第四节化学反应条件的优化——工业合成氨

1、自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究活页规范训练活页规范训练1浓度、温度、压强和催化剂对化学反应速率各有什浓度、温度、压强和催化剂对化学反应速率各有什么影响？么影响？提示提示增大浓度、升高温度、增大有气体参与反应的压增大浓度、升高温度、增大有气体参与反应的压强和使用催化剂能加快反应速率；减小浓度、降低温度和压强强和使用催化剂能加快反应速率；减小浓度、降低温度和压强能减慢反应速率。能减慢反应速率。第四节化学反应条件的优化第四节化学反应条件的优化工业合成氨工业合成氨自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究活页规范训练活页规范训练2浓度、温度、压强对化学平衡的移动各有什么影浓度、

2、温度、压强对化学平衡的移动各有什么影响？响？提示提示(1)浓度：增大反应物浓度，平衡向正反应方向移浓度：增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动；增大生成物浓度，平衡向逆反应方向移动。动；增大生成物浓度，平衡向逆反应方向移动。(2)压强：对于有气体参加或有气体生成的反应来说，增压强：对于有气体参加或有气体生成的反应来说，增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动。减小压强，平衡向大压强，平衡向气体体积减小的方向移动。减小压强，平衡向气体体积增大的方向移动。气体体积增大的方向移动。(3)温度：升高温度平衡向着吸热反应方向移动，降低温温度：升高温度平衡向着吸热反应方向移动，降低温度平衡向着放热反应方向移动

3、。度平衡向着放热反应方向移动。 自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究活页规范训练活页规范训练1了解如何应用化学反应速率和化学平衡移动原理分了解如何应用化学反应速率和化学平衡移动原理分析合成氨的适宜条件析合成氨的适宜条件2了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异方法，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异3通过对合成氨适宜条件的分析，认识化学反应速率通过对合成氨适宜条件的分析，认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要作用和化学平衡的调控在工业生产中的重要作用 自主探究自主探究精要解读

4、精要解读实验探究实验探究活页规范训练活页规范训练笃学一笃学一合成氨反应的限度合成氨反应的限度1.合成氨的化学方程式合成氨的化学方程式。2合成氨反应的特点合成氨反应的特点(1)所有的反应物和生成物都是气态，且该反应为所有的反应物和生成物都是气态，且该反应为 的反应；的反应；(2)气体的物质的量气体的物质的量 的熵的熵 的反应；的反应；(3)该反应的正反应为该反应的正反应为 反应。反应。3合成氨反应是一个放热的、熵合成氨反应是一个放热的、熵 的可逆反应。的可逆反应。由化学平衡移动原理，由化学平衡移动原理， 温度、温度、 压强有利于化压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动。学平衡向生成氨的方向移动。体

5、积体积减小减小减小减小减小减小放热放热减小减小降低降低增大增大自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究活页规范训练活页规范训练笃学二笃学二 合成氨反应的速率合成氨反应的速率增大增大 自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究活页规范训练活页规范训练笃学三笃学三 合成氨反应的适宜条件的选择合成氨反应的适宜条件的选择1.合成氨反应条件的选择合成氨反应条件的选择工业生产中，必须从工业生产中，必须从 和和 两个角度选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择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的 充分充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的利用原料，又要选

6、择较快的反应速率，提高单位时间内的 同时还要考虑设备的要求和技术条件。同时还要考虑设备的要求和技术条件。反应速率反应速率反应限度反应限度转化率转化率产量产量自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究活页规范训练活页规范训练2合成氨的适宜条件合成氨的适宜条件反反应应条条件件压强压强温度温度催化剂催化剂浓度浓度1107 Pa1108 Pa700 K左右左右铁触媒铁触媒使气态使气态NH3变成液态变成液态NH3并及时从平衡混合物中并及时从平衡混合物中分离出去，及时补充分离出去，及时补充N2和和H2自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究活页规范训练活页规范训练【慎思慎思1】 思考并讨论，

7、根据合成氨反应的特点，增大思考并讨论，根据合成氨反应的特点，增大压强既有利于提高合成氨在混合气体中的平衡含量，又能在较压强既有利于提高合成氨在混合气体中的平衡含量，又能在较短时间内得到更多的氨，是否压强越大越好？短时间内得到更多的氨，是否压强越大越好？提示提示从理论上讲，增大压强既可以提高反应速率，又从理论上讲，增大压强既可以提高反应速率，又可以促使合成氨的反应正向进行，有利于氨的合成，但是在工可以促使合成氨的反应正向进行，有利于氨的合成，但是在工业生产中要考虑设备的实际条件，可以在允许的条件下尽量的业生产中要考虑设备的实际条件，可以在允许的条件下尽量的增大压强。增大压强。【慎思慎思2】 合成

8、氨工业生产中，为什么采用未转化的合合成氨工业生产中，为什么采用未转化的合成气循环使用？成气循环使用？提示提示合成氨反应中，反应物的转化率并不高，如果让合成氨反应中，反应物的转化率并不高，如果让N2和和H2的混合气体只一次通过合成塔起反应是很不经济的，应的混合气体只一次通过合成塔起反应是很不经济的，应将分离液氨后的未转化的合成气进行循环使用，并及时补充将分离液氨后的未转化的合成气进行循环使用，并及时补充N2和和H2，使反应物保持一定的浓度，有利于合成氨反应的进行。，使反应物保持一定的浓度，有利于合成氨反应的进行。自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究活页规范训练活页规范训练提示提示(1

9、)是为了加快化学反应速率。是为了加快化学反应速率。(2)在这个温度时，催化剂活性最大。在这个温度时，催化剂活性最大。 自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究活页规范训练活页规范训练1温度温度升高温度有利于提高反应速率，但不利于提高平衡混合升高温度有利于提高反应速率，但不利于提高平衡混合物中氨的含量。且催化剂都有一个适宜的温度。合成氨工业上物中氨的含量。且催化剂都有一个适宜的温度。合成氨工业上一般采用一般采用700 K左右的温度。此温度催化剂活性最强。左右的温度。此温度催化剂活性最强。2压强压强增大压强，有利于提高反应速率，也有利于提高平衡混增大压强，有利于提高反应速率，也有利于提高平

10、衡混合物中氨的含量。但压强越大，对设备材料、技术的要求就越合物中氨的含量。但压强越大，对设备材料、技术的要求就越高，生产成本也越高，综合考虑，工业上采用的压强一般为高，生产成本也越高，综合考虑，工业上采用的压强一般为1107 Pa1108 Pa。自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究活页规范训练活页规范训练3浓度浓度理论上理论上n(N2) n(H2)1 3时，平衡转化率最高，但实时，平衡转化率最高，但实验表明当验表明当n(N2) n(H2)1 2.8时更有利于氨的合成。工业上通时更有利于氨的合成。工业上通常采用常采用1 2.8的比例投料，并且及时的分离出的比例投料，并且及时的分离出N

11、H3，促使平衡正，促使平衡正向移动。向移动。4催化剂催化剂催化剂不影响化学平衡，但能极大的加快反应速率，工催化剂不影响化学平衡，但能极大的加快反应速率，工业上一般采用铁触媒作为合成氨的催化剂。业上一般采用铁触媒作为合成氨的催化剂。自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究活页规范训练活页规范训练【例例1】关于工业合成氨的叙述中，错误的是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，反应尽可能在在动力、设备、材料允许的情况下，反应尽可能在高压下进行高压下进行B温度越高越有利于工业合成氨温度越高越有利于工业合成氨C在工业合成氨中，在工业合成氨中，N2、H2的循环利用

12、可提高其利用的循环利用可提高其利用率，降低成本率，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方向移动解析解析合成氨的反应为放热反应，温度越高，合成氨的反应为放热反应，温度越高，NH3的产的产率越低，温度太高会影响催化剂的催化效果。率越低，温度太高会影响催化剂的催化效果。答案答案B自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究活页规范训练活页规范训练在选择合成氨的条件时，不仅要考虑影响反应速率的因在选择合成氨的条件时，不仅要考虑影响反应速率的因素，还要考虑影响平衡转化率的因素，应以提高综合经济效益素，还要考虑影响平衡转化率的因素，

13、应以提高综合经济效益为选择生产条件的目的。为选择生产条件的目的。自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究活页规范训练活页规范训练【体验体验1】工业上合成氨时一般采用工业上合成氨时一般采用700 K左右的温度，左右的温度，其原因是其原因是()。提高合成氨的速率提高氢气的转化率提高氨提高合成氨的速率提高氢气的转化率提高氨的产率催化剂在的产率催化剂在700 K时活性最大时活性最大A只有只有 B C D解析解析从反应速率考虑，温度越高，速率越快；温度在从反应速率考虑，温度越高，速率越快；温度在700 K左右时，催化剂活性最好，更有利于提高合成氨的反应速左右时，催化剂活性最好，更有利于提高合成氨

14、的反应速率。率。答案答案D自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究活页规范训练活页规范训练1从可逆性、反应前后气体系数的变化、焓变三个角从可逆性、反应前后气体系数的变化、焓变三个角度分析化学反应的特点。度分析化学反应的特点。2根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响；从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情响；从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况，选出适宜的外界条件。况，选出适宜的外界条件。自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究活页规范训练活页规范训练外界条件外界条件有利于加快有利于加快速率的条件速率的条

15、件控制控制有利于平衡正向移动有利于平衡正向移动的条件控制的条件控制综合分析结果综合分析结果浓度浓度增大反应物增大反应物的浓度的浓度增大反应物的浓度、增大反应物的浓度、减小生成物的浓度减小生成物的浓度不断地补充反应物、不断地补充反应物、及时地分离出生成物及时地分离出生成物催化剂催化剂加合适的催加合适的催化剂化剂不需要不需要加合适的催化剂加合适的催化剂温度温度高温高温H0低温低温兼顾速率和平衡，考兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度虑催化剂的适宜温度H0高温高温在设备条件允许的前在设备条件允许的前提下，尽量采取高温提下，尽量采取高温并考虑催化剂的活性并考虑催化剂的活性压强压强高压高压(有气体有气体

16、参加参加)v(g)0高压高压在设备条件允许的前在设备条件允许的前提下，尽量采取高压提下，尽量采取高压v(g)0低压低压兼顾速率和平衡，选兼顾速率和平衡，选取适宜的压强取适宜的压强自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究活页规范训练活页规范训练压强压强/Pa温度温度/1105510511065106110745097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究活页规范训练活页规范训练(1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫，可控制的条件是硫，可

17、控制的条件是_。(2)实际生产中，选定实际生产中，选定400500 作为操作温度其原因作为操作温度其原因是是_。(3)实 际 生 产 中 ， 采 用 的 压 强 为 常 压 ， 其 原 因 是实 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 是在 生 产 中 ， 通 入 过 量 空 气 的 目 的 是_。( 5 ) 尾 气 中 有尾 气 中 有 S O2必 须 回 收 是 为 了必 须 回 收 是 为 了_。自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究活页规范训练活页规范训练解析解析(1)观察反

18、应的特点可以得出要想使平衡正向移观察反应的特点可以得出要想使平衡正向移动，可以采取的措施为低温、高压。动，可以采取的措施为低温、高压。(2)由于由于400500 是较高温度，而升高温度虽然会使是较高温度，而升高温度虽然会使反应速率加快，但是通过上表分析对生成物的产率影响不大，反应速率加快，但是通过上表分析对生成物的产率影响不大，所以主要原因是此温度时催化剂的活性最大。所以主要原因是此温度时催化剂的活性最大。(3)因为在常压下因为在常压下400500 时，时，SO2的转化率已经很高的转化率已经很高了，若再加压，对设备及动力系统要求高，加大了成本和能量了，若再加压，对设备及动力系统要求高，加大了成

19、本和能量消耗，故采用常压。消耗，故采用常压。(4)增大氧气的浓度，相当于增大了反应物的浓度，使平增大氧气的浓度，相当于增大了反应物的浓度，使平衡向生成衡向生成SO3的方向移动，提高二氧化硫的转化率。的方向移动，提高二氧化硫的转化率。(5)尾气是一种污染性气体，所以在反应结束后需对其进尾气是一种污染性气体，所以在反应结束后需对其进行尾气处理，以减少对环境的污染。行尾气处理，以减少对环境的污染。自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究活页规范训练活页规范训练答案答案(1)低温、高压低温、高压(2)该温度是催化剂的活性温度，选择此温度可提高反应该温度是催化剂的活性温度，选择此温度可提高反应速

20、率，缩短反应达到平衡所需要的时间速率，缩短反应达到平衡所需要的时间(3)因为在常压下因为在常压下400500 时，时，SO2的转化率已经很高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，不适宜消耗，不适宜(4)增大氧气的浓度，使平衡向生成增大氧气的浓度，使平衡向生成SO3的方向移动，提的方向移动，提高二氧化硫的转化率高二氧化硫的转化率(5)减少对环境的污染减少对环境的污染 自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究活页规范训练活页规范训练在处理工业生产中选择条件的相关问题时，要综合考虑在处理工业生产中选择

21、条件的相关问题时，要综合考虑速率和平衡，同时还要注意与工业生产实际结合在一起进行综速率和平衡，同时还要注意与工业生产实际结合在一起进行综合分析与思考。从理论上说，一是提高单位时间内产量，二是合分析与思考。从理论上说，一是提高单位时间内产量，二是要提高原料的转化率，也就是尽量提高产品在平衡混合物中的要提高原料的转化率，也就是尽量提高产品在平衡混合物中的百分含量，提高经济效益。在实际生产中，还要考虑原料的来百分含量，提高经济效益。在实际生产中，还要考虑原料的来源、储量、运输、生产设备、反应条件等许多问题，反应条件源、储量、运输、生产设备、反应条件等许多问题，反应条件的选择要考虑实际与效益。的选择要

22、考虑实际与效益。自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究活页规范训练活页规范训练工业生产中，欲提高工业生产中，欲提高CO的转化率，所采取的下列措施的转化率，所采取的下列措施正确的最佳组合是正确的最佳组合是()。降低温度增大压强使用催化剂增大降低温度增大压强使用催化剂增大CO浓度浓度增大增大H2O(g)的浓度的浓度A B C D自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究活页规范训练活页规范训练解析解析欲提高欲提高CO的转化率，就应使反应的转化率，就应使反应(2)最大限度地最大限度地向正反应方向移动，能使反应向正反应方向移动，能使反应(2)正向移动的措施有：降低温度正向移动的措施有：

23、降低温度(因为正反应为放热反应因为正反应为放热反应)、增大、增大H2O(g)的浓度的浓度但但H2O(g)本身的本身的转化率降低转化率降低。增大压强平衡不移动。增大压强平衡不移动(因为该反应的因为该反应的vg0)，使，使用催化剂只能改变反应速率，不能影响化学平衡，增大用催化剂只能改变反应速率，不能影响化学平衡，增大CO浓度浓度可使平衡正向移动，但可使平衡正向移动，但CO的转化率降低，故选的转化率降低，故选A。答案答案A自主探究自主探究精要解读精要解读实验探究实验探究活页规范训练活页规范训练实验探究十一工业合成氨生产条件的综合分析及应用实验探究十一工业合成氨生产条件的综合分析及应用【案例案例】 科学家一直致力于研究常温、常压下科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固人工固氮氮”的新方法。曾有实验报道：在常温、常压、光照条件下，的新方法。曾有实验报道：在常温、常压、光照条件下，N2在催化剂在催化剂(掺有少量掺有少量Fe2O3的的TiO2)表面与水发生反应，生成的表面与水发生反应，生成的主要产物为主要产物为