2011-2012学年高中化学 第二章 第四节 化学反应条件的优化—工业合成氨同步练习 鲁科版选修4.doc

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1、2011-2012学年高二化学选修4（鲁科版）同步练习第二章第四节化学反应条件的优化—工业合成氨一.教学内容：第3节化学反应条件的优化－工业合成氨二.教学目的：1.了解工业生产条件选择的依据和原则。2.认识合成氨的化学原理，逐步掌握用化学平衡和化学反应速率的有关知识选择合成氨的条件。3.了解合成氨生产的主要流程。三.重点、难点：工业合成氨条件的选择过程四.知识分析：（一）选取适应的反应条件的依据1.从可逆性、反应前后气体的系数的变化、焓变三个角度分析化学反应的特点。2.据反应特点具体分析外界条件对速

2、率和平衡的影响，从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况，选出适宜的外界条件。外界条件有利于增大速率的条件控制有利于平衡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，减小产物的浓度不断的补充反应物，及时的分离出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△H＜0低温兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度△H＞0高温在设备条件允许的前提下，尽量采取高温并选取催化剂压强高压（有气体参加）△n（g）＜0高压在设备条件允许的前提下，尽量采取高压△n（g）＞0低压兼顾速率和平衡，

3、选取适宜的压强（二）合成氨的工业生产：1.反应特点：N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）可逆反应，正向△H＜0，正向△n（g）＜02.反应的自发性和限度【算一算】已知在298K时，合成氨反应的△H＝－92.2kJ·mol－1△S＝－198.2J·K－1·mol－1计算该反应在298K时能否自发进行？6用心爱心专心解答：△H－T△S＝－92.2kJ·mol－1＋298K×198.2J·K－1·mol－1＝－33.1kJ·mol－1＜0，故该反应在298K时能自发进行。又知，该反应在298K时的平衡常

4、数K为：4.1×106（mol·L）－2。由平衡移动原理可知，欲提高氨的产率，应该采用高压、低温的条件。由上述可以看出，合成氨反应在298K时，反应能自发进行，合成氨的反应限度也很大,但是反应速率又如何呢？3.反应速率实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率公式为：V＝kc（N2）c1.5（H2）c－1（NH3）据阿伦尼乌斯经验公式，高温和有催化剂将能提高其速率常数，加快反应速率；而加压则能够更大程度上增大N2、H2的浓度，从而加快反应速率。4.各种外界条件对速率和平衡的具体影响：（1）压强：温

5、度一定时，增大混合气体的压强对合成氨的速率和平衡都有利，但压强越大需要的动力越大，对材料的压强和设备的制造要求越高，一般采用2×107~5×107Pa（2）温度：从平衡的角度考虑，合成氨低温有利，但是温度过低反应速率很慢，需要很长时间才能达到平衡，很不经济，所以实际生产中，采用500℃左右的适宜温度（在此温度时催化剂的活性最大）。（3）催化剂：为了加快反应速率，采用以铁为主的铁催化剂。（4）浓度：不断的补充氢气和氮气，及时的分离出氨气。5.合成氨的适宜条件：500℃、铁触媒、2×107~5×107P

6、a；循环操作过程；N2与H2浓度比约为1∶3（因为在一定温度和压强下，原料气配比符合化学方程式中的系数比时，产物的平衡产量可达最高值，实际为1∶2.8）。6.生产流程：（1）造气原料气中的氮气来自于空气，而氢气来自于含氢的天然气、煤、炼油产品。以天然气为原料时，反应可简单表示为：CH4＋H2O＝CO＋3H2CO＋H2O＝CO2＋H2（2）净化：消除造气过程夹带的杂质，防止催化剂中毒。（3）合成氨：包括终端产品——氨的分离，氮气、氢气的循环利用，热交换原理的应用等。【典型例题】例1.在一定条件下，可逆

7、反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）（正反应放热）达到平衡，当单独改变下列条件后，有关叙述中错误的是（）A.加催化剂，v正、v逆都变化，且变化的倍数相等B.加压，v正、v逆都增大，且v正增大的倍数大于v逆增大的倍数C.降温，v正、v逆都减小，且v正减小的倍数大于v逆减小的倍数D.加入氩气，v正、v逆都增大，且v正增大的倍数大于v逆增大的倍数解析：催化剂的加入，同等倍数的改变正、逆反应速率，A正确；而加压，平衡将向右移动，故v正增大的倍数大于v逆增大的倍数，B正确；降温，平衡向放热的方向——向右

8、移动，v正减小的倍数小于v逆减小的倍数，C错误；恒温、恒容通氩气，各物质浓度不变，平衡不移动，v正、v逆都不变，D错误。答案：CD点评：本题考查外界条件对化学反应速率的影响规律，要注意结合平衡移动原理来进行分析。6用心爱心专心例2.合成氨工业中，常加热至500℃,下列有关叙述正确的是（）A.为加快反应速率，缩短达到平衡所需要的时间B.加快v正，减小v逆C.使平衡向合成氨的方向移动D.提高原料转化率解析：合成氨是放热反应，采用500℃的高温，从化学平衡上看，由于合成氨反