2020年高中化学同步学案：《化学反应条件的优化—工业合成氨》(鲁科版选修4).docx

化学反应条件的优化——工业合成氨
学习目标
1．理解如何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．了解应用化学原理选择化工生产条件的思维和方法。
学问梳理
1．合成氨条件的选择]
合成氨反应式____________________；
反应特点__________________________________________；
速率方程_______________________________

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

※2. 合成氨工业
（1）原理__________________________
（2）生产过程包括造气、净化、合成氨三部分。
① 造气：N2来自于___________________，H2__________________________。
② 净化的目的____________________________________；
③ 合成氨包括_____________、_______________、________________等。
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1．方法导引
以合成氨为例把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）从实际生产力气分析（如设备的承温承压力气）
总之，实际化工生产中受诸多因素的影响，必需综合分析选出适合工厂生产的最适宜条件。
2．例题解析
例1．可逆反应3H2(g) + N2(g) 2NH3(g)；△H＜0，达到平衡后，为了使H2 的转化率增大，下列选项中接受的三种方法都正确的是（ ）
A．上升温度，降低压强，增加氮气 B．降低温度，增大压强，加入催化剂
C．上升温度，增大压强，增加氮气 D．降低温度，增大压强，分别出部分氨
解析：本题要求增加合成氨反应中氢气的转化率，就是在不增加氢气的状况下，转变合成氨反应的其他条件，使更多的氢气转化为氨。从化学平衡分析也就是向正反应方向移动。先分析温度的影响，合成氨是放热反应，从理论上分析应接受尽可能低的温度，选项A、C中上升温度是错误的。合成氨反应前后都是气体物质，反应前气体体积比反应后气体体积更大，所以增加压强会使平衡向着气体体积减小的方向进行，即向正反应方向移动，选项A是错误的，其他选项中增大压强是正确的。有关浓度的影响，增加反应物浓度或减小生成物浓度，会使平衡向着正反应方向移动，在合成氨反应中即是增加氮气和削减（分别出）氨是正确的选项。加入催化剂可加速反应的进行，但对平衡移动无影响，选项B是错误的。所以只有选项D是正确的。
答案：D
例2．在容积相同的不同密闭容器中内，分别充入同量的N2和H2，在不同温度下，任其发生反应：3H2 + N2 2NH3，并分别在t0秒时测定其中NH3的体积分数[x(NH3)]，绘成如图的曲线。
（1）A、B、C、D、E五点中，尚未达到
化学平衡状态的点是_____________。
（2）此可逆反应的正反应是____热反应。
（3）AC段曲线是增函数，CE段曲线是减函数，
试从化学反应速率和化学平衡角度说明理由。
解析：C点左侧因x(NH3)不断增大，所以反应尚未达到化学平衡，即图中A、B点为尚未达到化学平衡的点。C点则为刚好达到平衡的点。右侧则以化学平衡移动为主，因升温，NH3的体积分数渐渐降低，平衡向左移动，所以正反应为放热反应。
答案；（1）A、B （2）放热