高中化学 第二章 第4节 化学反应条件的优化-工业合成氨导学案 鲁科版选修4-鲁科版高二选修4化学学案VIP免费

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_______________；问题思考1？合成氨工业生成中，为什么采用N2和H2物质的量之比为1:2.8的投料比？问题思考2？合成氨工业生产中，为什么采用未转化的合成气的循环使用？4._____________作催化剂。★【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自主梳理参考答案一、1、降低增大2、1：2.8二、1、增大减小2、增大3、降低三、1、N2、H2氨2、700K3、4、铁触媒问题思考参考答案问题思考1：由于氮气在催化剂上的吸附为总反应中最难发生的步骤，即影响反应速率的关键步骤，适当提高氮气的比例，即N2和H2的物质的量之比为1:2.8时更能加快合成氨反应的进行。问题思考2：合成氨反应中，如果让N2和H2的混合气体只通过一次合成塔起反应是很不经济的，应将分离液氨后的未转化的合成气进行循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度，有利于合成氨反应的进行。『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，...