l第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨

高二化学学案第4节化学反应条件的优化——工业合成氨课前案1．了解合成氨反应的特点以及外部条件对合成氨反应的影响。

(重点)2．了解工业生产条件选择的依据和原则。

3．知道化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域的重要作用。

一、合成氨反应的限度1．反应原理：合成氨反应的化学方程式为：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)2．影响因素(1)结合化学平衡移动规律可知，温度、压强，有利于化学平衡向生成氨的方向移动。

(2)在一定的温度和压强下，反应物中氮气和氢气的体积比为时平衡混合物中氨的含量最高。

【自我诊断】在298 K时，合成氨反应的ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·K－1·mol－1，该温度下，合成氨反应能否自发进行？二、外界因素对合成氨反应速率的影响1．浓度在特定条件下，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)，由关系式可知，N2或H2的浓度，NH3的浓度，都有利于提高合成氨的速率。

2．温度：温度越高，反应进行得越快。

3．催化剂加入适宜的催化剂能合成氨反应的活化能，使化学反应速率提高上万亿倍。

4．压强：压强越大，反应速率越快。

[自我诊断](1)工业合成氨压强越高越好。

( )(2)合成氨反应加入催化剂能增大产率。

()三、合成氨的适宜条件1．合成氨反应条件的选择依据工业生产中，必须从和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。

提高反应的平衡转化率提高化学反应速率性质措施性质措施放热低温活化能高适当提高N2的比例分子数减小高压低温时反应速率低高温反应可逆原料循环使用原料气浓度增加能提高反应速率增大原料气浓度氨气浓度增加能降低反应速率 分离氨2.实际生产中合成氨的适宜条件(1)压强：加压有利于提高反应速率和原料的转化率，但要考虑设备和技术条件等，实际选择压强为1×107Pa ～1×108Pa 。

第4节化学反应条件的优化—工业合成氨(1)合成氨反应是一个能自发进行的、放热的、气体体积减小的可逆反应。

(2)降低温度、增大压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动。

(3)在一定的温度和压强下，反应物中N2和H2的体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。

(4)合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)在298 K时ΔH－TΔS＜0，其平衡常数K＝4.1×106(mol·L －1)－2，只能说明反应在此条件下进行得较完全，不能说明反应速率的快慢。

1．利用原料气在合成塔中合成氨时，为提高N2的转化率所采取的措施是( )A．高温 B．高压 C．使用催化剂D．增大N2的浓度(1)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＝k c(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)，由关系式可知，增大N2或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于提高合成氨的速率。

(2)使用催化剂，可显著降低反应的活化能，使反应速率提高上万亿倍。

(3)温度对合成氨反应的速率也有显著影响：温度越高，反应进行得越快。

2．在一定条件下，合成氨反应的速率与各物质的浓度关系为v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，下列条件不能加快反应速率的是( )A．加入催化剂B．增大H2的浓度 C．升高温度D．增大NH3的浓度1．合成氨反应条件的选择原则(1)尽量增大反应物的转化率，充分利用原料；(2)选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量；(3)考虑设备和技术条件。

2．合成氨反应的适宜条件(1)压强：压强越大越有利于合成氨，但在实际生产中，应根据反应设备可使用的钢材质量及综合指标来选择压强，大致分为低压、中压和高压三种类型。

(2)温度：温度越高，反应速率越大，但不利于氨的合成，在实际生产中一般控制反应温度在700 K 左右(且在此温度时催化剂的活性最大)。

(3)催化剂：使用催化剂可以大幅度提高反应速率，合成氨生产一般选择铁做催化剂。

第4节　化学反应条件的优化——工业合成氨必备知识基础练进阶训练第一层知识点1合成氨反应的限度1.对于合成氨反应N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g），下列措施不能提高氮气转化率的是（ ）A．增大氢气的浓度 B．增大压强C．及时移走氨 D．使用高效催化剂2．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是（ ）A．使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应C．700 K左右比室温更有利于合成氨的反应D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率3．对于可逆反应N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g）（正反应为放热反应），下列说法中正确的是（ ）A．达到平衡后，加入N2，当重新达到平衡时，NH3的浓度比原平衡的大，N2的浓度比原平衡的小B．达到平衡后，升高温度，既加快了正、逆反应速率，又提高了NH3的产率C．达到平衡后，缩小容器容积，既有利于加快正、逆反应速率，又有利于提高氢气的转化率D．加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率增大，逆反应速率减小4．工业合成氨的正反应是放热反应，下列关于反应N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g）的图像中，错误的是（ ）下列说法正确的是（ ）A.改变条件后速率—时间图像如图所示B．此过程中Q>KC．平衡体系中NH3的含量增大D．N2的转化率增大知识点2合成氨反应的速率6.工业合成氨反应中，使用催化剂和施以高压，下列叙述正确的是（ ）A．都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响B．都对平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用的时间C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有加压对化学平衡状态有影响D．催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而加压无此作用7．N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g）　ΔH<0，向容器中通入1 mol N2和3 molH2，当反应达到平衡时，下列措施能提高N2转化率的是（ ）①降低温度②维持温度、容积不变，按照物质的量之比为1∶3再通入一定量的N2和H2③增加NH3的物质的量④维持恒压条件，通入一定量惰性气体A．①④ B．①② C．②③ D．③④8．对于合成氨反应N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g）　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，达到平衡后，以下分析正确的是（ ）A．升高温度，对正反应的反应速率影响更大B．增大压强，对正反应的反应速率影响更大C．减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大D.加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大9．在合成氨工业中，要使氨的产率增大，同时又能提高化学反应速率，可采取的措施有（ ）①增大容器体积使压强减小　②减小容器体积使压强增大　③升高温度　④降低温度⑤恒温恒容，再充入等量的N2和H2　⑥恒温恒压，再充入等量的N2和H2　⑦及时分离产生的NH3　⑧使用催化剂A．②④⑤⑥⑦B．②③④⑤⑦⑧C．②⑤D．①②③⑤⑧10．1913年化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。