反应。返回返回 A混合气进行循环利用遵循绿色化学思想B分离液氨利于加快正反应速率C对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率D使用催化剂可以提高反应的速率，但是不能使平衡向正反应方向移动返回 解析A项，混合气进行循环利用，原子利用率高，符合绿色化学思想；B项，分离液氨不能加快反应速率，主要是利于平衡正向移动，提高原料利用率；C项，压缩混合气(加压)利于平衡正向移动；D项，催化剂能加快反应速率，对平衡无影响。答案B返回合成氨流程中的每个环节的总旨是：增大产率、降低成本、增大效益。返回返回点 击 下 图 进 入返回返回 (1)合成氨反应特点：可逆，放热，熵减小，气体的物质的量减小。(2)合成氨反应的条件：700 K，高压，催化剂，n(N2)n(H2)12.8(投料)。(3)化学反应条件的优化原则：反应速率尽量快。原料转化率尽量高。返回点 击 下 图 进 入
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