高二化學(xué)工業(yè)合成氨

1、 將固體將固體NH4 I置于密閉容器中，在一定溫度置于密閉容器中，在一定溫度下發(fā)生下列反應(yīng)：下發(fā)生下列反應(yīng)：NH4 I（s） NH3（g）+HI（g）；）；2HI（g） H2（g）+I2（g）達(dá)到平衡時(shí)，達(dá)到平衡時(shí)，c（H2）=0.5mol L-1， c（HI）= 4mol L-1，則此溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)為（）則此溫度下反應(yīng)的平衡常數(shù)為（）A9 B16 C20 D25化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化 -工業(yè)合成氨工業(yè)合成氨復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的重要因素有哪些的重要因素有哪些? 化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)反應(yīng)速率 化學(xué)平衡化學(xué)平衡 溫度溫度氣體壓強(qiáng)氣體壓強(qiáng)催化

2、劑催化劑濃度濃度溫度越高溫度越高,反應(yīng)速反應(yīng)速率越大率越大壓強(qiáng)越大壓強(qiáng)越大,反應(yīng)速反應(yīng)速率越大率越大催化劑加快反應(yīng)速催化劑加快反應(yīng)速率率反應(yīng)物濃度越大反應(yīng)物濃度越大,反反應(yīng)速率越大應(yīng)速率越大升高溫度升高溫度,平衡向吸平衡向吸熱方向移動(dòng)熱方向移動(dòng)增大壓強(qiáng)增大壓強(qiáng),平衡向氣態(tài)物平衡向氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的方向移動(dòng)質(zhì)系數(shù)減小的方向移動(dòng)催化劑對(duì)平衡無(wú)影響催化劑對(duì)平衡無(wú)影響增大反應(yīng)物濃度增大反應(yīng)物濃度,平平衡正向移動(dòng)衡正向移動(dòng)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)：合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)：可逆反應(yīng)可逆反應(yīng)正反應(yīng)正反應(yīng)氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小正反應(yīng)是放熱反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)熵減小的反應(yīng)熵減小的反應(yīng)N2(g)+3H2(g) 2NH

3、3(g) H -92.2kJ/mol(1體積體積) (3體積體積) (2體積體積) S = -198.2JK-1mol-1S = -198.2JK-1mol-1_溫度、溫度、_壓強(qiáng)有利于化學(xué)平衡向壓強(qiáng)有利于化學(xué)平衡向生成氨的方向移動(dòng)生成氨的方向移動(dòng)，N2、H2體積體積比為比為_(kāi)時(shí)平衡混合物中氨的含量最高時(shí)平衡混合物中氨的含量最高。分離出氨氣。分離出氨氣。增大降低1：3一、合成氨反應(yīng)的限度一、合成氨反應(yīng)的限度1.升高溫度升高溫度2.增大壓強(qiáng)增大壓強(qiáng)3.增大反應(yīng)物濃度增大反應(yīng)物濃度4.使用催化劑使用催化劑5.增大增大N2H2濃度濃度,將氨及時(shí)從將氨及時(shí)從混合氣中分離出去混合氣中分離出去催化劑可使合

4、成氨反應(yīng)的速率提高催化劑可使合成氨反應(yīng)的速率提高上萬(wàn)億上萬(wàn)億倍。倍。二、合成氨反應(yīng)的速率二、合成氨反應(yīng)的速率生成物氨的濃度生成物氨的濃度反應(yīng)物的濃度反應(yīng)物的濃度催化劑催化劑溫度溫度壓強(qiáng)壓強(qiáng)速率分析速率分析使使NH3生產(chǎn)得生產(chǎn)得快快外界條件外界條件高壓高壓高溫高溫使用使用增大濃度增大濃度減小濃度減小濃度平衡分析平衡分析使使NH3生產(chǎn)得生產(chǎn)得多多高壓高壓低溫低溫?zé)o影響無(wú)影響增大濃度增大濃度減小濃度減小濃度 1 1、壓強(qiáng)怎么選？、壓強(qiáng)怎么選？ 分析：分析： 合成氨反應(yīng)是氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的氣體合成氨反應(yīng)是氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的氣體反應(yīng)，反應(yīng)，增大增大壓強(qiáng)既可以壓強(qiáng)既可以增大增大反應(yīng)速率，又能使反應(yīng)速率，又

5、能使平衡正向平衡正向移動(dòng)，所以理論上壓強(qiáng)越大越好。移動(dòng)，所以理論上壓強(qiáng)越大越好。 但是壓強(qiáng)越大，對(duì)但是壓強(qiáng)越大，對(duì)設(shè)備設(shè)備的要求高、壓縮的要求高、壓縮H H2 2和和N N2 2所需要的所需要的動(dòng)力動(dòng)力大，因此選擇壓強(qiáng)應(yīng)符合大，因此選擇壓強(qiáng)應(yīng)符合實(shí)際科學(xué)技術(shù)。實(shí)際科學(xué)技術(shù)。 綜合以上兩點(diǎn)綜合以上兩點(diǎn): :根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來(lái)選擇壓強(qiáng)。實(shí)際生產(chǎn)中壓強(qiáng)一般選擇在合指標(biāo)來(lái)選擇壓強(qiáng)。實(shí)際生產(chǎn)中壓強(qiáng)一般選擇在200200500500大氣壓之間。大氣壓之間。 2 2、溫度怎么選擇？、溫度怎么選擇？ 分析：分析： 因?yàn)檎磻?yīng)方向是放熱的反應(yīng)，所以因?yàn)檎磻?yīng)方向

6、是放熱的反應(yīng)，所以降低降低溫度溫度有利于平衡有利于平衡正向正向移動(dòng)。移動(dòng)。 可是溫度越低，反應(yīng)可是溫度越低，反應(yīng)速率越小速率越小，達(dá)到平衡所需，達(dá)到平衡所需要的時(shí)間越要的時(shí)間越長(zhǎng)長(zhǎng)，因此溫度也不宜太低。，因此溫度也不宜太低。 催化劑催化劑要在一定溫度下催化要在一定溫度下催化活性活性最大。最大。 綜合以上因素綜合以上因素: :實(shí)際生產(chǎn)中溫度一般選擇在實(shí)際生產(chǎn)中溫度一般選擇在700K700K左右（主要考慮催化劑的活性）。左右（主要考慮催化劑的活性）。 3 3、用不用催化劑？、用不用催化劑？ 實(shí)際生產(chǎn)中選用鐵為主體的多成分催化劑實(shí)際生產(chǎn)中選用鐵為主體的多成分催化劑（鐵觸媒），它在（鐵觸媒），它在70

7、0K700K時(shí)活性最高。時(shí)活性最高。 分析分析: : 經(jīng)濟(jì)效益經(jīng)濟(jì)效益和和社會(huì)效益社會(huì)效益要求化學(xué)反應(yīng)速度要要求化學(xué)反應(yīng)速度要快快， 原料的利用率要原料的利用率要高高，單位時(shí)間的產(chǎn)量要，單位時(shí)間的產(chǎn)量要高高。 使用催化劑可使合成氨反應(yīng)的速率提高上萬(wàn)億倍使用催化劑可使合成氨反應(yīng)的速率提高上萬(wàn)億倍。 4 4、濃度怎么定？、濃度怎么定？ N N2 2 和和H H2 2的比例怎么定？的比例怎么定？ 增大增大反應(yīng)物的濃度可以反應(yīng)物的濃度可以增大增大反應(yīng)速率，反應(yīng)速率，減小減小生成物的濃度可以使平衡生成物的濃度可以使平衡正向正向移動(dòng)。從化學(xué)平衡移動(dòng)。從化學(xué)平衡的角度分析，在氮?dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量比為的角度分

8、析，在氮?dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量比為1 1：3 3時(shí)，平衡時(shí)，平衡轉(zhuǎn)化率最大轉(zhuǎn)化率最大，但是，但是實(shí)驗(yàn)測(cè)得實(shí)驗(yàn)測(cè)得適當(dāng)提高適當(dāng)提高N N2 2的的濃度，即濃度，即N N2 2和和H H2 2的物質(zhì)的量比為的物質(zhì)的量比為1 1：2.82.8時(shí)，更能促時(shí)，更能促進(jìn)氨的合成。進(jìn)氨的合成。 實(shí)際生產(chǎn)中的處理方法實(shí)際生產(chǎn)中的處理方法：及時(shí)將氣態(tài)氨冷卻及時(shí)將氣態(tài)氨冷卻液化分離出去；及時(shí)將氮?dú)夂蜌錃庋h(huán)利用，使液化分離出去；及時(shí)將氮?dú)夂蜌錃庋h(huán)利用，使其保持一定的濃度。其保持一定的濃度。即即N N2 2和和H H2 2的物質(zhì)的量比為的物質(zhì)的量比為1 1：2.82.8（閱讀書(shū)本（閱讀書(shū)本67頁(yè)）頁(yè)）外部條件外部條件

9、工業(yè)合成氨的適宜條件工業(yè)合成氨的適宜條件壓強(qiáng)壓強(qiáng)溫度溫度催化劑催化劑濃度濃度研討的結(jié)果根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來(lái)選擇壓強(qiáng)量及綜合指標(biāo)來(lái)選擇壓強(qiáng) 適宜溫度適宜溫度 700K左右左右使用鐵觸媒作催化劑使用鐵觸媒作催化劑N2和和H2的物質(zhì)的量比為的物質(zhì)的量比為1：2.8的投的投料比料比, 氨及時(shí)從混合氣中分離出去氨及時(shí)從混合氣中分離出去工業(yè)上利用某可逆反應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品：工業(yè)上利用某可逆反應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品： 一般要一般要使用催化劑使用催化劑：這樣可以大大加快化學(xué)：這樣可以大大加快化學(xué)反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟(jì)效益；反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟(jì)效益； 選擇選擇

10、合適的溫度合適的溫度：該溫度是催化劑活性最大：該溫度是催化劑活性最大的溫度；的溫度； 選擇選擇合適的壓強(qiáng)合適的壓強(qiáng)：既要考慮化學(xué)反應(yīng)速率和：既要考慮化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡，還要考慮動(dòng)力、材料、設(shè)備等?；瘜W(xué)平衡，還要考慮動(dòng)力、材料、設(shè)備等。 【小結(jié)小結(jié)反思反思】起始起始C(mol/L) 2 1 0平衡平衡C(mol/L) 0.8 0.4 1.2 例：例： 2SO2+ O2 2SO3 2SO2+ O2 2SO3 0 0 2 0.8 0.4 1.2以上兩個(gè)平衡，有什么異同？以上兩個(gè)平衡，有什么異同？等效平衡定義等效平衡定義 在一定條件下（恒溫恒容或恒溫恒壓），在一定條件下（恒溫恒容或恒溫恒壓），對(duì)同

11、一可逆反應(yīng)，只是起始時(shí)加入物質(zhì)的物對(duì)同一可逆反應(yīng)，只是起始時(shí)加入物質(zhì)的物質(zhì)的量不同，而達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，質(zhì)的量不同，而達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)，同種物質(zhì)同種物質(zhì)的百分含量相同，的百分含量相同，這樣的平衡稱這樣的平衡稱互稱互稱為等效為等效平衡。平衡。概念的理解：概念的理解：（1）相同的條件：通常指：同）相同的條件：通常指：同T同同V，同，同T同同P（2）相同的平衡狀態(tài)：通常是指平衡時(shí)混合物各組分的百分含）相同的平衡狀態(tài)：通常是指平衡時(shí)混合物各組分的百分含量（指質(zhì)量、體積、物質(zhì)的量等）相同，但各組分的物質(zhì)的量、量（指質(zhì)量、體積、物質(zhì)的量等）相同，但各組分的物質(zhì)的量、濃度可能不同。濃度可能不同。（3）建立平衡）

12、建立平衡 狀態(tài)的途徑：狀態(tài)的途徑：可加入反應(yīng)物，從正反應(yīng)方向開(kāi)始可加入反應(yīng)物，從正反應(yīng)方向開(kāi)始可加入生成物，從逆反應(yīng)方向開(kāi)始可加入生成物，從逆反應(yīng)方向開(kāi)始也可從加入反應(yīng)物和生成物，從正、逆反也可從加入反應(yīng)物和生成物，從正、逆反應(yīng)方向同時(shí)開(kāi)始應(yīng)方向同時(shí)開(kāi)始等效平衡的分類(lèi)和判斷方法等效平衡的分類(lèi)和判斷方法1 1、恒溫、恒容恒溫、恒容條件下的等效平衡條件下的等效平衡 判斷方法：判斷方法：（1 1）對(duì)于）對(duì)于反應(yīng)前后氣體計(jì)量數(shù)不等反應(yīng)前后氣體計(jì)量數(shù)不等的可逆反應(yīng)的可逆反應(yīng)特點(diǎn)：特點(diǎn)：兩次平衡時(shí)各組分百分含量、兩次平衡時(shí)各組分百分含量、n n、c c均相同均相同一邊倒一邊倒“全等平衡全等平衡”標(biāo)志：標(biāo)志

13、：極值等極值等n n投料投料1(mol)2SO2(g) + O2(g) 2SO3 (g) 2 1 0恒溫恒容恒溫恒容時(shí)，在時(shí)，在1L的密閉容器中的密閉容器中投料投料2(mol) 0 0 2投料投料3(mol) 1 0.5 投料投料4(mol) a b c 1 例例1、在一個(gè)、在一個(gè)1L的密閉容器中，加入的密閉容器中，加入2molA和和1molB ，發(fā)，發(fā)生下述反應(yīng)：生下述反應(yīng)： 達(dá)到平衡時(shí)，達(dá)到平衡時(shí)，C的濃度為的濃度為1.2mol/L , C的體積分?jǐn)?shù)為的體積分?jǐn)?shù)為a% 。（1）維持容器的體積和溫度不變，按下列配比作為起始）維持容器的體積和溫度不變，按下列配比作為起始物質(zhì)，達(dá)到平衡后，物質(zhì)，

14、達(dá)到平衡后，C的濃度仍是的濃度仍是1.2mol/L的是（的是（ ）A、3mol C+1mol D B、1mol A+0.5mol B+1.5mol C+0.5mol DC、1mol A+0.5mol B+1.5mol C D、4mol A+2mol B2A（氣）B（氣） 3C（氣）D（氣）A、B（2）恒溫恒容恒溫恒容下，對(duì)于反應(yīng)前后下，對(duì)于反應(yīng)前后氣體計(jì)量數(shù)相等氣體計(jì)量數(shù)相等的可逆的可逆反應(yīng)反應(yīng)特點(diǎn)：特點(diǎn)：兩次平衡時(shí)各組分百分含量相同，兩次平衡時(shí)各組分百分含量相同，n、c同同比例變化比例變化判斷方法：判斷方法：“等比例平衡等比例平衡”一邊倒一邊倒極值等比極值等比標(biāo)志：標(biāo)志：例例2、在一個(gè)固定體

15、積的密閉容器中，保持一定溫度，、在一個(gè)固定體積的密閉容器中，保持一定溫度，進(jìn)行以下反應(yīng)，進(jìn)行以下反應(yīng)，H2(氣氣)+Br2(氣氣) 2HBr(氣氣)，已知加，已知加入入1mol H2和和2molBr2時(shí)，達(dá)到平衡后生成時(shí)，達(dá)到平衡后生成amolHBr(見(jiàn)見(jiàn)下表已知項(xiàng)下表已知項(xiàng))，在相同條件下，且保持平衡時(shí)各組分的，在相同條件下，且保持平衡時(shí)各組分的百分含量不變，對(duì)下列編號(hào)（百分含量不變，對(duì)下列編號(hào)（1）（）（3）的狀態(tài)，填）的狀態(tài)，填寫(xiě)表中空白：寫(xiě)表中空白：2a00.52(n-2m)(n-m)a例例3、在一固定容積的密閉容器中充入、在一固定容積的密閉容器中充入2molA和和1molB，發(fā)生反應(yīng)

16、：，發(fā)生反應(yīng)：2A(氣氣)+B(氣氣) xC(氣氣),達(dá)到平衡后，達(dá)到平衡后，C的體積分?jǐn)?shù)為的體積分?jǐn)?shù)為W%。若維持容器體積和溫。若維持容器體積和溫度不變，按度不變，按0.6molA、0.3molB和和1.4molC為起始物質(zhì)，達(dá)到平衡后，為起始物質(zhì)，達(dá)到平衡后，C的體積分?jǐn)?shù)的體積分?jǐn)?shù)仍為仍為W%，則，則x值為（值為（ ） A、1 B、2 C、3 D、4B C2、恒溫、恒壓恒溫、恒壓條件下的等效平衡條件下的等效平衡 特點(diǎn)：特點(diǎn)：兩次平衡時(shí)各組分百分含量、兩次平衡時(shí)各組分百分含量、 c 相同，相同，n同同比例變化比例變化判斷方法：判斷方法：若改變起始加入情況，只要通過(guò)可逆反應(yīng)的若改變起始加入情況，只要通過(guò)可逆反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)比換算成平衡式左右兩邊同一邊化學(xué)計(jì)量數(shù)比換算成平衡式左右兩邊同一邊物質(zhì)的物質(zhì)的量之比相同即物質(zhì)的物質(zhì)的量之比相同即“相當(dāng)相當(dāng)”，則兩，則兩平衡等效。平衡等效。也為也為“等比例平衡等比例平衡”投料投料1(mol)2SO2(g) + O2(g) 2SO3 (g) 4 3.5 0恒溫恒容恒溫恒容時(shí)，在時(shí)，在1L的密閉容器中的密閉容器中投料投料2(mol) 8 7 0投料投料3(mol) 3投料投料4(mol) a b c 1 2例例4、溫度壓強(qiáng)不變時(shí)，將溫度壓強(qiáng)不變時(shí)，