1、化学反应条件的优化工业合成氨 教学目标1.了解化学反应速率和化学平衡调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用 。2.通过对工业合成氨生产条件的优化选择，认识化学反应原理在工业生产中的重要价值。 教学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 教学过程【导入新课】【视频】如需使用此资源，请插入资源 “【情境素材】化学反应的调控”。【讲授新课】一、合成氨反应的限度与速率1.合成氨反应的特点N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.2 kJmol1，S198.2 JK1mol1。2.提高合成氨反应速率和平衡转化率的条件比较条件提高反应速率提高平衡转化率综合结果压强高压高压高压温度高
2、温低温兼顾速率和平衡，且考虑催化剂活性催化剂使用无影响使用浓度由速率方程可知，增大氮气、氢气的浓度，减小氨气的浓度增大反应物浓度，降低生成物浓度增大反应物浓度，且不断减小生成物浓度(1)合成氨反应的H0，S0()(2)合成氨反应是气体体积减小的反应，故实际生产中采用的压强越大越好()(3)在氨的实际生产中，温度越高越好()(4)合成氨工业生产中，N2和H2的转化率相等()答案(1)(2)(3)(4)1能使合成氨反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.2 kJmol1进行限度增大的方法是()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解析根据化学反应的特点，升高温度、降低压
3、强使平衡逆向移动，使用催化剂不影响反应限度。2合成氨反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.2 kJmol1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N2C通入过量的H2D升高温度答案C解析增大一种反应物的浓度，可提高另一种反应物的平衡转化率。3在N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.2 kJmol1，vkc(N2)c1.5(H2)c1(NH3)，仅从要使反应速率加快来考虑，可采取的措施是()减压加压升温降温补充N2加催化剂减小N2或H2的量A BC D答案D解析加压、升温、使用催化剂可提高反应速率，由速率方程可知，增大氮气、氢气的浓度可提高合成氨的速率。
4、二、合成氨生产的适宜条件1.合成氨的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，即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.工业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)浓度N2、H2投料比为12.8(3)压强11071108 Pa(4)催化剂选择铁做催化剂3.合成氨的生产流程(1)充入的N2越多越有利于NH3的合成()(2)恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成()(3)工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行()
5、(4)合成氨反应只有在催化剂的条件下才能增加转化率()(5)一个化工生产的过程中只考虑反应的限度问题即可()答案(1)(2)(3)(4)(5)1合成氨反应为N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.2 kJmol1，K6.6105 mol2L2。(1)从平衡常数来看，反应的限度已经很大了，还需要使用催化剂的原因是_。(2)试分析实际生产中采取700 K左右的温度的原因是：_。(3)压强越大越有利于合成氨平衡正向移动和提高反应速率，而实际采用的最高压强为8.51071108Pa，不采用更高的压强，其原因是_。(4)N2和H2原料气在送入合成塔之前必需先净化的主要原因是_。(5)在合成氨生产中采
6、取循环利用的原因是_。答案(1)为了加快化学反应速率，提高单位时间内的产量(2)温度高于700 K，会使平衡逆向移动降低反应物的转化率，温度低于700 K，反应速率小，并且在此温度时，催化剂的活性最大，有利于提高单位时间内的产量(3)实际生产中，从动力消耗、设备要求、生产成本综合考虑，不是压强越大越好(4)防止催化剂中毒(5)合成氨的平衡转化率较小，为提高原料的利用率采取循环操作2已知2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H0的实验数据如下表：温度不同压强下SO2的转化率(%)1105Pa5105Pa1106Pa5106Pa1107Pa450 97.598.999.299.699.7550 8
7、5.692.994.997.798.3(1)应选择的温度是_，理由是_。(2)应采用的压强是_，理由是_。(3)生产中通入过量空气的目的是_。答案(1)450 该反应是放热反应，升高温度，转化率降低；在450 反应物转化率较高(2)1105 Pa常压下SO2的转化率已经很高，采用较大的压强，SO2的转化率提高很少，但会提高生产成本(3)增大O2浓度，提高SO2的转化率【课堂小结】【课堂检测】1下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是()A使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨B高压比常压条件更有利于合成氨的反应C500 左右比室温更有利于合成氨的反应D合成氨时采用循环操作，可
8、提高原料的利用率答案B解析催化剂不影响平衡移动；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；采用循环操作与平衡移动无关。2对于可逆反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)(正反应为放热反应)，下列说法正确的是()A达到平衡后，加入N2，当重新达到平衡时，NH3的浓度比原平衡的大，N2的浓度比原平衡的小B达到平衡后，升高温度，既加快了正、逆反应速率，又提高了NH3的产率C达到平衡后，缩小容器体积，即有利于加快正、逆反应速率，又有利于提高氢气的转化率D加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率增大，逆反应速率减小答案C解析达到平衡后，加入N2，平衡正向移动，达到新平衡后
9、，NH3的浓度会增大，而N2的浓度比原平衡的大；达到平衡后，升高温度，正、逆反应速率都增大，但平衡逆向移动，不利于NH3的生成；达到平衡后，缩小容器体积既增大压强，正、逆反应速率都增大，平衡正向移动，又有利于提高H2的转化率；加入催化剂，能同等程度地增大正、逆反应速率，缩短反应达到平衡的时间。3关于工业合成氨的叙述中，错误的是()A在动力、设备、材料允许的情况下，反应尽可能在高压下进行B温度越高越有利于工业合成氨C在工业合成氨中N2、H2的循环利用可提高其利用率，降低成本D及时从反应体系中分离出氨气有利于平衡向正反应方向移动答案B解析合成氨的反应为放热反应，温度越高，NH3的产率越低，温度太高会影响催化剂的催化效果。4合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是()A提高分离技术B研制耐高压的合成塔C研制低温催化剂D探索不用N2和H2合成氨的新途径答案C解析由图可知：(NH3)随着温度的升高而显著下降，故要提高(NH3)必须降低温度，但目前所用催化剂铁触媒活性最好时的温度在700 K左右，故最有前途的研究方向是研制低温催化剂。 7 / 7
