高中化学 第2章 化学反应的方向、限度与速率 2.4 化学反应条件的优化——工业合成氨学案（无答案）鲁科版选修4-鲁科版高二选修4化学学案VIP专享VIP免费

第四节化学反应条件的优化——工业合成氨【学习目标】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.了解合成氨生产的主要流程；4.了解工业条件选择的依据和原则。【重点·难点】应用化学反应速率和化学平衡移动原理选择合成氨的适宜条件。【复习回顾】1．若使化学平衡3A(g)＋2B(g)2C(g)ΔH<0，向正反应方向移动，可采取的措施通常有：增大______或____的浓度，降低________，增大________，从混合气体中分离出气体____(减小生成物的浓度)等。2．加快化学反应速率的措施通常有增大反应物的________，升高________，使用__________，有气体参与的反应还可以采取增大________等。【自主学习】一、合成氨反应的限度1．合成氨的反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，在298K时，ΔH(298K)＝－92.2kJ·mol－1，ΔS(298K)＝－198.2J·K－1·mol－1。合成氮反应是反应，同时也是气体的物质的量减小的反应．计算△H–TΔS=kJ·mol－1，由此得出合成氮反应在298K时_______自发进行。2．合成氮反应的限度分析__________温度、_________压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动；在一定温度、压强下。反应物氮气、氢气的体积比为__________时平衡混合物中氨的含量最高。二、合成氨反应的速率1．实验研究表明，在特定的条件下，合成氮反应的速率与参与反应的物质的浓度关系式为，其中k是速率常数，k与浓度_______，但受________、___________、______________等因素的影响。根据该关系式可知，合成氨反应的速率（）与__________一次方成正比，与______的1.5次方成正比，与________的一次方成反比；在反应过程中，随着氨的浓度的增大．反应速率会逐渐降低．为了保持足够高的反应速率应在反应达到一定的转化率时，将________从混合气中分离出去。2．在其他条件相同的情况下，使用催化剂可以使合成氨反应的速率提高上____________倍。3．温度越高，反应进行得________________。三、合成氨的适宜条件1．使用催化剂可以大幅度提高反应速率，目前合成氨生产一般选择________作催化剂。2．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_________左右，在此温度时催化剂的活性最大。3．压强越大越有利于合成氨，但在实际生产中．根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强，大致分为______、________、________三种类型。4．合成氨生产通常采用N2和H2的物质的量之比为________的投料比，及时将氨气从反应混合物中分离出去。【合作探究】1、合成氮的工业化生产，为粮食的丰收生成提供了有力保障，但在中等压强工艺条件下，合成氨厂出口气中氨气含量一般为13%～14%．产量非常低。降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，有利于提高产量，那么生产中是否温度越低越好呢？2、反应物的浓度与化学反应的速率之间存在着某些定量关系，观察合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度关系式，这个关系式能不能根据反应的化学方程式的系数直接写出呢？从合成氨反应的速率方程来看，增大反应速率应采取什么措施？3、合成氨工业生产中．为什么将未转化的合成气（氮气和氢气）循环使用？【课堂检测】1、反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)△H<0，在不同温度、不同压强（）下，达到平衡时，混合气体中NH3的百分含量随温度变化的曲线正确的是（）2、在N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)．仅从要使反应速率加快来考虑，可采取的措施是（）①减压；②加压；③升温；④降温；⑤补充N2；⑥加催化剂；⑦减小N2或H2的量A．③④⑤⑦B．②④C．①②⑥D．②③⑤⑥3、合成氨的反应是：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，ΔH＝－92.2kJ·mol－1，从化学反应速率和化学平衡两方面考虑，在合成氨的生产中采用的适宜条件是（)A．低温、高压、适当的催化剂B．高温、常压C．尽可能高温、高压D．适当的温度、适当的高压，适立的催化剂4、在合成氨工业中，与采用1×107Pa700K温度、差的催化剂的情况下来比较．下列柑施可以提高原料气的转化率的是（）①使用更好的催化剂；②采用900K左右的温度：③采用5×107~1×108Pa的压强；④不断将氨分离出来A．①②④B．②③C．③④D．①④5、合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2...