高中化学选修化学反应原理2.4化学反应条件的优化-工业合成氨导学案 教学设计

高中化学选修化学反应原理2.4化学反应条件的优化——工业合成氨导学案【学习目标】1．应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件。2．应用化学原理选择化工生产条件的思想和方法。3．通过合成氨条件的分析，认识化学反应速率和化学平衡的控制在工业生产中的重要作用。【知识梳理】一、合成氨反应的限度合成氨技术的发明使成为现实。要实现氨的工业化生产，必须从和两个方面选择合成氨的反应条件。合成氨反应式合成氨反应是在298K时（能/不能）自发进行的热反应，同时也是气体的物质的量（增大/减小）的熵（增/减）反应。因此，温度、压强将有利于化学平衡向生成氨的方向移动。研究发现：在一定的温度、压强下，反应物氮气、氢气的体积比为时，平衡混合物中氨的含量最高。二、合成氨反应的速率影响合成氨反应速率的主要因素有：由平衡移动原理可知，合成氨反应要在和的条件下进行才能得到较高的产率。但由于条件对设备提出苛刻的要求，而反应的势必延长达到平衡的时间致使产率降低失去工业化生产的意义。速率方程（1）在反应过程中，随着氨的浓度的__________，反应速率会逐渐________，因此为了保持足够高的反应速率应适时将_________从混合气体中分离出来。（2）使用________可以使合成氨的反应速率提高上万亿倍。（3）温度越高，反应速率越________。三、合成氨的适宜条件在合成氨生产中，达到高转化率与高反应速率所需条件有时是矛盾的。因此选择条件时应该寻找以的反应速率获得适当的的反应条件。此外，还应该考虑原料的价格、未转化的合成气的使用、的综合利用等问题。目前，合成氨生产一般选择做催化剂；控制反应温度在左右；根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择，大致分为低压（1×107Pa）、中压（2×107Pa~3×107Pa），和高压（8.5×107Pa~1×108Pa）三种类型。通常采用氮气与氢气物质的量之比为的投料比。四、合成氨工业1．原理2．生产过程包括气、净化、合成氨三部分①造气：N2来自于，和H2②净化的目的；③合成氨包括、、等【探讨学习】见课本65页【方法总结】以合成氨为例掌握化工生产中适宜条件选择的一般原则：（1）从化学反应速率分析（C、P、T、催化剂）（2）从化学平衡移动分析（C、P、T、催化剂）（3）从原料的利用率分析（增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，降低成本）（4）从实际生产能力分析（如设备的承温承压能力）总之，实际化工生产中受诸多因素的影响，必须综合分析选出适合工厂生产的最适宜条件。

生产要求综合选择生成NH3速率大NH3的平衡浓度大各物质浓度温度压强催化剂【练习1】可逆反应N2+3H22NH3△H＜0，达到平衡后，为了使氢气的转化率增大，下列选项中采用的三种方法都正确的是（）A．升高温度、降低压强、增加氮气B．降低温度、增大压强、加入催化剂C．升高温度、增大压强、增加氮气D．降低温度、增大压强、分离出部分氨气【练习2】合成氨所需的H2可由煤和水蒸气反应而制得，其中一步的反应为：CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）（正反应放热），下列措施中，能提高CO转化率的是（）A．增大压强B．降低温度C．增大水蒸气浓度D．增大CO浓度【练习3】在合成氨工业中，为增加氨的日产量，下列变化过程中不能使平衡向右移动的是（）A．不断将氨分离出来B．使用催化剂C．采用500℃左右的温度D．采用10～30MPa的压强4．课本70页第2题。【巩固提升】1．下列事实能用化学平衡移动原理解释的是（）A．使用铁触媒有利于氨的合成B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应C．500℃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2．已知2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）△H＜0。其实验数据如表压强/Pa转化率/％温度/℃1.01×1055.05×1051.01×1065.05×1061.01×10745097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3工业生产硫酸时，在SO2氧化为SO3的阶段应选择的适宜条件：温度应选择____，理由是_________________________________________。压强应选择_____，理由是_________________________________。3．从化学反应速率和化学平衡两个角度考虑，合成氨应采用的条件是（）A．低温、高压、催化剂B．低温、低压、催化剂C．适当温度、高压、催化剂D．高温、高压、催化剂4．利用原料气在合成塔中合成NH3，为提高N2的转化率应采取的措施是（）A．高温B．高压C．使用催化剂D．增大N2的浓度5．合成氨所需要的H2可由煤和水反应制得①H2O（g）+C（S）CO（g）+H2（g）△H>0②H2O（g）+CO（g）CO2（g）+H2（g）△H<0工业生产中，欲提高CO的转化率，所采取的下列措施正确的最佳组合是（）①降低温度②增大压强③使用催化剂④增大CO的浓度⑤增大H2O（g）的浓度A．①⑤B．②③C．②④⑤D．③⑤6．保持温度、压强不变。合成氨反应达到平衡状态时，进行如下操作，平衡不发生移动的是（）A．恒温恒压时充入NH3B．恒温恒容时充入N2C．恒温恒压时充入HeD．恒温恒容时充入He7．有平衡体系CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H<0为了增加甲醇（CH3OH）的产量，应采取的正确措施（）A．高温高压B．高温高压催化剂C