【学霸笔记：同步精讲】第2章 第4节 第1课时 化学反应条件的优化——工业合成氨(基础课) 讲义--2026版高中化学鲁科版选必修1

第4节　化学反应条件的优化———工业合成氨 第1课时　化学反应条件的优化———工业合成氨(基础课) 学习任务 1．结合生产实例，讨论化学反应条件的选择和优化，形成从限度、速率、能耗等多角度综合调控化学反应的基本思路，发展“绿色化学”的观念和辩证思维的能力。 2．能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题。 旧知回顾 1．勒·夏特列原理 (1)含义：如果改变平衡体系的一个条件(如温度、浓度或压强)，平衡将向减弱这个改变的方向移动。 (2)注意：①勒·夏特列原理的适用对象是可逆过程。②化学平衡移动的目的是“减弱”外界条件的改变，而不是“抵消”外界条件的改变。 2．K的大小只能预示某可逆反应向某方向进行的最大限度，不能预测反应达到平衡所需要的时间。当平衡常数数值大于105时，可以认为反应进行完全。 一、合成氨反应的限度 1．反应原理 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.2 kJ·mol-1，ΔS＝－198.2 J·mol-1·K-1。 2．反应特点 3．影响因素 (1)外界条件：降低温度、增大压强，有利于化学平衡向生成氨的方向移动。 (2)投料比：温度、压强一定时，N2、H2的体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。 　 已知298 K时，N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝，ΔS＝－198.2 J·mol-1·K-1，请通过计算说明298 K时合成氨反应能否正向自发进行？ [答案]　ΔG＝ΔH－TΔS＝－92.2×103 J·mol-1－298 K×(－198.2 J·mol-1·K-1)＝＝－33 136.4 J·mol-1＜ 0，即298 K时合成氨反应能正向自发进行。 二、合成氨反应的速率 1．提高合成氨反应速率的方法 反应速率 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与反应的物质的浓度的关系式为v＝kc(N2)·c1.5(H2)·c-1(NH3)，由速率方程可知：合成氨反应的速率与氮气浓度的1次方成正比，与氢气浓度的1.5次方成正比，与氨气浓度的1次方成反比。 　(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)升高温度，对合成氨的正反应的反应速率影响更大。 (×) (2)增大压强，对合成氨的正反应的反应速率影响更大。 (√) (3)加入催化剂，对合成氨的正、逆反应的反应速率影响程度相同。 (√) 三、合成氨生产的适宜条件 1．合成氨反应适宜条件分析 工业生产中，必须从反应速率和反应限度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，同时还要考虑设备的要求和技术条件。 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700_K左右 2 物质的量 N2、H2投料比为1∶2.8 3 压强 2×107～3×107 Pa 4 催化剂 选择铁做催化剂 5 浓度 使气态NH3变成液态NH3并及时分离出去，同时补充N2、H2 3．合成氨生产流程的三阶段 　(正确的打“√”，错误的打“×”) (1)从合成塔出来的混合气体，NH3的含量较小，所以生产氨的工厂的效率都很低。 (×) (2)合成氨厂采用的压强是2×107～3×107 Pa，因为在该压强下铁催化剂的活性最大。 (×) 工业生产中选择适宜生产条件的原则 数据分析：外界条件对合成氨反应的影响 温度 /℃ 氨的含量/% 0.1 MPa 10 MPa 20 MPa 30 MPa 60 MPa 100 MPa 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4 1．压强一定时，升高温度，对氨的合成有何影响？ 提示：压强一定，升高温度，氨的含量减小；反应速率增大。 2．温度一定时，增大压强，对氨的合成有何影响？ 提示：温度一定，增大压强，氨的含量增大；反应速率增大。 3．已知：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH(298 K)＝－92.2 ... ...