1、第四节化学反应的调控知识铺垫必备知识正误判断工业合成氨的原理是N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-92.4 kJmol-1,从速率角度分析,反应需要在 (填“较高”或“较低”)温度下进行,而从提高反应物转化率的角度分析,反应需要在 (从压强和温度方面回答)条件下进行,原因是合成氨的反应为 。较高 低温、高压正反应为气体体积减小的放热反应知识铺垫必备知识正误判断一、合成氨反应条件的原理分析1.反应原理:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-92.2 kJmol-1。2.反应特点:合成氨反应可逆性:反应为反应体积变化:正反应是气体体积的反应焓变:H03.影响因素:(1)增大合成氨反应
2、速率的措施:升高温度、增大压强、增大反应物浓度、使用催化剂等。(2)提高平衡混合气体中氨的含量措施:降低温度、增大压强、增大反应物浓度等。可逆减小知识铺垫必备知识正误判断二、实际合成氨工业中选择的生产条件1.压强:合成氨厂一般采用的压强为 。【微思考1】合成氨时压强越大越好,为何不采用比30 MPa更大的压强?10 MPa30 Mpa 提示:压强越大,对材料的强度和设备的制造要求也越高,需要的动力也越大,这会加大生产投资,可能降低综合经济效益。2.温度:一般采用的温度为400500。【微思考2】合成氨采用低温时可提高转化率,但为何未采用更低的温度?提示:温度太低,反应速率太小,达到平衡所需的时
3、间变长,不经济。另外,合成氨所需的催化剂铁触媒的活性在500 左右活性最大。知识铺垫必备知识正误判断3.催化剂:合成氨工业普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂,又称铁触媒。【微思考3】合成氨工业采用迅速冷却法,使气态氨变为液氨后及时从混合物中分离出去的目的是什么?提示:使化学平衡向生成氨的方向移动。知识铺垫必备知识正误判断(1)合成氨反应在高温下能自发进行。()(2)温度越高越利于合成氨反应平衡正向移动。()(3)合成氨反应中,压强越大越利于增大反应速率和平衡正向移动。()(4)使用催化剂能提高合成氨反应物的平衡转化率。()答案:(1)(2)(3)(4)任务素养脉络随堂检测化工化工生产反应条件
4、的优化与选择生产反应条件的优化与选择问题探究 在硫酸工业中,通过下列反应使SO2氧化成SO3:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H=-198 kJmol-1。(已知催化剂是V2O5,在400500 时催化效果最好)下表为不同温度和压强下SO2的转化率(%):任务素养脉络随堂检测1.根据化学理论和以上数据综合分析,为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫,可控制的条件是什么?2.在实际生产中,选定400500 作为操作温度,其原因是什么?3.根据上表中的数据分析,制取SO3时为什么不采用高压?4.在生产中,通入过量空气的目的是什么?5.尾气中的SO2必须回收的目的是什么?提示:常压、450、催化
5、剂。提示:兼顾速率和平衡,且在此温度下催化剂的活性最高。提示:在常压下SO2的转化率就已经很高了(97.5%),若采用高压,平衡能向右移动,但效果并不明显,且采用高压时会增大设备的成本,得不偿失。提示:增大反应物O2的浓度,提高SO2的转化率。提示:防止污染环境;循环利用,提高原料的利用率。任务素养脉络随堂检测深化拓展工业生产中选择适宜生产条件的原则任务素养脉络随堂检测任务素养脉络随堂检测素能应用典例有关合成氨工业的说法中,正确的是()A.增大H2的浓度,可提高H2的转化率B.由于氨易液化,N2、H2在实际生产中会循环使用,所以总体来说氨的产率很高C.合成氨工业的反应温度控制在400500,目
6、的是使化学平衡向正反应方向移动D.合成氨厂采用的压强是10 MPa30 MPa,因为该压强下铁触媒的活性最大答案:B解析:A项,增大H2的浓度,H2的转化率减小;C项,温度控制在400500 主要是为了兼顾速率与平衡,且500 时催化剂活性最大;D项,压强采用10 MPa30 MPa主要是考虑对设备材料的要求。任务素养脉络随堂检测变式训练1硫酸是一种重要的化工产品,目前主要采用“接触法”进行生产。有关接触氧化反应2SO2+O2 2SO3的说法中正确的是()A.只要选择适宜的条件,SO2和O2就能全部转化为SO3B.该反应达到平衡后,反应就完全停止了,即正、逆反应速率均为零C.在达到平衡的体系中
7、,充入由18O原子组成的O2后,SO2中18O含量减少,SO3中18O含量增多D.在工业合成SO3时,要同时考虑反应速率和反应能达到的限度两方面的问题任务素养脉络随堂检测答案:D解析:该反应为可逆反应,SO2和O2不能全部转化为SO3,A错;达到平衡后反应不停止,正、逆反应速率相等,B错;达到平衡后充入由18O原子组成的O2,平衡正向移动,SO3中18O含量增多,因为反应可逆,SO2中18O含量也增多,C错。任务素养脉络随堂检测变式训练2有平衡体系:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)H0。为了增加甲醇(CH3OH)的产量,应采取的正确措施是()A.高温,高压B.适宜温度,高压,催化剂C.
8、低温,低压D.高温,高压,催化剂 答案:B 解析:该反应是一个气体体积减小的放热反应,为增加甲醇的产量,需使平衡正向移动,理论上可采用低温、高压的方式,但在实际生产中还需考虑反应速率、设备承受的压力及催化剂的活性等因素的影响。任务素养脉络随堂检测任务素养脉络随堂检测1.工业上合成氨一般采用400500 的温度,其原因是()适当提高氨的合成速率提高H2的转化率提高氨的产率催化剂在500 左右活性最大A.只有B.只有C.D.只有答案:D 任务素养脉络随堂检测2.利用原料气在合成塔中合成NH3,为提高N2的转化率所采取的措施是()A.高温 B.高压C.使用催化剂 D.增大N2的浓度答案:B 解析:合
9、成氨反应是气体体积减小的放热反应,据勒夏特列原理可知,高压利于提高N2的转化率。任务素养脉络随堂检测3.NH3是一种重要的工业原料。下列关于合成氨的说法中,不正确的是()A.工艺涉及催化技术B.工艺涉及高温高压技术C.原料之一的氮气来自空气D.从合成塔出来的气体中,氨的体积分数为100%答案:D 解析:合成氨反应为可逆反应,N2和H2的转化率小于100%,则从合成塔出来的气体中,氨气的体积分数小于100%。任务素养脉络随堂检测4.在一定条件下,可逆反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)(正反应是放热反应)达到平衡,当单独改变下列条件后,有关叙述错误的是()A.加催化剂,v(正)、v(逆)都
10、发生变化且变化的倍数相等B.加压,v(正)、v(逆)都增大,且v(正)增大的倍数大于v(逆)增大的倍数C.降温,v(正)、v(逆)都减小,且v(正)减小的倍数小于v(逆)减小的倍数D.等容条件下加入氩气,v(正)、v(逆)都增大,且v(正)增大的倍数大于v(逆)增大的倍数答案:D 解析:等容条件下加入氩气,反应物和生成物浓度均不变,则v(正)、v(逆)均不发生变化,且v(正)=v(逆)。任务素养脉络随堂检测5.某工业生产中发生反应:2A(g)+B(g)2M(g)H0。下列有关该工业生产的说法正确的是()A.工业上合成M时,一定采用高压条件,因为高压有利于M的生成B.若物质B价廉易得,工业上一般采用加入过量的B以提高A和B的转化率C.工业上一般采用较高温度合成M,因温度越高,反应物的转化率越高D.工业生产中常采用催化剂,因为生产中使用催化剂可提高M的日产量答案:D 解析:工业上合成M可能采用常压,如H2SO4工业中SO3的生成;加入过量B只能提高A的转化率,B的转化率降低;温度升高,平衡逆向移动,反应物的转化率降低;使用催化剂可降低反应的活化能,提高反应速率。
