第二章 第4节 化学反应条件的优化—工业合成氨-【金版教程】2023-2024学年新教材高中化学选择性必修1创新导学案word（鲁科版2019）

第4节　化学反应条件的优化——工业合成氨 合成氨反应的限度 1.反应原理 N2（g）＋3H2（g）2NH3（g） 298 K时ΔH＝－92.2 kJ·mol－1　ΔS＝－198.2 J·K－1·mol－1。 2.反应特点 （1）可逆反应，氮气分子结构稳定，对反应条件要求较高。 （2）由反应方程式中反应物和反应产物的系数关系可知，该反应是气体的物质的量减小的反应。 （3）根据ΔH（298 K）＝－92.2 kJ·mol－1<0知，该反应是放热反应。 （4）根据ΔS＝－198.2 J·K－1·mol－1知，该反应是熵减小的反应。 （5）根据ΔH－TΔS＝－92.2 kJ·mol－1－298 K×（－198.2×10－3 kJ·K－1·mol－1）≈－33.1 kJ·mol－1<0，故该反应在298 K下可自发进行。 3.有利于氨生成的措施 （1）降低温度、增大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N2和H2的体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。 合成氨反应的速率 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，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.催化剂：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：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。 4.压强：压强越大，反应进行得越快。 合成氨的适宜条件 1.合成氨条件的选择原则 （1）尽量增大反应物的平衡转化率，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.合成氨的适宜条件 反应 条件 对化学反应速率的影响 对平衡混合物中氨的含量的影响 合成氨条件的选择 增大 压强 有利于增大化学反应速率 有利于提高平衡混合物中氨的含量 压强增大，有利于氨的合成，但需要的动力大，对材料、设备等要求高，因此，工业上一般采用1×107～1×108 Pa的压强 升高 温度 有利于增大 化学反应速率 不利于提高平衡混合物中氨的含量　 合成氨时温度要适宜。工业上一般控制温度在700 K左右，并且在这个温度时，铁催化剂的活性最大 增大反应物浓度 有利于提高 反应速率 N2和H2的浓度之比为1∶3时，平衡转化率最高 实验表明N2和H2的浓度比为1∶2.8时，更能促进合成氨的进行。工业上通常用N2与H2物质的量之比为1∶2.8的比例投料，并且及时分离出NH3，促使平衡正向移动 使用催化剂 有利于增大 化学反应速率 没有影响 工业上一般选择铁做催化剂，使反应能在较低温度下较快进行 1.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.使用铁触媒作催化剂，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.500 ℃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 答案　B 解析　催化剂不影响平衡移动，A错误；合成氨采用500 ℃是综合考虑反应速率、平衡转化率及催化剂的活性温度，C错误；采用循环操作与平衡移动无关，D错误。 2.合成氨工业上采用循环操作主要是因为（　　） A.加快化学反应速率 B.能提高氨的平衡浓度 C.降低氨气的沸点 D.提高氮气和氢气的利用率 答案　D 3.关于工业合成氨的叙述中，错误的是（　　） A.在动力、设备、材料允许的情况下，反应尽可能在高压下进行 B.温度越高越有利于工业合成氨 C.在工业合成氨中N2、H2的循环利用可提高其利用率，降低成本 D.及时从反应体系中分离出氨气有利于平衡向正反应方向移动 答案　B 解析　合成氨的反应为放热反应，温度越高，NH3的产率越低，温度太高会影响催化剂的催化效果。 4.对于可逆反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g），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，缩小容器体积，既有利于加快正、逆反应速率，又有利于提高氢气的平衡转化率 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 答案　C 解析　达到平衡后，加入N2，平衡正向移动，达到新平衡后，NH3的浓度会增大，而N2的浓度比原平衡的大，A错误；达到平衡后，升高温度，正、逆反应速率都增大，但平衡逆向移动，不利于NH3的生成，B错误；达到平衡后，缩小容器体积即增大压强，正、逆反应速率都增大，平衡正向移动，又有利于提高H2的平衡转化率，C正确