化学鲁科版选修4同步学案第2章第4节化学反应条件的优化——工业合成氨.docVIP

[k12] [k12] 必威体育精装版K12 必威体育精装版K12 [k12] 必威体育精装版K12 第4节　化学反应条件的优化——工业合成氨 学习目标：1.知道如何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。(重点)2.初步学会应用化学原理选择化工生产条件的思想和方法。(难点) [自 主 预 习·探 新 知] 1．合成氨反应的限度 (1)反应原理 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·K－1·mol－1。 (2)反应特点： (3)影响因素 ①外界条件：降低温度、增大压强，有利于化学平衡向合成氨的方向移动。 ②投料比：温度、压强一定时，N2、H2的体积比为1∶3时平衡混合气中氨的百分含量最高。 微点拨：合成氨反应中，为了提高原料转化率，常采用将未能转化的N2、H2循环使用的措施。 2．合成氨反应的速率 (1)增大合成氨反应速率的方法 (2)浓度与合成氨反应速率之间的关系 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v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，由速率方程可知：增大N2或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于提高合成氨反应的速率。 微点拨：温度升高k值增加，会加快反应速率；同时加入合适的催化剂能降低合成氨反应的活化能，使合成氨反应的速率提高。 3．合成氨适宜条件的选择 (1)合成氨反应适宜条件分析 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，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，同时还要考虑设备的要求和技术条件。 (2)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 物质的量 N2、H2投料比1∶2.8 3 压强 1×107～1×108 Pa 4 催化剂 选择铁作催化剂 [基础自测] 1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。) (1)合成氨反应在高温下能自发进行。(　　) (2)温度越高越利于合成氨反应平衡正向移动。(　　) (3)合成氨反应中，压强越大越利于反应速率加快和平衡正向移动。(　　) (4)使用催化剂能提高合成氨反应物的平衡转化率。(　　) [提示]　(1)×　合成氨反应ΔH＜0，ΔS＜0，ΔH－TΔS在低温小于0。 (2)×　合成氨反应ΔH＜0，温度越低越利于平衡正向移动。 (3)√ (4)×　催化剂同倍数的加快正、逆反应速率，对转化率无影响。 2．工业上合成氨一般采用700 K左右的温度，其原因是(　　) 【导学号 ①适当提高氨的合成速率　②提高H2的转化率　③提高氨的产率　④催化剂在700 K时活性最大 A．只有①　　　　　　　 B．①② C．②③④ D．①④ D　[合成氨反应采用700 K左右的温度的原因是考虑反应速率和催化剂的活性。] 3．利用原料气在合成塔中合成NH3，为提高N2的转化率所采取的措施是(　　) 【导学号 A．高温 B．高压 C．使用催化剂 D．增大N2的浓度 B　[合成氨反应是气体系数减小的放热反应，据勒·夏特列原理可知高压利于提高N2的转化率。] [合 作 探 究·攻 重 难] 化学反应条件的优化 在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3： 2SO2(g)＋O2(g)eq \o(,\s\up8(催化剂),\s\do10(△))2SO3(g)　ΔH＝－198 kJ·mol－1。(已知催化剂是V2O5，在400～500 ℃时催化效果最好)下表为不同温度和压强下SO2的转化率(%)： [思考交流] 1．根据化学理论和以上数据综合分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫，可控制的条件是什么？ [提示]　常压、450 ℃、催化剂。 2．在实际生产中，选定400～500 ℃作为操作温度，其原因是什么？ [提示]　在此温度下催化剂的活性最高。 3．根据上表中的数据分析，制取SO3时为什么不采用高压？ [提示]　在常压下SO2的转化率就已经很高了(97.5%)，若采用高压，平衡能向右移动，但效果并不明显，且采用高压时会增大设备的成本，得不偿失。 4．在生产中，通入过量空气的目的是什么？ [提示]　增大反应物O2的浓度，提高SO2的转化率。 5．尾气中的SO2必须回收的目的是什么？ [提示]　防止污染环境；循环利用，提高原料的利用率。 [对点训练] 题组1　合成氨的适宜条件 1．能够使合成氨反应进行的程度增大的措施是(　　) A．升高温度　　　　 B．降低压强 C．使用催化剂 D．不断移去NH3 D　[降温、增压，不断减小生成物的浓度均利于合成氨反应的正向进行。] [教师备选] 对于合成氨反应，达到平衡后，以下分析正确的是(　　) A．升