鲁科版高中化学选择性必修1化学反应原理精品课件 第2章 化学反应的方向、限度与速率 第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨 (2).pptVIP

思维建模工业生产中选择适宜生产条件的思路对于某一特定的实际反应,选取适宜的反应条件的基本思路如下:(1)分析化学反应的特点:从可逆性、反应前后气体系数的变化、焓变三个角度分析。(2)对于可逆反应,根据反应特点具体分析反应条件对速率和平衡的影响。以合成氨工业为例,分析工业生产适宜条件的选择思路:(3)从速率和平衡的角度进行综合分析,再充分考虑实际情况,选出适宜的反应条件。反应条件有利于加快速率的条件控制有利于平衡正向移动的条件控制综合分析结果浓度增大反应物的浓度增大反应物的浓度、减小反应产物的浓度不断地补充反应物、及时地分离出反应产物催化剂加合适的催化剂不需要加合适的催化剂温度高温ΔH0低温兼顾速率和平衡,考虑催化剂的适宜温度ΔH0高温在设备条件允许的前提下,尽量采取高温并考虑催化剂的活性压强高压(有气体参加)ΔV(g)0高压在设备条件允许的前提下,尽量采取高压ΔV(g)0低压兼顾速率和平衡,选取适宜的压强探究角度2与工业生产相联系的图像例2(2023·辽宁卷,18节选)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化:(1)为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度,绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如下图所示,下列说法正确的是________(填字母)。?a.温度越高,反应速率越大b.α=0.88的曲线代表平衡转化率c.α越大,反应速率最大值对应温度越低d.可根据不同α下的最大速率,选择最佳生产温度cd(2)为提高钒催化剂的综合性能,我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下,温度和转化率关系如下图所示,催化性能最佳的是_________(填字母)。d解析(1)该反应为放热反应。从图像看,随着温度升高,反应速率先增大后减小,a错误;随着温度升高,反应的转化率应逐渐减小,图像中曲线为不同温度下,转化率相等时的反应速率曲线,b错误;由题图可知,转化率越高对应的反应速率最高的温度越低,c正确;结合图像的转化率与速率最高的温度可选取最佳生产温度,d正确。(2)结合图像可知,相对于a、b、c,d对应的催化剂随着温度的升高,SO2的转化率升高得快,达到一定温度后趋于平缓。A.0.6~0.7 B.1~1.1 C.1.5~1.6a宜控制在4.0左右,理由是_____________________________________。?A氨碳比等于4.0,CO2转化率较高;当氨碳比大于4.0时,增大NH3的量,CO2的转化率增加不大,但生产成本提高了;氨碳比小于4.0时,CO2的转化率低解析控制变量,作垂直于横轴的一条直线交三条曲线于三点,转化率越高越好,所以选择A。选择最佳氨碳比,可看最上面曲线的走势,整体增加,曲线先陡后平(略上升),当氨碳比大于4.0时,增大氨气的量,CO2转化率增加不大,但生产成本提高了;氨碳比太小,CO2转化率低。思维建模与工业生产相联系的图像解答方法与工业生产的实际问题相结合图像问题,常从反应时间、投料比、催化剂的选择、转化率等角度考查。1.转化仔细分析,抓住图像中的关键点(常为最高点、最低点、转折点),看清横坐标、纵坐标代表的条件,弄清曲线的变化趋势,即可将复杂图像转化为常规图像,进而运用化学平衡知识解答即可。2.考虑角度(1)曲线上的每个点是否都达到平衡往往需要通过曲线的升降趋势或斜率变化来判断,如果还未达到平衡则不能使用平衡移动原理,只有达到平衡以后的点才能应用平衡移动原理。(2)催化剂的活性是否受温度的影响不同的催化剂因选择不同受温度的影响也会不同。一般来说,催化剂的活性在一定温度下最高,低于或高于这个温度都会下降。(3)不同的投料比对产率也会造成影响可以根据定一议二的方法,根据相同投料比下温度或压强的改变对产率的影响或相同温度或压强下改变投料比时平衡移动的方向进行判断,确定反应的吸、放热或系数和的大小。(4)考虑副反应的干扰或影响往往试题会有一定的信息提示,尤其温度的改变影响较大,会发生一些副反应,从而影响反应物的转化率或反应产物的产率等。学以致用?随堂检测全达标题组1工业生产适宜条件的选择1.有平衡体系:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH0,为了增加甲醇(CH3OH)的产量,应采取的正确措施是()A.高温、高压 B.适宜温度、高压、催化剂C.低温、低压 D.高温、高压、催化剂B解析该反应是一个正向放热、气体体积减小的反应,为增加甲醇的产量,需平衡正向移动,理论上可采用低温、高压的方式,但在实际生产中还需考虑反应速率和催化剂的活性等因素应选择适宜温度,为加快反应速率应使用