高中化学第2章化学反应的方向、限度与速率（课件学案教案素材习题）（打包21套）鲁科版选修4

2-4 化学反应条件的优化———工业合成氨 学习目标： 了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件； 了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异； 通过对合成氨适宜条件的分析，认识化学反应速率和化学平衡的控制在工业生产中的重要作用。 学习重难点： 应用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件。 自主学习 【知识梳理】 影响化学反应速率和化学平衡的重要因素： 化学反应速率 化学平衡 温度 温度越高，反应速率越大 升高温度，平衡向吸热方向移动 气体压强 压强越大，反应速率越大 增大压强，平衡向气态物质系数减小的方向移动 催化剂 正催化剂加快反应速率；受温度影响较大 催化剂对平衡移动无影响 浓度 反应物浓度越大，反应速率越大 增大反应物浓度，平衡正向移动 【学习探究】 探究点一　合成氨反应的限度、速率 1．合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.2 kJ·mol－1；ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。请根据正反应的焓变和熵变分析298 K下合成氨反应能否自发进行？ 【答案】假设ΔH和ΔS不随温度变化，由ΔH－TΔS＝－92.2 kJ·mol－1－T×(－198.2 J·mol－1·K－1)/1 000 J kJ－1<0能自发，得T<465.2 K。故298 K下合成氨反应能自发进行。 2．利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成？ 【答案】合成氨反应的特点有①可逆反应；②常温下的自发的反应；③正反应气态物质系数减小；④正反应是放热反应。降低温度、增大压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动，且N2、H2体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。 3．利用条件对反应速率的影响分析。 (1)利用升高温度、增大压强、增大反应物浓度、使用催化剂来提高合成氨反应的速率。 (2)实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与反应中各物质浓度的关系为v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，根据关系式分析： ①各物质的浓度对反应速率的影响是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。 ②可以采取增大N2、H2浓度，将氨及时从混合气中分离出去的措施来提高反应速率。 (3)有、无催化剂对合成氨反应速率影响的对比 条件 Ea/kJ·mol－1 k(催)/k(无) 无催化剂 335 有催化剂 167 3.4×1012(700 K) 说明了使用催化剂可以使合成氨反应的速率提高上万亿倍。 归纳总结] 使NH3生产得快和使NH3生产得多的条件 条件 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 活学活用] 1．能使合成氨反应进行程度增大的方法是(　　) A．升高温度 B．降低压强 C．使用催化剂 D．及时分离出氨气 【答案】D 2．合成氨反应中，可以提高N2转化率的措施是(　　) A．尽可能延长反应时间 B．通入过量的N2 C．通入过量的H2 D．升高温度 【答案】C 探究点二　合成氨的适宜条件 工业合成氨对各种外界条件选择的理由 1．压强：高压 理由：合成氨反应是正反应气态物质系数减小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。但是压强越大，对设备的要求越高、压缩H2和N2所需要的动力越大， 因此选择压强应符合实际科学技术。 2．温度：700K 理由：(1)因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于平衡正向移动。 (2)但是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。 (3)催化剂要在一定温度下催化活性最大。 3．浓度：N2和H2的物质的量之比为1∶2.8的投料比，氨及时从混合气中分离出去 理由：增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。从化学平衡的角度分析 ... ...