2017-2018学年高中化学鲁科版选修4（课件+课时跟踪检测+教学案）：第2章 第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨 （3份打包）

第4节　化学反应条件的优化———工业合成氨 [课标要求] 1．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。 2．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。 3．认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要作用。, 1．N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)　ΔH＝－92.2 kJ·mol－1。理论上增大 反应物浓度和增大压强及时分离出NH3及降低温度有利于氨气的合成。 2．升高温度，增大压强，加入合适催化剂能提高化学反应速率。 3．结合实际生产，合成氨一般选择铁做催化剂，控制反应温度700 K 左右，高压且n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8。 1．反应原理 N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)　298 K时，ΔH＝－92.2 kJ·mol－1　ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。 2．反应特点 合成氨反应是一个能自发进行的、放热的、气体体积减小的可逆反应。 3．有利于氨生成的措施 (1)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)在一定的温度和压强下，反应物中N2和H2的体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。 1．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒·夏特列原理解释的是(　　) A．使用铁触媒，有利于N2和H2反应合成氨 B．高压比常压条件更有利于合成氨反应 C．500 ℃左右比室温更有利于合成氨反应 D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率 解析：选B　催化剂不影响平衡移动；合成氨反应的正反应是气体分子数减小的反应，高压条件有利于平衡正向移动；工业合成氨采用500 ℃是综合考虑反应速率、转化率及催化剂的活性温度后确定的；采用循环操作与平衡移动无关。 2．利用原料气在合成塔中合成氨时，为提高N2的转化率所采取的措施是(　　) A．高温　　　　　　　　 B．高压 C．使用催化剂 D．增大N2的浓度 解析：选B　提高N2的转化率应使平衡向右移动，使用催化剂对平衡无影响，升高温度平衡向左移动，高压和增大N2的浓度平衡向右移动，但增大N2的浓度，N2的转化率会 降低。 1．外界条件对速率的影响 (1)浓度 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v＝kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)，由关系式可知，增大N2或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于提高合成氨的速率。 (2)催化剂 使用催化剂，可显著降低反应的活化能，使反应速率提高上万亿倍。 (3)温度 温度对合成氨反应的速率也有显著影响：温度越高，反应进行得越快。 (4)压强 压强越大，反应进行得越快。 2．合成氨反应条件的选择依据 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。 提高反应的平衡转化率 提高化学反应速率 性质 措施 性质 措施 放热 低温 活化能高 使用合适 的催化剂 分子数减小 高压 低温时反 应速率低 高温 反应可逆 原料循 环利用 原料气浓度增大 能提高反应速率 增大原 料气浓度 氨气浓度增加 能降低反应速率 分离氨 (1)升高温度能提高化学反应速率，但工业合成氨温度不能太高的主要原因是什么？ 提示：温度太高，催化剂活性减弱。 (2)工业合成氨中为达到最大平衡转化率，反应物的投料n(N2)∶n(H2)＝？ 提示：n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8。 实际生产中合成氨的适宜条件 1．压强：压强越大越有利于合成氨，但在实际生产中，应根据反应设备可使用的钢材质量及综合指标来选择压强，大致分为低压、中压和高压三种类型，一般采用高压。 2．温度：温度越高，反应速率越大，但不利于氨的合成，在实际生产中一般控制反应温度在700 K左右(且在此温度时催化剂的活性最大)。 3．催化剂：使用催化剂可以大幅度提高反应速率，合成氨生产一般选择 ... ...