20202021高中化學(xué)第2章化學(xué)反應(yīng)的方向限度與速率第4節(jié)化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨學(xué)案魯科版選修4經(jīng)典實(shí)用

1、第4節(jié)化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理，選擇合成氨的適宜條件。(重點(diǎn))2.初步學(xué)會(huì)應(yīng)用化學(xué)原理選擇化工生產(chǎn)條件的思想和方法。(難點(diǎn))自 主 預(yù) 習(xí)·探 新 知1合成氨反應(yīng)的限度(1)反應(yīng)原理n2(g)3h2(g)2nh3(g)h92.2 kj·mol1，s198.2 j·k1·mol1。(2)反應(yīng)特點(diǎn)： (3)影響因素外界條件：降低溫度、增大壓強(qiáng)，有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動(dòng)。投料比：溫度、壓強(qiáng)一定時(shí)，n2、h2的體積比為13時(shí)平衡混合氣中氨的百分含量最高。微點(diǎn)撥：合成氨反應(yīng)中，為了提高原料轉(zhuǎn)化率，常采

2、用將未能轉(zhuǎn)化的n2、h2循環(huán)使用的措施。2合成氨反應(yīng)的速率(1)增大合成氨反應(yīng)速率的方法 (2)濃度與合成氨反應(yīng)速率之間的關(guān)系在特定條件下，合成氨反應(yīng)的速率與參加反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系式為vkc(n2)c1.5(h2)c1(nh3)，由速率方程可知：增大n2或h2的濃度，減小nh3的濃度，都有利于提高合成氨反應(yīng)的速率。微點(diǎn)撥：溫度升高k值增加，會(huì)加快反應(yīng)速率；同時(shí)加入合適的催化劑能降低合成氨反應(yīng)的活化能，使合成氨反應(yīng)的速率提高。3合成氨適宜條件的選擇(1)合成氨反應(yīng)適宜條件分析工業(yè)生產(chǎn)中，必須從反應(yīng)速率和反應(yīng)限度兩個(gè)角度選擇合成氨的適宜條件，既要考慮盡量增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，充分利用原料，又要選

3、擇較快的反應(yīng)速率，提高單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量，同時(shí)還要考慮設(shè)備的要求和技術(shù)條件。(2)合成氨的適宜條件序號(hào)影響因素選擇條件1溫度反應(yīng)溫度控制在700 k左右2物質(zhì)的量n2、h2投料比12.83壓強(qiáng)1×1071×108 pa4催化劑選擇鐵作催化劑基礎(chǔ)自測(cè)1判斷對(duì)錯(cuò)(對(duì)的在括號(hào)內(nèi)打“”，錯(cuò)的在括號(hào)內(nèi)打“×”。)(1)合成氨反應(yīng)在高溫下能自發(fā)進(jìn)行。()(2)溫度越高越利于合成氨反應(yīng)平衡正向移動(dòng)。()(3)合成氨反應(yīng)中，壓強(qiáng)越大越利于反應(yīng)速率加快和平衡正向移動(dòng)。()(4)使用催化劑能提高合成氨反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率。()提示(1)×合成氨反應(yīng)h0，s0，hts在低溫小于0

4、。(2)×合成氨反應(yīng)h0，溫度越低越利于平衡正向移動(dòng)。(3)(4)×催化劑同倍數(shù)的加快正、逆反應(yīng)速率，對(duì)轉(zhuǎn)化率無影響。2工業(yè)上合成氨一般采用700 k左右的溫度，其原因是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：41722116】適當(dāng)提高氨的合成速率提高h(yuǎn)2的轉(zhuǎn)化率提高氨的產(chǎn)率催化劑在700 k時(shí)活性最大a只有bcdd合成氨反應(yīng)采用700 k左右的溫度的原因是考慮反應(yīng)速率和催化劑的活性。3利用原料氣在合成塔中合成nh3，為提高n2的轉(zhuǎn)化率所采取的措施是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：41722117】a高溫b高壓c使用催化劑d增大n2的濃度b合成氨反應(yīng)是氣體系數(shù)減小的放熱反應(yīng)，據(jù)勒·夏特列原理可知高壓利于

5、提高n2的轉(zhuǎn)化率。合 作 探 究·攻 重 難化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化在硫酸工業(yè)中，通過下列反應(yīng)使so2氧化成so3：2so2(g)o2(g)2so3(g)h198 kj·mol1。(已知催化劑是v2o5，在400500 時(shí)催化效果最好)下表為不同溫度和壓強(qiáng)下so2的轉(zhuǎn)化率(%)：思考交流1根據(jù)化學(xué)理論和以上數(shù)據(jù)綜合分析，為了使二氧化硫盡可能轉(zhuǎn)化為三氧化硫，可控制的條件是什么？提示常壓、450 、催化劑。2在實(shí)際生產(chǎn)中，選定400500 作為操作溫度，其原因是什么？提示在此溫度下催化劑的活性最高。3根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)分析，制取so3時(shí)為什么不采用高壓？提示在常壓下so2的轉(zhuǎn)化率就已經(jīng)

6、很高了(97.5%)，若采用高壓，平衡能向右移動(dòng)，但效果并不明顯，且采用高壓時(shí)會(huì)增大設(shè)備的成本，得不償失。4在生產(chǎn)中，通入過量空氣的目的是什么？提示增大反應(yīng)物o2的濃度，提高so2的轉(zhuǎn)化率。5尾氣中的so2必須回收的目的是什么？提示防止污染環(huán)境；循環(huán)利用，提高原料的利用率。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練題組1合成氨的適宜條件1能夠使合成氨反應(yīng)進(jìn)行的程度增大的措施是()a升高溫度b降低壓強(qiáng)c使用催化劑d不斷移去nh3d降溫、增壓，不斷減小生成物的濃度均利于合成氨反應(yīng)的正向進(jìn)行。教師備選對(duì)于合成氨反應(yīng)，達(dá)到平衡后，以下分析正確的是()a升高溫度，對(duì)正反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大b增大壓強(qiáng)，對(duì)正反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大c減小反應(yīng)

7、物濃度，對(duì)逆反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大d加入催化劑，對(duì)逆反應(yīng)的反應(yīng)速率影響更大b對(duì)于合成氨反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡向氣體系數(shù)減小的方向移動(dòng)，即v正v逆，故b項(xiàng)正確。2有關(guān)合成氨工業(yè)的說法中，正確的是()a增大h2的濃度，可提高h(yuǎn)2的轉(zhuǎn)化率b由于氨易液化，n2、h2在實(shí)際生產(chǎn)中是循環(huán)使用，所以總體來說氨的產(chǎn)率很高c合成氨工業(yè)的反應(yīng)溫度控制在500 ，目的是使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)d合成氨廠采用的壓強(qiáng)是2×1075×107pa，因?yàn)樵搲簭?qiáng)下鐵觸媒的活性最大ba項(xiàng)，增大h2的濃度，h2的轉(zhuǎn)化率減??；c項(xiàng)，溫度控制在500 的目的是催化劑活性最大；d項(xiàng)，壓強(qiáng)采用2×1075&#

8、215;107pa是考慮對(duì)設(shè)備材料的要求。題組2工業(yè)生產(chǎn)中反應(yīng)條件的選擇教師備選有平衡體系：co(g)2h2(g)ch3oh(g)h<0，為了增加甲醇(ch3oh)的產(chǎn)量，應(yīng)采取的正確措施是()a高溫，高壓b適宜溫度，高壓，催化劑c低溫，低壓d高溫，高壓，催化劑b該反應(yīng)是一個(gè)正向放熱，氣體體積減小的反應(yīng)，為增加甲醇的產(chǎn)量，需平衡正向移動(dòng)，理論上可采用低溫、高壓的方式，但在實(shí)際生產(chǎn)中還需考慮反應(yīng)速率，設(shè)備承受的壓力及催化劑的活性等因素的影響。3硫酸是一種重要的化工產(chǎn)品，目前主要采用“接觸法”進(jìn)行生產(chǎn)。有關(guān)接觸氧化反應(yīng)2so2o22so3的說法中正確的是() 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：41722118】a只

9、要選擇適宜的條件，so2和o2就能全部轉(zhuǎn)化為so3b該反應(yīng)達(dá)到平衡后，反應(yīng)就完全停止了，即正、逆反應(yīng)速率均為零c在達(dá)到平衡的體系中，充入由18o原子組成的o2后，so2中18o含量減少，so3中18o含量增多d在工業(yè)合成so3時(shí)，要同時(shí)考慮反應(yīng)速率和反應(yīng)能達(dá)到的限度兩方面的問題d反應(yīng)為可逆反應(yīng)，so2和o2不能全部轉(zhuǎn)化為so3，a錯(cuò)；達(dá)到平衡后反應(yīng)不停止，正、逆反應(yīng)速率相等，b錯(cuò)；達(dá)到平衡后充入由18o原子組成的o2，平衡向正方向移動(dòng)，so3中18o含量增多，因?yàn)榉磻?yīng)可逆，so2中18o含量也增多，c錯(cuò)；d正確。4某工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)生反應(yīng)：2a(g)b(g)2m(g)h<0。下列有關(guān)該工業(yè)生

10、產(chǎn)的說法正確的是()a工業(yè)上合成m時(shí)，一定采用高壓條件，因?yàn)楦邏河欣趍的生成b若物質(zhì)b價(jià)廉易得，工業(yè)上一般采用加入過量的b以提高a和b的轉(zhuǎn)化率c工業(yè)上一般采用較高溫度合成m，因溫度越高，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越高d工業(yè)生產(chǎn)中常采用催化劑，因?yàn)樯a(chǎn)中使用催化劑可提高m的日產(chǎn)量d工業(yè)上合成m可能采用常壓，如h2so4工業(yè)中so3的生成；加入過量b只能提高a的轉(zhuǎn)化率，b的轉(zhuǎn)化率降低；溫度升高，平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率降低；使用催化劑可降低反應(yīng)的活化能，提高反應(yīng)速率。工業(yè)生產(chǎn)中選擇適宜生產(chǎn)條件的原則外界條件有利于加快速率的條件控制有利于平衡正向移動(dòng)的條件控制綜合分析結(jié)果濃度增大反應(yīng)物的濃度增大反應(yīng)物的濃

11、度、減小生成物的濃度不斷地補(bǔ)充反應(yīng)物、及時(shí)地分離出生成物催化劑加合適的催化劑不需要加合適的催化劑溫度高溫h0低溫兼顧速率和平衡，考慮催化劑的適宜溫度h0高溫在設(shè)備條件允許的前提下，盡量采取高溫并考慮催化劑的活性壓強(qiáng)高壓(有氣體參加)g0高壓在設(shè)備條件允許的前提下，盡量采取高壓g0低壓兼顧速率和平衡，選取適宜的壓強(qiáng)當(dāng) 堂 達(dá) 標(biāo)·固 雙 基1nh3是一種重要的工業(yè)原料。下列關(guān)于合成氨的說法中，不正確的是 ()a工藝涉及催化技術(shù)b工藝涉及高溫高壓技術(shù)c原料之一的氮?dú)鈦碜钥諝鈊從合成塔出來的氣體中，氨的體積分?jǐn)?shù)為100%d合成氨反應(yīng)為可逆反應(yīng)，n2和h2的轉(zhuǎn)化率小于100%，則從合成塔出來

12、的氣體中，氨氣的體積分?jǐn)?shù)小于100%。2在一定條件下，可逆反應(yīng)：n2(g)3h2(g)2nh3(g)(正反應(yīng)是放熱反應(yīng))達(dá)到平衡，當(dāng)單獨(dú)改變下列條件后，有關(guān)敘述錯(cuò)誤的是()a加催化劑，v(正)、v(逆)都發(fā)生變化且變化的倍數(shù)相等b加壓，v(正)、v(逆)都增大，且v(正)增大的倍數(shù)大于v(逆)增大的倍數(shù)c降溫，v(正)、v(逆)都減小，且v(正)減小的倍數(shù)小于v(逆)減小的倍數(shù)d等容條件下加入氬氣，v(正)、v(逆)都增大，且v(正)增大的倍數(shù)大于v(逆)增大的倍數(shù)d等容條件下加入氬氣，反應(yīng)物和生成物濃度均不變，則v(正)、v(逆)均不發(fā)生變化，且v(正)v(逆)。3對(duì)于合成氨反應(yīng)n2(g)3

13、h2(g)2nh3(g)h0，下列研究結(jié)果和圖示相符的是()abcd研究結(jié)果壓強(qiáng)對(duì)反應(yīng)的影響溫度對(duì)反應(yīng)的影響平衡體系增加n2對(duì)反應(yīng)的影響催化劑對(duì)反應(yīng)的影響圖示ca項(xiàng)由于p1條件先達(dá)到平衡，故p1p2，由p1p2，減小壓強(qiáng)，化學(xué)平衡左移，nh3的體積分?jǐn)?shù)應(yīng)降低，故錯(cuò)誤；b項(xiàng)由于此反應(yīng)h0，故升溫平衡左移，n2的轉(zhuǎn)化率降低，故錯(cuò)誤；c項(xiàng)增大n2的量，會(huì)使正反應(yīng)速率增大，使化學(xué)平衡右移，故正確；d項(xiàng)使用催化劑，能加快反應(yīng)速率，縮短到達(dá)平衡的時(shí)間，故錯(cuò)誤。4合成氨工業(yè)對(duì)化學(xué)工業(yè)和國(guó)防工業(yè)具有重要意義。工業(yè)合成氨生產(chǎn)示意圖如圖所示。 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：41722119】(1)x的化學(xué)式為_。(2)圖中條件選定的主要原因是_(填字母編號(hào))。a溫度、壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響b鐵觸媒在該溫度時(shí)活性大c工業(yè)生產(chǎn)受動(dòng)力、材料、設(shè)備等條件的限制(3)改變反應(yīng)條件，會(huì)使平衡發(fā)生移動(dòng)。如圖表示隨條件改變，氨氣的百分含量的變化趨勢(shì)。當(dāng)橫坐標(biāo)為壓強(qiáng)時(shí)，變化趨勢(shì)正確的是_，當(dāng)橫坐標(biāo)為溫度時(shí)，變化趨勢(shì)正確的是_(填字母編號(hào))。解析(1)原料氣n2和h2經(jīng)一定條件下的反應(yīng)，生成的nh3(x)冷卻后從設(shè)備中分離出來，同時(shí)尾氣中含有的n2(y)和h2(y)進(jìn)行循環(huán)利用。