1、1 完成课前学习 探究核心任务 第第4节节 化学反应条件的优化化学反应条件的优化工业合成氨工业合成氨 学业要求学业要求 素养对接素养对接 1.能从反应限度和反应速率角度讨论化学反能从反应限度和反应速率角度讨论化学反 应和化工生产条件的选择和优化应和化工生产条件的选择和优化。 2.能运用温度能运用温度、浓度浓度、压强压强、催化剂对化学催化剂对化学 反应速率和平衡的影响规律解释实际问题反应速率和平衡的影响规律解释实际问题。 科学态度与社会责任：通过反应条科学态度与社会责任：通过反应条 件的选择和优化件的选择和优化，促使学生形成多促使学生形成多 角度综合调控化学反应的思路角度综合调控化学反应的思路，
2、发发 展学生展学生“绿色化学绿色化学”的观念的观念。 2 完成课前学习 探究核心任务 知知 识识 梳梳 理理 知识点一知识点一、合成氨反应的限度合成氨反应的限度 1.合成氨的化学反应方程式合成氨的化学反应方程式N2(g)3H2(g)_2NH3(g)，H_0, S_0。 2.合成氨反应的特点合成氨反应的特点 (1)能自发进行能自发进行。 (2)正反应是正反应是_热反应热反应。 (3)正反应是气体物质的量正反应是气体物质的量_的反应的反应。 (4)可逆反应可逆反应。 高温、高压高温、高压 催化剂催化剂 放放 减小减小 3 完成课前学习 探究核心任务 3._温度温度、_压强有利于化学平衡向生成压强有
3、利于化学平衡向生成NH3的方向移动；在一定温的方向移动；在一定温 度度、压强下压强下，反应物反应物N2、H2的体积比为的体积比为_时时，平衡混合物中平衡混合物中NH3的含量最的含量最 高高。 知识点二知识点二、合成氨反应的速率合成氨反应的速率 1._N2或或H2的浓度的浓度，减小减小NH3的浓度的浓度，都有利于提高合成氨反应的速率都有利于提高合成氨反应的速率。 2._温度有利于提高合成氨的速率温度有利于提高合成氨的速率。 3.加入合适的催化剂能加入合适的催化剂能_合成氨反应的活化能合成氨反应的活化能，加快化学反应的速率加快化学反应的速率。 降低降低 增大增大 13 增大增大 升高升高 降低降低
4、 4 完成课前学习 探究核心任务 知识点三知识点三、合成氨的适宜条件合成氨的适宜条件 1.合成氨反应条件的选择原则合成氨反应条件的选择原则 (1)尽量增大反应物的尽量增大反应物的_，充分利用原料；充分利用原料； (2)选择较快的选择较快的_，提高单位时间内的产量；提高单位时间内的产量； (3)考虑设备的要求和技术条件考虑设备的要求和技术条件。 2.合成氨反应的适宜条件合成氨反应的适宜条件 (1)压强压强 适宜条件适宜条件 1107Pa 2107Pa3107Pa 8.5107Pa1108Pa 理论依据：压强越大，要求动力理论依据：压强越大，要求动力_，对材料和设备的制造要求就越高。，对材料和设备
5、的制造要求就越高。 转化率转化率 化学反应速率化学反应速率 低压低压 中压中压 高压高压 越大越大 5 完成课前学习 探究核心任务 (2)温度温度 适宜条件：适宜条件：_左右左右。 理论依据：该温度下催化剂的活性理论依据：该温度下催化剂的活性_，反应速率比较快反应速率比较快，氨的含量也相氨的含量也相 对较高对较高。 (3)催化剂催化剂 适宜条件：以适宜条件：以_为主的多成分催化剂为主的多成分催化剂。 (4)浓度浓度 适宜条件：适宜条件：N2和和H2按物质的量之比按物质的量之比12.8时混合时混合，适时分离出适时分离出_。 理论依据：适当提高理论依据：适当提高_的浓度的浓度，来提高来提高H2的转
6、化率的转化率。 (5)其他其他 为了提高原料的为了提高原料的_，未反应的未反应的N2和和H2循环使用并及时补充循环使用并及时补充N2和和H2。 700 K 最强最强 铁铁 氨气氨气 N2 利用率利用率 6 完成课前学习 探究核心任务 1.下列有关合成氨工业的叙述下列有关合成氨工业的叙述，可用勒可用勒 夏特列原理来解释的是夏特列原理来解释的是( ) A.使用铁触媒使用铁触媒，使使N2和和H2混合气体有利于合成氨混合气体有利于合成氨 B.高压比常压条件更有利于合成氨的反应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左右比室温更有利于合成氨的反应 D.合成氨时采用循
7、环操作合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率可提高原料的利用率 解析解析 催化剂不影响平衡移动；合成氨采用催化剂不影响平衡移动；合成氨采用500 是综合考虑反应速率是综合考虑反应速率、转化率转化率 及催化剂的活性温度；采用循环操作与平衡移动无关及催化剂的活性温度；采用循环操作与平衡移动无关。 答案答案 B 自自 我我 检检 测测 7 完成课前学习 探究核心任务 (1) 从平衡常数来看从平衡常数来看，反应的限度已经很大了反应的限度已经很大了，还需要使用催化剂的原因是还需要使用催化剂的原因是 _。 (2)温度越低越利于合成氨平衡正向移动温度越低越利于合成氨平衡正向移动，工业合成氨采用工业合成氨采
8、用700 K，不采用低温操不采用低温操 作的理由是作的理由是_。 (3)试分析实际生产中采取试分析实际生产中采取700 K左右的温度的原因是左右的温度的原因是 _。 (4)压强越大越有利于合成氨平衡正向移动和提高反应速率压强越大越有利于合成氨平衡正向移动和提高反应速率，而实际采用的最高而实际采用的最高 压 强 为压 强 为 8.5107 1108Pa ， 不 采 用 更 高 的 压 强不 采 用 更 高 的 压 强 ， 其 原 因 是其 原 因 是 _。 2.合成氨反应为合成氨反应为 N2(g)3H2(g)2NH3(g) H92.2 kJ mol 1， ，K 6.6105 mol 2 L2。
9、。 8 完成课前学习 探究核心任务 答案答案 (1)为了加快化学反应速率为了加快化学反应速率，提高单位时间的产量提高单位时间的产量 (2)温度低时反应速率小温度低时反应速率小，单位时间内单位时间内NH3的产量低的产量低 (3)温度升高温度升高，不利于提高反应物的转化率不利于提高反应物的转化率，温度过低温度过低，反应速率小反应速率小，单位时间单位时间 内内NH3的产量低的产量低，并且在此温度时并且在此温度时，催化剂的活性最大催化剂的活性最大 (4)实际生产中实际生产中，应根据反应设备可使用的钢材质量及综合指标来选择压强应根据反应设备可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。采采 用更高的压强用更高的
10、压强，对设备和材料的要求越高对设备和材料的要求越高，需要的动力越大需要的动力越大，会增加投资和能量会增加投资和能量 消耗消耗，不经济不经济 9 完成课前学习 探究核心任务 A.15% B.30% C.35% D.75% 3.一定条件下，将一定条件下，将 10.0 mol H2和和 1.0 mol N2充入恒容密闭容器中，发生反应充入恒容密闭容器中，发生反应 N2(g) 3H2(g)2NH3(g)，并达到平衡状态，则，并达到平衡状态，则 H2的转化率可能是的转化率可能是( ) 解析解析 对可逆反应而言，任何一种物质都不能完全转化。利用对可逆反应而言，任何一种物质都不能完全转化。利用“极限法极限法
11、”，假设，假设 N2完全转化，则消耗的完全转化，则消耗的 H2的物质的量为的物质的量为 n(H2)3n(N2)3.0 mol，但事实上，但事实上，N2 是不可能完全转化的，因而消是不可能完全转化的，因而消耗的耗的 H2的物质的量一定小于的物质的量一定小于 3.0 mol，故，故 H2的转化的转化 率率 (H2) 3.0 mol 10.0 mol 100%30%。 答案答案 A 10 完成课前学习 探究核心任务 学习任务学习任务、工业生产中选择适宜生产条件的思路工业生产中选择适宜生产条件的思路 【情景材料情景材料】 11 完成课前学习 探究核心任务 利用氮气与氢气直接合成氨的工业生产曾是一个较难
12、的课题利用氮气与氢气直接合成氨的工业生产曾是一个较难的课题，1900年年，法国化学法国化学 家勒家勒 夏特列通过理论计算夏特列通过理论计算，认为氮气和氢气可以直接化合生成氨认为氮气和氢气可以直接化合生成氨。他在用实验他在用实验 验证过程中发生了爆炸验证过程中发生了爆炸，一个助手差点丧命一个助手差点丧命。他没有调查事故发生的原因他没有调查事故发生的原因，而是而是 觉得这个实验有危险觉得这个实验有危险，就放弃了就放弃了。同时间同时间，许多著名的法国化学家如泰纳许多著名的法国化学家如泰纳，德维德维 尔乃至贝托洛自己都在这项工作中失败了尔乃至贝托洛自己都在这项工作中失败了。1909年年，德国物理化学家
13、德国物理化学家F.哈伯用锇哈伯用锇 催化剂将氮气与氢气在催化剂将氮气与氢气在17.520MPa和和500600 下直接合成下直接合成，反应器出口得到反应器出口得到 6%的氨的氨。假如你是合成氨工厂的厂长假如你是合成氨工厂的厂长，你最关心什么呢你最关心什么呢？对整个生产过程有怎对整个生产过程有怎 样的要求样的要求？ 提示提示 提高单位时间内的产量以及原料的利用率提高单位时间内的产量以及原料的利用率，提高合成氨的效益提高合成氨的效益。 12 完成课前学习 探究核心任务 【名师点拨名师点拨】 1.分析化学反应的特点：从可逆性分析化学反应的特点：从可逆性、反应前后气体系数的变化反应前后气体系数的变化、
14、焓变三个角度分析焓变三个角度分析 。 2.根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响。 3.从速率和平衡的角度进行综合分析从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况再充分考虑实际情况，选出适宜的外界条件选出适宜的外界条件 。 外界条件外界条件 有利于加快反应速有利于加快反应速 率的控制率的控制 有利于平衡移动条件有利于平衡移动条件 的控制的控制 综合分析结果综合分析结果 浓度浓度 增大反应物浓度增大反应物浓度 增大反应物浓度增大反应物浓度、减减 小生成物浓度小生成物浓度 不断补充反应物不断补充反应物、及时及时 分离出生成物分离出生成物
15、13 完成课前学习 探究核心任务 压强压强 高压高压(有气有气 体参加体参加) V0 低压低压 兼顾速率和平衡、选取适宜的压强兼顾速率和平衡、选取适宜的压强 温度温度 高温高温 H0 高温高温 在设备条件允许的前提下在设备条件允许的前提下，尽量采取高温并选尽量采取高温并选 取催化剂取催化剂 催化剂催化剂 加合适的加合适的 催化剂催化剂 无影响无影响 加合适的催化剂，考虑催化剂活性与温度关系加合适的催化剂，考虑催化剂活性与温度关系 14 完成课前学习 探究核心任务 【典例典例】 关于工业合成氨的叙述中关于工业合成氨的叙述中，错误的是错误的是( ) A.在动力在动力、设备设备、材料允许的情况下材料
16、允许的情况下，反应尽可能在高压下进行反应尽可能在高压下进行 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的循环利用可提高其利用率的循环利用可提高其利用率，降低成本降低成本 D.及时从反应体系中分离出氨气有利于平衡向正反应方向移动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 解析解析 合成氨的反应为放热反应合成氨的反应为放热反应，温度越高温度越高，NH3的产率越低的产率越低，温度太高会影响温度太高会影响 催化剂的催化效果催化剂的催化效果。 答案答案 B 15 完成课前学习 探究核心任务 A.达到平衡后达到平衡后，加入加入N2，当重新
17、达到平衡时当重新达到平衡时，NH3的浓度比原平衡的大的浓度比原平衡的大，N2的的 浓度比原平衡的小浓度比原平衡的小 B.达到平衡后达到平衡后，升高温度升高温度，既加快了正既加快了正、逆反应速率逆反应速率，又提高了又提高了NH3的产率的产率 C.达到平衡后达到平衡后，缩小容器体积缩小容器体积，既有利于加快正既有利于加快正、逆反应速率逆反应速率，又有利于提高又有利于提高 氢气的转化率氢气的转化率 D.加入催化剂可以缩短达到平衡的时间加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率增大是因为正反应速率增大，逆反应速率逆反应速率 减小减小 变式训练变式训练 对于可逆反应对于可逆反应 N2(g)3H2
18、(g)2NH3(g)(正反应为放热反应正反应为放热反应)， 下列说， 下列说 法中正确的是法中正确的是( ) 16 完成课前学习 探究核心任务 解析解析 达到平衡后达到平衡后，加入加入N2，平衡正向移动平衡正向移动，达到新平衡后达到新平衡后，NH3的浓度会增大的浓度会增大 ，而而N2的浓度比原平衡的大；达到平衡后的浓度比原平衡的大；达到平衡后，升高温度升高温度，正正、逆反应速率都增大逆反应速率都增大， 但平衡逆向移动但平衡逆向移动，不利于不利于NH3的生成；达到平衡后的生成；达到平衡后，缩小容器体积即增大压强缩小容器体积即增大压强， 正正、逆反应速率都增大逆反应速率都增大，平衡正向移动平衡正向移动，又有利于提高又有利于提高H2的转化率；加入催化剂的转化率；加入催化剂 ，能同等程度地增大正能同等程度地增大正、逆反应速率逆反应速率，缩短反应达到平衡的时间缩短反应达到平衡的时间。 答案答案 C 17 本节内容结束
