1、第四節(jié)化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨課前指導學習的學習計劃精確定位學習目標導航1.了解合成氨的化學原理；2.利用化學平衡和化學反應速率的知識選擇合成氨的條件；3.了解合成氨生產(chǎn)的主要流程；4.了解工業(yè)條件選擇的基礎(chǔ)和原則。自我梳理基礎(chǔ)知識導航一、合成氨反應的極限1.合成氨反應的化學方程式是N2(g) 3H2(g)2NH3(g)。結(jié)合勒沙雷特的原理，可以知道_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _2.相關(guān)研究表明，在一定的溫度和壓力下，當

2、反應物中N2與H2的體積比為_ _ _ _ _ _ _ _時，平衡混合物中的氨含量最高。問題思考1？合成氨工業(yè)生產(chǎn)中，為什么采用N2和H2的投料比1，333，602.8？二、合成氨反應速率1.在特定條件下，合成氨的反應速率與參與反應的物質(zhì)濃度之間的關(guān)系式為_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _2.當溫度升高時，k_ _ _，因此升高溫度有利于提高合成氨的速率。3.加入合適的催化劑可

3、以_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _問題思考2？在合成氨工業(yè)生產(chǎn)中，為什么要回收未轉(zhuǎn)化的合成氣？三.合成氨的適宜條件1.提高_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

4、_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _2.溫度約為_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _；3.壓力為_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _；4._ _ _ _ _ _ _ _ _作為催化劑。外部條件使NH3快速產(chǎn)生使NH3產(chǎn)生更多比率分析平衡分析壓高氣壓高氣壓溫度高溫低溫催化劑使用無影響反應物濃度提高濃度提高濃度產(chǎn)品氨的濃度降低濃度降低濃度自我梳理參考答案1.減少和增加2。1: 2.8第二，1

5、 .增減2。增加3。減少三.1.H2 N2氨2。700K 3。4.鐵催化劑問題思維參考答案問題1:由于氮在催化劑上的吸附是整個反應中最困難的一步，也就是影響反應速率的關(guān)鍵一步，適當增加氮的比例，即N2與H2的比例為1，333，602.8，可以加快氨合成反應。問題2:在合成氨反應中，讓n 2和H2的混合氣體只通過一個合成塔反應是不經(jīng)濟的。分離液氨后的未轉(zhuǎn)化合成氣應回收利用，并及時補充N2和H2，以保持一定的反應物濃度，這有利于合成氨反應。課堂提問和指導合作探索名師護航探索1:合成氨工業(yè)流程“特別提醒”在準備原料時，要注意反應的可行性，同時要注意反應的速率和極限。探索2:固氮將空氣中的游離氮轉(zhuǎn)化為

6、混合氮的過程稱為固氮。主要的固氮方法有：1.生物固氮作用一種主要的自然固氮反應。例如，豆科植物在根瘤菌的作用下直接吸收空氣中的N2并將其轉(zhuǎn)化為氨，進而合成蛋白質(zhì)。2.自然固氮如閃電產(chǎn)生的巨大電壓，其電火花可以破壞氮分子的三鍵，并促使其與氧反應生成一氧化氮，然后生成二氧化氮和硝酸。3.化學固氮例如氨合成反應、氮和氧在放電條件下生成一氧化氮的反應等。4.生物固氮的人工模擬通過化學方法，制備類似生物固氮菌的物質(zhì)，使空氣中的氮在常溫常壓下與水、二氧化碳等反應，成為conv在化工生產(chǎn)中，不僅要盡可能提高反應物的轉(zhuǎn)化率，充分利用原料，還要選擇更快的反應速率，以增加單位時間的產(chǎn)量。以上兩點是選擇反應條件的起

7、點。當它們之間有矛盾時，我們應該分析具體情況，找出最佳反應條件。1.對于任何可逆反應，增加反應物的濃度可以提高反應速率和轉(zhuǎn)化率。因此，生產(chǎn)中經(jīng)常使用廉價易得的原料來提高另一種原料的轉(zhuǎn)化率，并注意原料的回收利用。2.對于氣體體積減少的反應，增加壓力使天平向產(chǎn)品移動，但增加壓力會增加功耗，需要較高的設(shè)備，增加生產(chǎn)成本，因此必須綜合考慮。3.對于放熱反應，提高溫度可以提高反應速率，但轉(zhuǎn)化率降低；如果溫度太低，反應速度太慢，因此通常需要使用合適的催化劑。對于吸熱反應，提高溫度可以提高反應速率和轉(zhuǎn)化率；然而，為了避免反應物和產(chǎn)物狀態(tài)的變化和過熱分解，應該選擇合適的溫度。4.催化劑的使用可以在不影響化學平

8、衡運動的情況下加快反應速度，但在使用時，要注意選擇合適的溫度(滿足催化劑的活性溫度)，其次要防止催化劑中毒，凈化原料?！疤貏e提醒”在選擇合適的化工生產(chǎn)條件時，應運用化學反應速率和化學平衡運動原理，考慮化工生產(chǎn)中動力、材料、設(shè)備和催化劑等因素的影響，綜合選擇合適的化工生產(chǎn)條件。典型案例分析名師解惑助航實施例1:可逆反應3 H2(g)N2(g)2 NH3(g)； h 0，達到平衡后，為了提高H2的轉(zhuǎn)化率，下列選項中采用的三種方法都是正確的()A.升高溫度，降低壓力，增加氮氣b、降溫、升壓、加入催化劑C.增加溫度、壓力和氮氣d、降溫、升壓、分離部分氨“答案”d分析課題要求提高合成氨反應中氫氣的轉(zhuǎn)化率

9、，即在不增加氫氣的情況下改變合成氨反應的其他條件，使更多的氫氣轉(zhuǎn)化為氨。從化學平衡分析，也就是說，正反應的方向。首先，分析了溫度的影響。合成氨是放熱反應。理論上，溫度應該盡可能低。選項A和C中的升溫是錯誤的，合成氨反應前后都有氣體物質(zhì)，反應前的氣體體積大于反應后的氣體體積，因此增加壓力會使天平向氣體體積減少的方向移動，即向正反應方向移動。選項A是錯誤的，而增加其他選項的壓力是正確的。關(guān)于濃度的影響，增加反應物的濃度或降低產(chǎn)物的濃度將使平衡向正反應方向移動。在合成氨反應中，增加氮氣和減少(分離)氨是正確的選擇。加入催化劑可以加速反應，但對平衡移動沒有影響。選項B是錯誤的。所以只有選項d是正確的。

10、變式訓練1對于合成氨工業(yè)來說，只有從提高原料轉(zhuǎn)化率的角度出發(fā)，從以下條件中選擇最合適的組合是()高溫低溫低壓高壓催化劑加氨除氨A.bcd實施例2在某些條件下，可逆反應N2 3h22nh3 h0達到平衡。當下列條件分別改變時，相關(guān)敘述錯誤為()A.當加入催化劑時，v正和v負都發(fā)生變化，變化的倍數(shù)相等。B.加壓時，正電壓和負電壓都增加，正電壓增加倍數(shù)大于負電壓增加倍數(shù)C.當溫度降低時，v正和v負都下降，v正下降“分辨率”催化劑只增加或減少反應速率，即正負變化都有，但不改變平衡的運動，即正負變化都有相同的倍數(shù)。隨著加壓，體系中各反應物的濃度增加，正、反均增加，但更有利于向氣體系數(shù)減小的方向移動，所以

11、正增加大于反增加。當溫度降低時，反應速率都將降低，但有利于平衡向放熱方向移動。但是，該反應為H 0，所以V的正還原次數(shù)小于V的負還原次數(shù)，加入稀有氣體后，各組分的濃度不會改變或降低，所以V的正和V的負不會改變或降低。因此，c和d都是不正確的。變體訓練2合成氨所需的H2是通過碳和水蒸氣的反應制備的，其中一步反應是一氧化碳H2O (g)二氧化碳H2 H0。為了提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率和H2的產(chǎn)量，可以采取的措施有()A.增加水蒸氣的濃度增加溫度增加一氧化碳的濃度增加壓力實施例3在一定的溫度和壓力下，密閉容器中充滿H2。N2。NH3，和H2的摩爾比。N2。NH3在開始時是3: 1: 1。反應達到平衡后，

12、H2的摩爾比。N2。NH3為9: 3: 4，則N2轉(zhuǎn)化率為()百分之十百分之二十百分之十五百分之三十“回答”答“分辨率”3h2 n22nh3起始數(shù)量3 1 1轉(zhuǎn)化量3x 2x天平3-3x1-x 2x(3-x): (1-x): 2x=9: 3: 4，因此x=0.1所以N2的轉(zhuǎn)換率是變體訓練3在某些條件下，當2nh33h2 N2達到平衡時，nh3的轉(zhuǎn)化率為50%，并且平衡混合物的密度與未分解的NH3的密度的比率為()A.1:1B.2:3 C.3:2D.2:1變異訓練的分析與回答變體訓練1答：乙分析：合成氨工業(yè)使用N2 3H22nh3 H0，可見升溫有利于向氨生成方向反應；從氣體系數(shù)來看，加壓有利于

13、氨生成方向的反應；加入催化劑只會改變速率，而不會改變轉(zhuǎn)化率；降低產(chǎn)物濃度也有利于氨生成方向的反應。因此，總結(jié)起來，有 。變體培訓2答：答分析：為了提高一氧化碳轉(zhuǎn)化率和H2收率，有必要改變條件，使平衡向正反應方向移動。Co H2O (g) CO2 H2 H0表明，該反應是一個具有恒定氣體系數(shù)的正反應和放熱反應，因此可以提高反應物水蒸氣的濃度。雖然提高溫度可以提高反應速率，但它會使平衡向左移動。如果降低溫度，它會使平衡向右移動，但它會降低反應速率，但它會滿足主題的要求，但不幸的是沒有這樣的選擇。增加一氧化碳濃度可以提高H2產(chǎn)率，但其轉(zhuǎn)化率會降低。壓力對恒定氣體系數(shù)的反應沒有影響。變體培訓3答：乙分

14、析：2nh33h2 N2起始數(shù)量x 0 0轉(zhuǎn)化量50%x 0.75x 0.25x余額0.5x 0.75x 0.25x反應前后都是氣體，所以總質(zhì)量和密度不變，氣體的體積與氣體物質(zhì)的量成正比，所以反應后和反應前的密度之比等于物質(zhì)量的反比。替代示例1.以下反應在密閉容器中進行以達到平衡：N2 3h22nh3 h0。在其他條件不變的情況下，如果平衡混合物中每種物質(zhì)的濃度增加到原來的兩倍，下列說法是正確的()A.平衡不會移動。平衡是正向移動的C.平衡向反方向移動。NH3的百分比含量增加回答：BD分析：如果平衡混合物中每種物質(zhì)的濃度增加到原來濃度的兩倍，反應速率將增加，其他條件保持不變，也就是說，氣體將被

15、壓縮，容器的體積將減小，平衡將向氣體系數(shù)減小的方向移動，因此平衡將向正方向移動。從而增加NH3的百分比含量。2.在某些條件下，體積fr12.5%，11.4%，10.5%，9%答：乙分析：假設(shè)原始氣體體積為V，那么平衡后的體積為V-0.95 VN2+3H 22 NH3V1 3 2 2轉(zhuǎn)換：0.025伏0.075伏0.05伏-0.95伏所以N2的轉(zhuǎn)換率是3.工業(yè)合成氨反應約為700 K，這主要是由于()A.在700k時反應速度最快。氨的平衡濃度在70萬時最大C.氨的轉(zhuǎn)化率在700kd時最高。該反應的催化劑可以發(fā)揮最大的作用答：d .分析：溫度越高，反應速度越快，因此排除了A選項；N2 3H22nh

16、3 H0，所以溫度越高，氨的平衡濃度越大，轉(zhuǎn)化率越高，所以B和C選項被排除。全面可用只有d選項是最合適的。通用教材非平衡化學長期以來，物理學家認為自發(fā)過程總是使系統(tǒng)趨于平衡。有序原則是唯一支持從無到有的物理學原則，但是當我們用這個原則來解釋生物現(xiàn)象時，我們會遇到很大的麻煩。根據(jù)概率觀點，生物秩序的形成是一個極不可能發(fā)生的事件。眾所周知，自然界中大約有20種不同的氨基酸，一個蛋白質(zhì)分子可以包含成千上萬種氨基酸，它們可以以許多不同的方式排列。假設(shè)各種排列的出現(xiàn)概率相等，形成具有某種氨基酸排列的蛋白質(zhì)分子的概率很小。如果蛋白質(zhì)分子中氨基酸的排列可以自動調(diào)整，要得到一個具有特定結(jié)構(gòu)的蛋白質(zhì)分子將需要難以想象的長時間。例如，一個含有100個氨基酸的蛋白質(zhì)分子，包括20種不同的氨基酸，可以有多達10130種不同的排列。假設(shè)蛋白質(zhì)分子每秒能改變氨基酸分子的排列一百萬次(事