2017-2018学年高中化学 第二章 化学反应的方向、限度与速率 第四节 化学反应条件的优化——工业合成氨课件 鲁科版选修4.pptVIP

1.下列有关合成氨工业的说法中，正确的是（ ） A.从合成塔出来的混合气体，其中氨气只占13%～14%，所以生产氨的工厂效率都很低 B.由于氨易液化，氮气、氢气是循环使用的，总体来讲氨的产率比较高 C.合成氨反应温度不采用常温而选择500 ℃左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动 D.合成氨采用的压强是2×107 Pa～5×107 Pa，因为该压强下铁触媒的活性最大 B 【思路点拨】（1）n（N2）∶n（H2）=1∶3 （2）500 ℃有利于加快反应速率，且此时催化剂活性最大。 【自主解答】选B。虽然从合成塔出来的混合气体中氨气只占13%～14%，但由于氮气、氢气是循环使用的，总体来讲氨的产率比较高；合成氨的反应是放热反应，选择高温不利于氨气的合成，选择500 ℃左右的温度利于提高化学反应速率和增大催化剂的活性；催化剂的活性取决于温度的大小，而不是取决于压强的高低。 2.在一密闭容器中，N2、H2合成氨的反应已达到平衡。此时再往容器中通入一定量N2,保持温度和容器体积不变，当反应再次达到平衡时，与第一次平衡状态相比 （ ） A.NH3的百分含量增大 B.NH3的浓度减小 C.H2的转化率提高 D.N2的转化率提高 C 【解析】选C。N2、H2合成氨的反应已达到平衡，此时再往容器中通入一定量N2,保持温度和容器体积不变，那么N2的浓度增大，所以平衡会向正反应方向移动，H2的转化率增大，NH3的浓度也会增大，但气体总物质的量增多，NH3的百分含量不一定增大。 第四节 化学反应条件的优化--工业合成氨 弗里茨·哈伯： 弗里茨·哈伯与合成氨 合成氨从第一次实验室研制到工业化投产经历了约150年的时间。德国科学家哈伯在10年的时间内进行了无数次的探索，单是寻找高效稳定的催化剂，2年间他们就进行了多达6500次试验，测试了2500种不同的配方，最后选定了一种合适的催化剂--铁，使合成氨的设想在1913年成为工业现实。鉴于合成氨工业的实现，瑞典皇家科学院于1918年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖。 化学反应条件的优化 ----工业合成氨 分析：合成氨的反应特点 N2+3H2 2NH3 △H0 _____反应 正反应为_____反应 正反应为气体体积_____的反应 反应特点 可逆 放热 减小 生产宗旨 产品的产率高 （生产的多） → 化学反应限度问题 产品生产周期短 （生产的快） → 化学反应速率问题 合成氨反应有哪些特点？ ①可逆反应 ③正反应气体体积缩小 ④正反应是放热反应 ②熵减小的反应ΔS0 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝-92.4 kJ/mol (1体积) (3体积) (2体积) 合成氨反应是一个可逆反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 已知298 K时: ΔH=-92.2 kJ·mol-1 ΔS =-198.2 J·K-1·mol-1 合成氨反应的平衡常数K=4.1×106（mol·L-1)-2 请根据正反应的焓变和熵变分析298 K下合成氨反应能否自发进行？ ΔH-TΔS =-92.2 kJ·mol-1+298 K×198.2× 10-3 kJ·k-1·mol-1 因为ΔH-TΔS0， 298 K下合成氨反应能自发进行 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 NH3% N2:H2 一、合成氨的反应限度 请同学们根据合成氨反应的特点，利用影响化学平衡移动的因素，分析什么条件有利于氨生成的多？ ___温、___压有利于化学平衡正向移动，N2、H2浓度比为_____有利于化学平衡正向移动。 高 低 1：3 二、合成氨反应的速率 结合影响反应速率的因素，思考什么条件 能使氨生成的快？ 升高温度 增大压强 增大反应物浓度 使用催化剂 三、合成氨的适宜条件的选择 据合成氨反应的特点应分别采取什么措施提高反应的平衡转化率和反应速率？请填写下表 生成氨的浓度 反应物的浓度 催化剂 温度 压强 速率分析 平衡分析 使NH3生产的快 使NH3生产的多 外界条件 高压 高压 低温 高温 使用 无影响 增大浓度 增大浓度 减小浓度 减小浓度 31.4 57.5 79.8 92.6 98.8 1×108 Pa 23.1 42.2 65.2 84.2 95.4 6×107 Pa 9.1 19.1 38.2 64.2 86.4 2×107 Pa 4.5