高中化學選修化學反應(yīng)原理2.4化學反應(yīng)條件的優(yōu)化-工業(yè)合成氨導(dǎo)學案 教學設(shè)計

高中化學選修化學反應(yīng)原理2.4化學反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨導(dǎo)學案【學習目標】1．應(yīng)用化學反應(yīng)速率和化學平衡原理，選擇合成氨的適宜條件。2．應(yīng)用化學原理選擇化工生產(chǎn)條件的思想和方法。3．通過合成氨條件的分析，認識化學反應(yīng)速率和化學平衡的控制在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用?！局R梳理】一、合成氨反應(yīng)的限度合成氨技術(shù)的發(fā)明使成為現(xiàn)實。要實現(xiàn)氨的工業(yè)化生產(chǎn)，必須從和兩個方面選擇合成氨的反應(yīng)條件。合成氨反應(yīng)式合成氨反應(yīng)是在298K時（能/不能）自發(fā)進行的熱反應(yīng)，同時也是氣體的物質(zhì)的量（增大/減?。┑撵兀ㄔ?減）反應(yīng)。因此，溫度、壓強將有利于化學平衡向生成氨的方向移動。研究發(fā)現(xiàn)：在一定的溫度、壓強下，反應(yīng)物氮氣、氫氣的體積比為時，平衡混合物中氨的含量最高。二、合成氨反應(yīng)的速率影響合成氨反應(yīng)速率的主要因素有：由平衡移動原理可知，合成氨反應(yīng)要在和的條件下進行才能得到較高的產(chǎn)率。但由于條件對設(shè)備提出苛刻的要求，而反應(yīng)的勢必延長達到平衡的時間致使產(chǎn)率降低失去工業(yè)化生產(chǎn)的意義。速率方程（1）在反應(yīng)過程中，隨著氨的濃度的__________，反應(yīng)速率會逐漸________，因此為了保持足夠高的反應(yīng)速率應(yīng)適時將_________從混合氣體中分離出來。（2）使用________可以使合成氨的反應(yīng)速率提高上萬億倍。（3）溫度越高，反應(yīng)速率越________。三、合成氨的適宜條件在合成氨生產(chǎn)中，達到高轉(zhuǎn)化率與高反應(yīng)速率所需條件有時是矛盾的。因此選擇條件時應(yīng)該尋找以的反應(yīng)速率獲得適當?shù)牡姆磻?yīng)條件。此外，還應(yīng)該考慮原料的價格、未轉(zhuǎn)化的合成氣的使用、的綜合利用等問題。目前，合成氨生產(chǎn)一般選擇做催化劑；控制反應(yīng)溫度在左右；根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標來選擇，大致分為低壓（1×107Pa）、中壓（2×107Pa~3×107Pa），和高壓（8.5×107Pa~1×108Pa）三種類型。通常采用氮氣與氫氣物質(zhì)的量之比為的投料比。四、合成氨工業(yè)1．原理2．生產(chǎn)過程包括氣、凈化、合成氨三部分①造氣：N2來自于，和H2②凈化的目的；③合成氨包括、、等【探討學習】見課本65頁【方法總結(jié)】以合成氨為例掌握化工生產(chǎn)中適宜條件選擇的一般原則：（1）從化學反應(yīng)速率分析（C、P、T、催化劑）（2）從化學平衡移動分析（C、P、T、催化劑）（3）從原料的利用率分析（增加易得廉價原料，提高難得高價原料的利用率，降低成本）（4）從實際生產(chǎn)能力分析（如設(shè)備的承溫承壓能力）總之，實際化工生產(chǎn)中受諸多因素的影響，必須綜合分析選出適合工廠生產(chǎn)的最適宜條件。

生產(chǎn)要求綜合選擇生成NH3速率大NH3的平衡濃度大各物質(zhì)濃度溫度壓強催化劑【練習1】可逆反應(yīng)N2+3H22NH3△H＜0，達到平衡后，為了使氫氣的轉(zhuǎn)化率增大，下列選項中采用的三種方法都正確的是（）A．升高溫度、降低壓強、增加氮氣B．降低溫度、增大壓強、加入催化劑C．升高溫度、增大壓強、增加氮氣D．降低溫度、增大壓強、分離出部分氨氣【練習2】合成氨所需的H2可由煤和水蒸氣反應(yīng)而制得，其中一步的反應(yīng)為：CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）（正反應(yīng)放熱），下列措施中，能提高CO轉(zhuǎn)化率的是（）A．增大壓強B．降低溫度C．增大水蒸氣濃度D．增大CO濃度【練習3】在合成氨工業(yè)中，為增加氨的日產(chǎn)量，下列變化過程中不能使平衡向右移動的是（）A．不斷將氨分離出來B．使用催化劑C．采用500℃左右的溫度D．采用10～30MPa的壓強4．課本70頁第2題?！眷柟烫嵘?．下列事實能用化學平衡移動原理解釋的是（）A．使用鐵觸媒有利于氨的合成B．高壓比常壓條件更有利于合成氨的反應(yīng)C．500℃左右比室溫更有利于合成氨的反應(yīng)D．合成氨時采用循環(huán)操作，可提高原料的利用率2．已知2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）△H＜0。其實驗數(shù)據(jù)如表壓強/Pa轉(zhuǎn)化率/％溫度/℃1.01×1055.05×1051.01×1065.05×1061.01×10745097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3工業(yè)生產(chǎn)硫酸時，在SO2氧化為SO3的階段應(yīng)選擇的適宜條件：溫度應(yīng)選擇____，理由是_________________________________________。壓強應(yīng)選擇_____，理由是_________________________________。3．從化學反應(yīng)速率和化學平衡兩個角度考慮，合成氨應(yīng)采用的條件是（）A．低溫、高壓、催化劑B．低溫、低壓、催化劑C．適當溫度、高壓、催化劑D．高溫、高壓、催化劑4．利用原料氣在合成塔中合成NH3，為提高N2的轉(zhuǎn)化率應(yīng)采取的措施是（）A．高溫B．高壓C．使用催化劑D．增大N2的濃度5．合成氨所需要的H2可由煤和水反應(yīng)制得①H2O（g）+C（S）CO（g）+H2（g）△H>0②H2O（g）+CO（g）CO2（g）+H2（g）△H<0工業(yè)生產(chǎn)中，欲提高CO的轉(zhuǎn)化率，所采取的下列措施正確的最佳組合是（）①降低溫度②增大壓強③使用催化劑④增大CO的濃度⑤增大H2O（g）的濃度A．①⑤B．②③C．②④⑤D．③⑤6．保持溫度、壓強不變。合成氨反應(yīng)達到平衡狀態(tài)時，進行如下操作，平衡不發(fā)生移動的是（）A．恒溫恒壓時充入NH3B．恒溫恒容時充入N2C．恒溫恒壓時充入HeD．恒溫恒容時充入He7．有平衡體系CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H<0為了增加甲醇（CH3OH）的產(chǎn)量，應(yīng)采取的正確措施（）A．高溫高壓B．高溫高壓催化劑C