1、化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨學(xué)習(xí)目標(biāo)：1. 了解如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理分析合成氨的適宜條件；2. 了解應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)原理分析化工生產(chǎn)條件的思路和方法，體驗(yàn)實(shí)際生產(chǎn)條件的選擇與理論分析的差異；3. 通過對合成氨適宜條件的分析，認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的控制在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用。學(xué)習(xí)重難點(diǎn)：應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理選擇合成氨的適宜條件。自主學(xué)習(xí)【知識梳理】影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的重要因素：化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)平衡溫度溫度越高，反應(yīng)速率越大升高溫度，平衡向吸熱方向移動(dòng)氣體壓強(qiáng)壓強(qiáng)越大，反應(yīng)速率越大增大壓強(qiáng)，平衡向氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的方向移動(dòng)催化劑正催化劑加快反應(yīng)速率；受溫度影響較大

2、催化劑對平衡移動(dòng)無影響濃度反應(yīng)物濃度越大，反應(yīng)速率越大增大反應(yīng)物濃度，平衡正向移動(dòng)【學(xué)習(xí)探究】探究點(diǎn)一合成氨反應(yīng)的限度、速率1合成氨反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)：N2(g)3H2(g)2NH3(g)。已知298 K時(shí)：H92.2 kJmol1；S198.2 Jmol1K1。請根據(jù)正反應(yīng)的焓變和熵變分析298 K下合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？【答案】假設(shè)H和S不隨溫度變化，由HTS92.2 kJmol1T(198.2 Jmol1K1)/1 000 JkJ10能自發(fā)，得T465.2 K。故298 K下合成氨反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。 2利用化學(xué)平衡移動(dòng)的知識分析什么條件有利于氨的合成？【答案】合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)有可逆反應(yīng)；

3、常溫下的自發(fā)的反應(yīng)；正反應(yīng)氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減??；正反應(yīng)是放熱反應(yīng)。降低溫度、增大壓強(qiáng)有利于化學(xué)平衡向生成氨的方向移動(dòng)，且N2、H2體積比為13時(shí)平衡混合物中氨的含量最高。3利用條件對反應(yīng)速率的影響分析。(1)利用升高溫度、增大壓強(qiáng)、增大反應(yīng)物濃度、使用催化劑來提高合成氨反應(yīng)的速率。(2)實(shí)驗(yàn)研究表明，在特定條件下，合成氨反應(yīng)的速率與反應(yīng)中各物質(zhì)濃度的關(guān)系為vkc(N2)c1.5(H2)c1(NH3)，根據(jù)關(guān)系式分析：各物質(zhì)的濃度對反應(yīng)速率的影響是合成氨反應(yīng)的速率與氮?dú)鉂舛鹊?次方成正比，與氫氣濃度的1.5次方成正比，與氨氣濃度的1次方成反比?？梢圆扇≡龃驨2、H2濃度，將氨及時(shí)從混合氣中分離出去的

4、措施來提高反應(yīng)速率。(3)有、無催化劑對合成氨反應(yīng)速率影響的對比條件Ea/kJmol1k(催)/k(無)無催化劑335有催化劑1673.41012(700 K)說明了使用催化劑可以使合成氨反應(yīng)的速率提高上萬億倍。歸納總結(jié)使NH3生產(chǎn)得快和使NH3生產(chǎn)得多的條件條件速率分析平衡分析壓強(qiáng)高壓高壓溫度高溫低溫催化劑使用無影響反應(yīng)物的濃度增大濃度增大濃度活學(xué)活用1能使合成氨反應(yīng)進(jìn)行程度增大的方法是()A升高溫度 B降低壓強(qiáng)C使用催化劑 D及時(shí)分離出氨氣【答案】D2合成氨反應(yīng)中，可以提高N2轉(zhuǎn)化率的措施是()A盡可能延長反應(yīng)時(shí)間B通入過量的N2C通入過量的H2D升高溫度【答案】C 探究點(diǎn)二合成氨的適宜條

5、件工業(yè)合成氨對各種外界條件選擇的理由1壓強(qiáng)：高壓理由：合成氨反應(yīng)是正反應(yīng)氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的氣體反應(yīng)，增大壓強(qiáng)既可以增大反應(yīng)速率，又能使平衡正向移動(dòng)，所以理論上壓強(qiáng)越大越好。但是壓強(qiáng)越大，對設(shè)備的要求越高、壓縮H2和N2所需要的動(dòng)力越大， 因此選擇壓強(qiáng)應(yīng)符合實(shí)際科學(xué)技術(shù)。2溫度：700K理由：(1)因?yàn)檎磻?yīng)方向是放熱的反應(yīng)，所以降低溫度有利于平衡正向移動(dòng)。 (2)但是溫度越低，反應(yīng)速率越小，達(dá)到平衡所需要的時(shí)間越長，因此溫度也不宜太低。(3)催化劑要在一定溫度下催化活性最大。3濃度：N2和H2的物質(zhì)的量之比為12.8的投料比，氨及時(shí)從混合氣中分離出去理由：增大反應(yīng)物的濃度可以增大反應(yīng)速率，減小

6、生成物的濃度可以使平衡正向移動(dòng)。從化學(xué)平衡的角度分析，在氮?dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量比為13時(shí)，平衡轉(zhuǎn)化率最大，但是實(shí)驗(yàn)測得適當(dāng)提高N2的濃度，即N2和H2的物質(zhì)的量之比為12.8時(shí)，更能促進(jìn)氨的合成。實(shí)際生產(chǎn)中的處理方法：及時(shí)將氣態(tài)氨冷卻液化分離出去；及時(shí)將氮?dú)夂蜌錃庋h(huán)利用，使其保持一定的濃度。4催化劑：使用鐵觸媒作催化劑理由：經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益要求化學(xué)反應(yīng)速率要快，原料的利用率要高，單位時(shí)間的產(chǎn)量要高。實(shí)際生產(chǎn)中選用鐵為主體的多成分催化劑(鐵觸媒)，它在700_K時(shí)活性最高。歸納總結(jié)合成氨的適宜條件外部條件工業(yè)合成氨的適宜條件壓強(qiáng)根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來選擇壓強(qiáng)溫度適宜溫度，700

7、 K左右催化劑使用鐵觸媒作催化劑濃度N2和H2的物質(zhì)的量比為12.8的投料比，氨及時(shí)從混合氣中分離出去活學(xué)活用3合成氨的反應(yīng)為N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0，在合成氨工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)采取的適宜條件是()A低溫、高壓、催化劑B高溫、高壓C盡可能的高溫、高壓D適宜的溫度、高壓、催化劑【答案】D4在合成氨工業(yè)中，為增加NH3的日產(chǎn)量，下列變化過程不能使平衡向右移動(dòng)的是()不斷將NH3分離出來使用催化劑采用700 K左右的高溫采用21075107 Pa的壓強(qiáng)A B C D【答案】B【學(xué)習(xí)小結(jié)】【自我檢測】1可以判斷化學(xué)平衡發(fā)生移動(dòng)的是( )A正、逆反應(yīng)速率的改變 B加入催化劑C增大壓強(qiáng) D反應(yīng)轉(zhuǎn)

8、化率的改變【答案】D2一定量的混合氣體，在密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：xA(g)yB(g)zC(g)，達(dá)到平衡后測得A氣體的濃度為0.5 molL1，當(dāng)恒溫下將密閉容器的容積擴(kuò)大到2倍再達(dá)到平衡后，測得A的濃度為0.2 molL1，則下列敘述不正確的是()A平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng) BxyzCC的體積分?jǐn)?shù)降低 DB的轉(zhuǎn)化率提高【答案】C3在恒容密閉容器中，進(jìn)行合成氨反應(yīng)，達(dá)到平衡后，將平衡體系中的各物質(zhì)的濃度都增加到原來的2倍，則產(chǎn)生的結(jié)果是()A平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng) B平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)C平衡不發(fā)生移動(dòng) D氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小【答案】A4在一定條件下，合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡后，混合氣體中氨的體積分?jǐn)?shù)為25%，若反應(yīng)前后條件不變，則反應(yīng)后縮小的體積與原反應(yīng)物體積的比值為()A1/5 B1/4 C1/3 D1/2【答案】A【解析】由合成氨的反應(yīng)N2(g)3H2(g)2NH3(g)可知：反應(yīng)過程中縮小的體積等于生成的氨的體積，若設(shè)反應(yīng)前氣體的總體積為V，達(dá)到平衡后有x體積的N2轉(zhuǎn)化，則生成氨的體積為2x，氣體的總體積為V2x，據(jù)題意知：100%25%，解得：。5在容積相同的四個(gè)容器中，按下列要求充入各氣體，并加入適當(dāng)?shù)拇呋瘎?，?73 K時(shí)分別建立平衡，四種情況下H2的轉(zhuǎn)化率由大到小的順序是_。1 mol N23 mol H22 mol N23 mol H21