鲁科版2015-2016学年高中化学选修4同步导学案 第二章 第4节 化学反应条件的优化-工业合成氨（含答案+解析）

第4节 化学反应条件的优化———工业合成氨 ★【课前学案导学】 ■精准定位———学习目标导航 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.了解合成氨生成的主要流程； 4.了解工业条件选择的依据和原则。 ■自主梳理—基础知识导航 一、合成氨反应的限度 1.合成氨反应的化学方程式为：N2（g）+3H2（g）2NH3（g），，结合勒夏特列原理可知，_____温度，_____压强，有利于化学平衡向生成氨的方向移动。 2.有关研究表明：在一定的温度和压强中下，反应物中N2和H2的体积比为_____时平衡混合物中氨的含量最高。 二、合成氨反应的速率 1.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：_____，由速率方程可知， _____N2和H2的浓度（或分压），_____ NH3的浓度（或分压），都有利于提高合成氨的速率。 2.温度升高时，k_____，因此升高温度有利于提高合成氨的速率。 3.加入适宜的催化剂能_____合成氨反应的活化能，使化学反应速率提高上万倍。 三、合成氨的适宜条件 1.增大_____浓度，及时将生成的_____分离出来； 2.温度为_____左右； 3.压强为_____； 4._____作催化剂。 外界条件 使NH3生产得快 使NH3生产得多 速率分析 平衡分析 压强 高压 高压 温度 高温 低温 催化剂 使用 无影响 反应物的浓度 增大浓度 增大浓度 生成物氨的浓度 减小浓度 减小浓度 ★【课堂探究导学】 ■合作探究-名师保驾护航 探究一：合成氨的工业流程 『特别提醒』在制备原料时，要注意反应的可行性，同时要注意反应的速率和限度。 探究二：氮的固定 将空气中游离态的氮转化为氮的混合物的过程叫氮的固定，主要的固氮方法： 1.生物固氮 一种主要的自然固氮反应。如豆科植物在根瘤菌作用下直接吸收空气中的N2转化为氨等，进一步合成蛋白质。 2.自然固氮 如闪电产生的巨大电压，其电火花足可以破坏氮气分子的叁键，促使其与氧气反应生成NO，进而生成NO2和HNO3等。 3.化学固氮 如合成氨反应、放电条件下使氮气与氧气反应生成NO等。 4.人工模拟生物固氮 通过化学方法，制备出类似生物“固氮菌”的物质，使空气中的氮气在常温常压下与水及二氧化碳等反应，转化为硝态氮或铵态氮，进而实现人工合成大量的蛋白质等，最终实现工业化生产蛋白质食品。 『特别提醒』判断某过程是否为氮的固定时，可以通过看反应物中是否有N2分子，生成物中是否有氮的化合物，都符合的属于氮的固定。 探究二：化工生产适宜条件的选择的一般原则 在化工生产中，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量。以上两点是选择反应条件的出发点，当两者发生矛盾时，要结合具体情况分析，找出最佳的反应条件。 1.对于任意可逆反应，增大反应物的浓度，能够提高反应速率和转化率，故生产中常使用廉价的、易得到的原料适当过量，以提高另一种原料的转化率，还要注意原料的循环利用。 2.对于气体体积减少的反应，增大压强使平衡向生成物方向移动，但增大压强，动力消耗增加，对设备要求高，使生产成本提高，故必须综合考虑。 3.对放热反应，升高温度可以提高反应速率，但转化率降低；若温度太低，则反应速率太慢，故一般要使用适当的催化剂，对于吸热反应，升高温度可以提高反应速率，转化率也增大；但是要避免反应物和生成物状态的变化及过热分解，所以应该选用适当的温度。 4.使用催化剂可以加快反应速率但不影响化学平衡移动，但使用时一要注意选择适当的温度（满足催化剂的活性温度），二是要防催化剂中毒，对原料进行净化。 『特别提醒』选择适宜的化工生产条件时，要运用化学反应速率和化学平衡移动原理，同时考虑化工生产中的动力、材料、设备、催化剂等因素的影响，综合 ... ...