1、,第4节 化学反应条件的优化 工业合成氨,高中化学选修4鲁科版,目标导航 1.认识合成氨的化学原理。2.应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。4.了解工业条件选择的依据和原则。,2合成氨反应的特点(1)能自发进行。 (2)正反应是 热反应。(3)正反应是气体物质的量 的反应。(4)可逆反应。 3 温度、 压强有利于化学平衡向生成NH3的方向移动；在一定温度、压强下，反应物N2、H2的体积比为 时，平衡混合物中NH3的含量最高。,放,减小,降低,增大,12.8,二、合成氨反应的速率 1 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
2、。 2 温度有利于提高合成氨的速率。 3加入合适的催化剂能 合成氨反应的活化能，加快化学反应的速率。,增大,升高,降低,三、合成氨的适宜条件 1合成氨反应条件的选择原则(1)尽量增大反应物的 ，充分利用原料；(2)选择较快的 ，提高单位时间内的产量；(3)考虑设备的要求和技术条件。,转化率,化学反应速率,低压,中压,高压,越大,(2)温度 适宜条件： 左右。 理论依据：该温度下催化剂的活性 ，反应速率比较快，氨的含量也相对较高。 (3)催化剂 适宜条件：以 为主的多成分催化剂。,700 K,最强,铁,(4)浓度 适宜条件：N2和H2按物质的量之比12.8时混合，适时分离出 。 理论依据：适当提
3、高 的浓度，来提高H2的转化率。 (5)其他 为了提高原料的 ，未反应的N2和H2循环使用并及时补充N2和H2。,氨气,N2,利用率,1(选一选) 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C500 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；合成氨采用500 是综合考虑反应速率和转化率及催化剂的活性温度；采用循环操作与平衡移动无关。,(2)温度越低越利于合成氨平衡正向移动，工业合成氨采用700 K，不采用低温操作的理由是温度低
4、时反应速率小，单位时间内NH3的产量低。(3)试分析实际生产中采取700 K左右的温度的原因是温度升高，不利于提高反应物的转化率，温度过低，反应速率小，单位时间内NH3的产量低。并且在此温度时，催化剂的活性最大。,(4)压强越大越有利于合成氨平衡正向移动和提高反应速率，而实际采用的最高压强为8.51071108Pa，不采用更高的压强，其原因是：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。采用更高的压强，对设备和材料的要求越高，需要的动力越大，会增加投资和能量消耗，不经济。,3(填一填)在容积相同的四个容器中，按下列要求充入各气体，并加入适当的催化剂，在673 K时分别建立平
5、衡，四种情况下H2的转化率由大到小的顺序是_。1 mol N23 mol H2 2 mol N23 mol H21 mol N24 mol H2 1 mol N24 mol H20.5 mol NH3,答案 解析 是在中增加N2，故H2的转化率增大，即。是在中增加H2，故H2的转化率减小，即。而是在基础上增加氨，平衡向逆反应方向移动，H2的转化率变小，有。由此可知H2的转化率由大到小的顺序为。,工业生产中选择适宜生产条件的思路 1分析化学反应的特点：从可逆性、反应前后气体系数的变化、焓变三个角度分析。 2根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响。 3从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分
6、考虑实际情况，选出适宜的外界条件。,关键提醒 对化工生产中的化学反应条件进行优化选择时，要运用反应速率与化学平衡移动原理，同时考虑生产中的设备材料、动力要求、催化剂等因素。,【例1】 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。,(1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫，可控制的条件是_。
7、 (2)实际生产中，选定400500 作为操作温度，其原因是_。 (3)实际生产中，采用的压强为常压，其原因是_ _。(4)在生产中，通入过量空气的目的是_ _。 (5)尾气中有SO2必须回收是为了_。,答案 (1)低温、高压 (2)该温度是催化剂的活性最强的温度，选择此温度可提高反应速率，缩短反应达到平衡所需要的时间 (3)因为在常压下，400500 时，SO2的转化率已经很高了，若再加压，对设备及动力系统要求高，加大了成本和能量消耗，不经济 (4)增大氧气的浓度，使平衡向生成SO3的方向移动，提高SO2的转化率 (5)减少对环境的污染,解析 从提高反应速率考虑，合成SO3需要加入催化剂和升温，加压；从增大反应物的转化率方面考虑，合成SO3需低温，加压，通入廉价空气；从表中数据和设备材料的要求以及催化剂的活性方面综合考虑，选择最适宜条件。,反思感悟 解答适宜条件选择题关注两点： 抓住本反应的反应特点。把外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响和实际情况有机结合起来。,
