,第4節(jié) 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化 工業(yè)合成氨,高中化學(xué)·選修4·魯科版,目標(biāo)導(dǎo)航 1.認(rèn)識合成氨的化學(xué)原理。2.應(yīng)用化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速率的有關(guān)知識選擇合成氨的條件。3.了解合成氨生產(chǎn)的主要流程。4.了解工業(yè)條件選擇的依據(jù)和原則。,2合成氨反應(yīng)的特點(diǎn) (1)能自發(fā)進(jìn)行。 (2)正反應(yīng)是 熱反應(yīng)。 (3)正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量 的反應(yīng)。 (4)可逆反應(yīng)。 3 溫度、 壓強(qiáng)有利于化學(xué)平衡向生成NH3的方向移動；在一定溫度、壓強(qiáng)下，反應(yīng)物N2、H2的體積比為 時，平衡混合物中NH3的含量最高。,放,減小,降低,增大,12.8,二、合成氨反應(yīng)的速率 1 N2或H2的濃度，減小NH3的濃度，都有利于提高合成氨反應(yīng)的速率。 2 溫度有利于提高合成氨的速率。 3加入合適的催化劑能 合成氨反應(yīng)的活化能，加快化學(xué)反應(yīng)的速率。,增大,升高,降低,三、合成氨的適宜條件 1合成氨反應(yīng)條件的選擇原則 (1)盡量增大反應(yīng)物的 ，充分利用原料； (2)選擇較快的 ，提高單位時間內(nèi)的產(chǎn)量； (3)考慮設(shè)備的要求和技術(shù)條件。,轉(zhuǎn)化率,化學(xué)反應(yīng)速率,低壓,中壓,高壓,越大,(2)溫度 適宜條件： 左右。 理論依據(jù)：該溫度下催化劑的活性 ，反應(yīng)速率比較快，氨的含量也相對較高。 (3)催化劑 適宜條件：以 為主的多成分催化劑。,700 K,最強(qiáng),鐵,(4)濃度 適宜條件：N2和H2按物質(zhì)的量之比12.8時混合，適時分離出 。 理論依據(jù)：適當(dāng)提高 的濃度，來提高H2的轉(zhuǎn)化率。 (5)其他 為了提高原料的 ，未反應(yīng)的N2和H2循環(huán)使用并及時補(bǔ)充N2和H2。,氨氣,N2,利用率,1(選一選) 下列有關(guān)合成氨工業(yè)的敘述，可用勒·夏特列原理來解釋的是 ( ) A使用鐵觸媒，使N2和H2混合氣體有利于合成氨 B高壓比常壓條件更有利于合成氨的反應(yīng) C500 左右比室溫更有利于合成氨的反應(yīng) D合成氨時采用循環(huán)操作，可提高原料的利用率,答案 B 解析 催化劑不影響平衡移動；合成氨采用500 是綜合考慮反應(yīng)速率和轉(zhuǎn)化率及催化劑的活性溫度；采用循環(huán)操作與平衡移動無關(guān)。,(2)溫度越低越利于合成氨平衡正向移動，工業(yè)合成氨采用700 K，不采用低溫操作的理由是溫度低時反應(yīng)速率小，單位時間內(nèi)NH3的產(chǎn)量低。 (3)試分析實(shí)際生產(chǎn)中采取700 K左右的溫度的原因是溫度升高，不利于提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，溫度過低，反應(yīng)速率小，單位時間內(nèi)NH3的產(chǎn)量低。并且在此溫度時，催化劑的活性最大。,(4)壓強(qiáng)越大越有利于合成氨平衡正向移動和提高反應(yīng)速率，而實(shí)際采用的最高壓強(qiáng)為8.5×1071×108Pa，不采用更高的壓強(qiáng)，其原因是：實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)根據(jù)反應(yīng)設(shè)備可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來選擇壓強(qiáng)。采用更高的壓強(qiáng)，對設(shè)備和材料的要求越高，需要的動力越大，會增加投資和能量消耗，不經(jīng)濟(jì)。,3(填一填)在容積相同的四個容器中，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 H2 2 mol N23 mol H2 1 mol N24 mol H2 1 mol N24 mol H2 0.5 mol NH3,答案 解析 是在中增加N2，故H2的轉(zhuǎn)化率增大，即。是在中增加H2，故H2的轉(zhuǎn)化率減小，即。而是在基礎(chǔ)上增加氨，平衡向逆反應(yīng)方向移動，H2的轉(zhuǎn)化率變小，有。由此可知H2的轉(zhuǎn)化率由大到小的順序?yàn)椤?工業(yè)生產(chǎn)中選擇適宜生產(chǎn)條件的思路 1分析化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn)：從可逆性、反應(yīng)前后氣體系數(shù)的變化、焓變?nèi)齻€角度分析。 2根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)具體分析外界條件對速率和平衡的影響。 3從速率和平衡的角度進(jìn)行綜合分析，再充分考慮實(shí)際情況，選出適宜的外界條件。,關(guān)鍵提醒 對化工生產(chǎn)中的化學(xué)反應(yīng)條件進(jìn)行優(yōu)化選擇時，要運(yùn)用反應(yīng)速率與化學(xué)平衡移動原理，同時考慮生產(chǎn)中的設(shè)備材料、動力要求、催化劑等因素。,【例1】 關(guān)于工業(yè)合成氨的敘述中，錯誤的是 ( ) A在動力、設(shè)備、材料允許的情況下，反應(yīng)盡可能在高壓下進(jìn)行 B溫度越高越有利于工業(yè)合成氨 C在工業(yè)合成氨中N2、H2的循環(huán)利用可提高其利用率，降低成本 D及時從反應(yīng)體系中分離出氨氣有利于平衡向正反應(yīng)方向移動,答案 B 解析 合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度越高，NH3的產(chǎn)率越低，溫度太高會影響催化劑的催化效果。,(1)從理論上分析，為了使二氧化硫盡可能轉(zhuǎn)化為三氧化硫，可控制的條件是_。 (2)實(shí)際生產(chǎn)中，選定400500 作為操作溫度，其原因是_。 (3)實(shí)際生產(chǎn)中，采用的壓強(qiáng)為常壓，其原因是_ _。 (4)在生產(chǎn)中，通入過量空氣的目的是_ _。 (5)尾氣中有SO2必須回收是為了_。,答案 (1)低溫、高壓 (2)該溫度是催化劑的活性最強(qiáng)的溫度，選擇此溫度可提高反應(yīng)速率，縮短反應(yīng)達(dá)到平衡所需要的時間 (3)因?yàn)樵诔合拢?00500 時，SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高了，若再加壓，對設(shè)備及動力系統(tǒng)要求高，加大了成本和能量消耗，不經(jīng)濟(jì) (4)增大氧氣的濃度，使平衡向生成SO3的方向移動，提高SO2的轉(zhuǎn)化率 (5)減少對環(huán)境的污染,解析 從提高反應(yīng)速率考慮，合成SO3需要加入催化劑和升溫，加壓；從增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率方面考慮，合成SO3需低溫，加壓，通入廉價空氣；從表中數(shù)據(jù)和設(shè)備材料的要求以及催化劑的活性方面綜合考慮，選擇最適宜條件。,反思感悟 解答適宜條件選擇題關(guān)注兩點(diǎn)： 抓住本反應(yīng)的反應(yīng)特點(diǎn)。把外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響和實(shí)際情況有機(jī)結(jié)合起來。,