(教案)第2章 第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨-【提分教练】2022-2023学年新教材高中化学选择性必修一(鲁科版2019)

第4节　化学反应条件的优化——工业合成氨 学习任务目标 1．能从反应限度和反应速率角度讨论化学反应和化工生产条件的选择和优化，进一步理解化学平衡是一种动态平衡，能多角度灵活运用平衡及其移动的思想分析解决实际问题。 2．能运用温度、浓度、压强、催化剂对化学反应速率和平衡的影响规律解释实际问题。 3．通过反应条件的选择和优化，养成多角度综合调控化学反应的习惯，形成“绿色化学”的观念。 1．在298 K时，由氢气和氮气反应生成1 mol NH3(g)放热46.1 kJ，则合成氨的热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)__ΔH＝－92.2 kJ·mol－1。 2．合成氨反应为放热反应，则升高温度，反应速率加快，平衡向逆反应方向移动；增大压强，反应速率加快，平衡向正反应方向移动。 一、合成氨反应的限度 1．合成氨反应的特点 2．影响因素 (1)外界条件：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)投料比：温度、压强一定时，N2、H2的体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。 二、合成氨反应的速率 1．提高合成氨反应速率的方法 2．浓度与合成氨反应速率之间的关系 在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式为v＝kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)，由速率方程可知：增大N2或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于提高合成氨反应的速率。 三、合成氨生产的适宜条件的选择 1．合成氨生产条件的选择 工业生产中，必须从反应速率和反应限度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。 2．合成氨的适宜条件 影响因素 选择条件 温度 反应温度控制在700 K左右 物质的量 N2、H2投料比1∶2.8 压强 低压1×107 Pa 中压2×107～3×107 Pa 高压8.5×107～1×108 Pa 催化剂 选择铁做催化剂 浓度 使气态NH3变成液态NH3并及时分离出去，同时补充N2、H2 3．合成氨的生产流程的三阶段 1．判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)。 (1)由于合成氨在室温下是非自发反应，所以需要较为苛刻的条件。 (　　) ×　提示：合成氨反应在室温下是自发的反应。 (2)因为合成氨是气体体积减小的反应，所以实际生产中，采用的压强越大越好。 (　　) ×　提示：压强太大会增大动力和设备成本。 (3)合成氨的反应是放热反应，所以工业合成氨时采用的温度越低越好。 (　　) ×　提示：温度太低，反应速率太慢，不利于提高单位时间内NH3的产量。 (4)合成氨反应加入催化剂能增大产率。 (　　) ×　提示：催化剂不能使平衡移动，加催化剂不能增大NH3的产率。 2．在其他条件不变的情况下，能使合成氨反应进行程度增大的方法是(　　) A．升高温度 B．减小压强 C．使用催化剂 D．及时分离出氨气 D　解析：合成氨的反应是放热反应，且反应前后气体体积减小。升高温度，会使平衡向吸热的逆反应方向移动，使合成氨反应进行程度减小，A项不符合题意；减小压强，平衡会向气体体积增大的逆反应方向移动，使合成氨反应进行程度减小，B项不符合题意；使用催化剂，平衡不移动，合成氨反应进行程度不发生变化，C项不符合题意；及时分离出氨气，减小反应产物浓度，平衡正向移动，能使合成氨反应进行程度增大，D项符合题意。 3．合成氨所需要的H2可以由煤和水蒸气反应制得，其中一步的反应为CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＜0，反应达到平衡后，为提高CO的转化率，下列措施正确的是(　　) A．增大CO的浓度 　 B．降低温度 C．升高温度 D．增大压强 B　解析：增大CO的浓度，化学平衡向正反应方向移动，但是一氧化碳的转化率降低，故A错误；正反应为放热反应，降低温度，化学平衡向正反应方向移动，CO的转化率提高，故B正确；正反应为放热反应，升高温度，化学平衡向逆反应方向移动，CO的转化率降低，故C错误；该反应前后气体的体积不变，增大压强，该平衡不会发生移动，CO的转化率不变，故D错误。 4．1913年德国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。下列是哈伯法的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是　(　　) A．①②③　　 B．②④⑤ C．①③⑤　　 D．②③④ B　解析：合成氨气的反应是体积减小的、放热的可逆反应。①净化干燥的目的是减少副反应的发生，提高产物的纯度，不能提高转化率，故①不符合；②增大压强，平衡向正反应方向移动，可提高原料的转化率，故②符合题意；③催化剂只改变反应速率，不影响平衡状态，不能提高转化率，故③不