2019学年高中化学第2章化学反应的方向限度与速率第4节化学反应条件的优化__工业合成氨学案鲁科版选修42
高中化学第2章化学反应的方向限度与速率第4节化学反应条件的优化教案鲁科版
第4节化学反应条件的优化——工业合成氨一、教材分析本章教材前三节教材内容安排的是化学反应的方向、限度与速率的理论知识，分别从化学热力学角度介绍化学反应方向的判据以及浓度、温度等外界条件对化学平衡的影响，从化学动力学角度介绍影响化学反应速率的因素并进行定量研究和理性分析。
而在实际生产中，从化学热力学角度实现高转达化率所需的条件往往与从化学动力学角度实现高速率所需的条件相互矛盾。
为了以较高速率获得适当的转化率，人们通常对这两方面的研究结果进行综合分析，即进行反应条件的优化。
本节内容就是对前两部分知识的综合应用，以工业合成氨为例探究化学反应条件优化的选择方法，体现化学反应的方向、限度、速率等理论在优化选择化学反应条件方面的作用，初步尝试利用理论分析化工生产中的实际问题，引导学生考虑合成氨生产中动力、设备、材料生产效率等因素；再结合生产中的数据向学生介绍合成氨的实际生产条件，对合成氨的适宜条件进行选择，使他们在解决实际问题的过程中提升对化学反应的价值的认识；课堂中通过“动手”“动脑”“动口”等师生互动的方法来完成教与学的任务，达成教与学的目标。
二、教学设计思路三、教学过程合成氨工厂为什么需要那么庞大而复杂的生产设备和特殊的生成条件呢？这就要求我们从动力学角度与化学平衡移动原理分析如何提高氨的产量。
【板书】化学反应条件的优化——工业合(g)【知识拓展】简单介绍我国合成氨工业的发展情况。
【知识前沿】化学模拟生物固氮根瘤菌，生物固氨。
常温常压下进行。
成本低、转化率高、效率高。
模拟生物的功能，把生物的功能原理用于化学工业生产过程。
结合理论依据和生产实际，适宜的合成氨条件为：铁催化剂，700K，根据反应器选择压强，氨气及时从混合气中分离出来，并且不断地向循环气中补充氮气、氢气。
(g)（1）应选用的温度是。
（2）应采用的压强是常压，理由是。
（3）在生产中，通入过量空气目的是。
（4）原料气必需净化的原因是。
(5)尾气中有SO2必须回收是为了。
2019高中化学第二章化学反应的方向、限度与速率2.4化学反应条件的优化——工业合成氨课件鲁科版选修4
一二三
二、合成氨反应的速率
1.浓度对合成氨反应速率的影响 由 v=kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3)知,合成氨反应的速率与氮气浓度的 1 次方 成正比,与氢气浓度的 1.5 次方成正比,与氨气浓度的 1 次方成反比。在反应 过程中,随着氨气浓度的增加反应速率会逐渐降低,因此为了保证足够高的 反应速率,应该适时将氨从混合物中分离出来。 2.催化剂对反应速率的影响 加入适宜的催化剂可以改变反应的历程,降低反应的活化能,从而增大 反应速率。在其他条件相同的情况下,使用催化剂可使合成氨的速率提高上 万亿倍。 3.温度 温度越高,合成氨反应进行得越快。
探究
探究工业合成氨的适宜条件 问题导引
1.实验研究表明,在特定条件下,合成氨反应的速率与参与反应的物质 的浓度的关系式为 v=kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3),请你根据该关系式分析,各物质 的浓度对反应速率有哪些影响?可以采取哪些措施来提高反应速率?
提示由合成氨反应的化学反应速率公式可知,在一定温度、压强 下,化学反应速率与反应物浓度[c(N2)或 c1.5(H2)]成正比关系,与生成物浓度 [c(NH3)]成反比关系。由此在一定温度、压强下,可采取增大反应物浓度、 减小生成物浓度来提高化学反应速率。另外还可采取升高温度,使用合适的 催化剂降低反应活化能来加快反应速率。
(2)在此温度时,催化剂的活性最大。
探究
名师精讲
1.合成氨最佳条件的分析与选择 (1)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 700 K 左右的温度。 此温度催化剂活性最强。 (2)压强: 增大压强,有利于提高反应速率,也有利于提高平衡混合物中氨的含量。 但压强越大,对设备材料、技术的要求就越高,生产成本也越高,综合考虑, 工业上采用的压强一般为 1×107~1×108 Pa。 (3)浓度: 理论上 n(N2)∶n(H2)=1∶3 时,平衡转化率最高,但实验表明当 n(N2)∶n(H2)=1∶2.8 时更有利于氨的合成。工业上通常采用 1∶2.8 的比例 投料,并且及时地分离出 NH3,促使平衡正向移动。 (4)催化剂: 催化剂不影响化学平衡,但能极大地加快反应速率,工业上一般采用铁 触媒作为合成氨的催化剂。
高中化学 第2章 化学反应的方向、限度与速率 2.4 化学反应条件的优化——工业合成氨课件9 鲁科版选修4
K12课件
20
【小结4】
K12课件
21
【小结·反思】
工业上利用某可逆反应生产产品：
一般要使用催化剂：这样可以大大加快化学 反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益；
选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大 的温度；
选择合适的压强：既要考虑化学反应速率和 化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。
K12课件
298K下合成氨反应的平衡常数K为４.１×１０６（mol·L-1)-2
K12课件
6
【交流·研讨2】
化学平衡角度
请利用化学平衡移动的知识分析什么 条件有利于氨的合成？
K12课件
7
数
据
一
压
强
对
氨
气
百
分
数
的
影
响
K12课件
8
数 据 NH3%
二 0.6
N2 0.5 H2 0.4
体
积 0.3
比 对
0.2
产 0.1
②但是压强越大，对设备的要求高、压缩 H2和N2所需要的动力大，因此选择压强应符合 实际科学技术。
综合以上两点:根据反应器可使用的钢
材质量及综合指标来选择压强。实际生产中
压强一般选择在200～50K012大课件气压之间。
16
2、温度怎么选择？
分析：
①因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度 有利于平衡正向移动。
（铁触媒），它在700K时活性最高。
K12课件
18
4、浓度怎么定？ N2 和H2的比例怎么定？
增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小 生成物的浓度可以使平衡正向移动。从化学平衡 的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3 时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2的 浓度，即N2和H2的物质的量比为1：2.8时，更能促 进氨的合成。
鲁科版高二第2章第4节化学反应条件的优化——工业合成氨
鲁科版（2019）高二选择性必修第一册第2章化学反应的方向、限度与速率第4节化学反应条件的优化——工业合成氨学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________一、单选题1．下列有关合成氨工业的说法正确的是A ．N 2的量越多，H 2 的转化率越大，因此，充入的N 2越多越有利于NH 3的合成B ．恒容条件下充入稀有气体有利于NH 3 的合成C ．工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行D ．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在常温时可自发进行2．一定条件下，将210.0 mol H 和21.0 mol N 充入恒容密闭容器中，发生反应22N (g)3H (g)+32NH (g)，并达到平衡状态，则2H 的转化率可能是（ ）A ．15%B ．30%C ．35%D ．75%3．合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。
对于密闭容器中的反应22N (g)3H (g)+32NH (g)，673 K 、30 MPa 下，n (NH 3)和n (H 2)随时间的变化关系如图所示。
下列说法正确的是（ ）A ．c 点处反应达到平衡B ．d 点(1t 时刻)和e 点(2t 时刻)处n (N 2)不同C ．其它条件不变，773 K 下反应至1t 时刻，n (H 2)比图中的d 点的值要大D ．a 点的正反应速率比b 点的小4．对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施加高压，下列叙述中正确的是 A ．都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响B ．都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用的时间C ．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化学平衡状态有影响D ．催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而压强无此作用5．工业上合成氨一般采用700 K 左右的温度，其原因是（ ）①适当提高合成氨的速率 ②提高H 2的转化率 ③提高氨的产率 ④催化剂在700 K 时活性最大 A ．①③B ．①②C ．②③④D ．①④6．下列关于工业合成氨的叙述错误的是（ ）A ．在动力、设备，材料允许的情况下，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C ．在工业合成氨中，N 2、H 2的循环利用可降低成本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7．在合成氨工业中，要使氨的产率增大，同时又能提高化学反应速率，可采取的措施有（ ）①增大容器体积使压强减小 ②减小容器体积使压强增大 ③升高温度 ④降低温度 ⑤恒温恒容，再充入等量的2N 和2H ⑥恒温恒压，再充入等量的2N 和2H ⑦及时分离产生的3NH ⑧使用催化剂 A ．②④⑤⑥⑦ B ．②③④⑤⑦⑧ C ．②⑤D ．①②③⑤⑧8．可逆反应N 2+3H 22NH 3(正反应是放热反应)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9．在某恒容密闭容器内。
高中化学第2章化学反应的方向限度与速率2.4化学反应条件的优化
高中化学第2章化学反应的方向限度与速率2.4化学反应条件的优化2、4 化学反应条件的优化-工业合成氨【教材分析】普通高中课程标准实验教科书化学反应原理（鲁科版）第2 章第4 节“ 化学反应条件的优化工业合成氨” 的内容是前三节“ 化学反应的方向” 、“ 化学反应的限度” 、“ 化学反应的速率” 的延续，是对前三节知识的综合应用。
合成氨工业对化学工业、国防工业和我国实现农业现代化具有重要意义，是重要的化学工业之一；同时氮气、氢气合成氨反应也是一个学生熟悉的、典型的平衡体系。
本节以合成氨反应为研究对象，有利于学生应用化学平衡理论和化学反应速率理论尝试综合选择化工生产的适宜条件，从而体会化学理论的学习对生产实践的指导作用。
【学情分析】学生在前面的学习中，对化学平衡理论和化学反应速率理论有了一定程度的认识。
经过高中一年的训练，学生善于质疑、主动思考、积极获取知识的学习习惯已基本养成，参与意识、合作意识已有较明显提高。
他们正处于生理的高速发展期，认识能力和知识水平都达到了较高的层次，他们正经历着从习惯于感性思维、形象思维向更加关注理性思维、抽象思维的转轨期，所以在教学中注意引导学生分析、讨论，使他们的认识过程从直观的体验和想象上升到理性的思维阶段。
【设计思想】根据本节内容，先让学生就合成氨反应的热力学、动力学问题分别进行讨论，再综合考虑工业生产中的各种因素，对合成氨反应的适宜条件进行选择。
将本节的教学过程分为三个环节：分别利用学过的化学平衡和化学反应速率理论讨论合成氨的适宜条件；综合考虑合成氨生产中动力、设备、材料、生产效率等因素，寻找工业合成氨的优化生产条件；展望合成氨的发展前景，拓宽学生的视野。
在讨论时注意问题设置的难度，利用平衡移动原理对反应转化率的探讨只局限在定性分析的水平上，而对于化学反应速率的研究则从半定量的角度进行。
【教学目标】知识与技能：1了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分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，认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要作用。
新教材高中化学第2章化学反应的方向限度与速率第4节化学反应条件的优化__工业合成氨课件鲁科版必修1
(3)加入催化剂,对合成氨的正逆反应的反应速率影响程度相同 ( ) 提示:√。加入催化剂,对正、逆反应的反应速率的影响相同。
三、合成氨生产的适宜条件 1.合成氨反应条件的选择原则: (1)尽量增大反应物的_转__化__率__,充分利用原料。 (2)选择较快的_化__学__反__应__速__率__,提高单位时间内的产量。 (3)考虑设备的要求和技术条件。
外界 条件
压强
有利于加快速 率的条件控制
高压(有气体 参加)
有利于平衡正向移动 的条件控制
ΔV(g) <0
高压
ΔV(g) >0
低压
综合分析结果
在设备条件允许的前提下, 尽量采取高压 兼顾速率和平衡,选取适 宜的压强
2.工业合成氨生产条件的选择: (1)合成氨生产的要求。 合成氨工业要求:①反应要有较快的反应速率。②要最大限度地提高平衡混合 物中NH3的含量。 (2)合成氨生产条件的选择依据。 ①化学反应速率和化学平衡原理的有关知识。 ②合成氨生产中的动力、材料、设备、生产成本等因素。
2.合成氨生产的适宜条件:
序号 1 2 3 4
影响因素 温度 浓度 压强
催化剂
选择条件 反应温度控制在_7_0_0__K_左右
N2、H2投料比_1_∶__2_._8_ 1×107～ 1×108 Pa
选择_铁__作催化剂
【巧判断】
(1)从合成塔出来的混合气体,NH3的含量较小,所以生产氨的工厂的效率都很低 ()
第4节 化学反应条件的优化——工业 合成氨
必备知识·素养奠基
一、合成氨反应的限度
1.反应原理
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH=-92.2 kJ·mol-1 ,
高中化学第2章化学反应的方向、限与速率第4节化学反应条件的优化4鲁科4鲁科4化学
探究点一 ：合成氨反应的限度、速率
交流·研讨1（课本Ｐ65页）
1． 合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)。已知 298 K 时：ΔH＝－92.2 kJ· m
ΔS＝－198.2 J· mol－1· K－1。请根据正反应的焓变和熵变分析 298 K 下合成氨反应能否自发进
答案 假设 ΔH 和 ΔS 不随温度变化，由 ΔH－TΔS＝－92.2 kJ·mol－1－T×(－198.2 J·mol－1·K－1)/1 000 J·kJ－1<0 能自发，得 T<465.2 K。故 298 K 下合成氨反应能自发 进行。
第二十二页，共二十九页。
角色转换 ： 假如你是一个工厂的厂长，对
工业生产你主要(zhǔyào)应考虑哪学反应限度
2.单位(dānwèi)时间内产率高
增大化学反应(huàxué fǎnyìng)速率
3. 未转化合成气(氮气和氢气)的循环使用.
4. 原料来源、价格。生产中的消耗能源、反应热的综合利用、 设备条件、综合经济效益、环境保护等因素。
No 正向移动。3. 未转化(zhuǎnhuà)合成气(氮气和氢气)的循环使用.。（D）采用2×107～5×107Pa的压强。B.由于氨
易液化，N2、H2在实际生产中是循环使用，所以总体来说氨的产率很高。因为常压下SO2
Image
12/11/2021
第二十九页，共二十九页。
应符合实际科学技术。
2． 温度： 700K
理由：
(1)因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于平衡正向移动。 但是温度
越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。 (2)主要原因为催化剂在该温度下活性最大。
精品高中化学第2章化学反应的方向限度与速率2-4化学反应条件的优化——工业合成氨教案
【最新】2019年高中化学第2章化学反应的方向限度与速率2-4化学反应条件的优化——工业合成氨教案教学目标知识与技能:1.了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分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，认识化学反应速率和化学平衡的控制在工业生产中的重要作用。
过程与方法:在化学反应的方向、限度、速率等理论为指导的基础上带领学生选择适宜的反应条件，引导学生考虑合成氨生产中动力、设备、材料生产效率等因素，寻找工业合成氨生产的最佳条件。
情感、态度与价值观:认识化学反应原理在工业生产中的重要作用，提升学生对化学反应的价值的认识，从而赞赏化学科学对个人生活和社会发展的贡献。
教学重点：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。
教学难点：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。
教学过程：【提问】影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些？【学生】回答【注意】催化剂只能改变化学反应速率，不能改变化学平衡状态。
【教师】今天这节课我们就看看如何利用化学反应的有关知识将一个化学反应实现工业化，我们以工业合成氨为例。
首先我们看看合成氨的有关背景。
【投影】展示弗里茨·哈伯的图像【投影】弗里茨·哈伯与合成氨合成氨从第一次实验室研制到工业化投产经历了约150年的时间。
德国科学家哈伯在10年的时间内进行了无数次的探索，单是寻找高效稳定的催化剂，2年间他们就进行了多达6500次试验，测试了2500种不同的配方，最后选定了一种合适的催化剂，使合成氨的设想在1913年成为工业现实。
鉴于合成氨工业的实现，瑞典皇家科学院于1918年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖。
【投影并讲解】【交流·研讨】P65。
2019年高中化学第2章化学反应的方向限度与速率第4节化学反应条件的优化
第4节化学反应条件的优化——工业合成氨学习目标：1.知道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。
(重点)2.初步学会应用化学原理选择化工生产条件的思想和方法。
(难点)[自主预习·探新知]1．合成氨反应的限度(1)反应原理N 2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·K－1·mol－1。
(2)反应特点：(3)影响因素①外界条件：降低温度、增大压强，有利于化学平衡向合成氨的方向移动。
②投料比：温度、压强一定时，N2、H2的体积比为1∶3时平衡混合气中氨的百分含量最高。
微点拨：合成氨反应中，为了提高原料转化率，常采用将未能转化的N2、H2循环使用的措施。
2．合成氨反应的速率(1)增大合成氨反应速率的方法(2)浓度与合成氨反应速率之间的关系在特定条件下，合成氨反应的速率与参加反应的物质的浓度的关系式为v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，由速率方程可知：增大N2或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于提高合成氨反应的速率。
微点拨：温度升高k值增加，会加快反应速率；同时加入合适的催化剂能降低合成氨反应的活化能，使合成氨反应的速率提高。
3．合成氨适宜条件的选择(1)合成氨反应适宜条件分析工业生产中，必须从反应速率和反应限度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转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。
(2)合成氨的适宜条件1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。
)(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，压强越大越利于反应速率加快和平衡正向移动。
( )(4)使用催化剂能提高合成氨反应物的平衡转化率。
( )[提示] (1)×合成氨反应ΔH＜0，ΔS＜0，ΔH－TΔS在低温小于0。
高中化学第二章化学反应的方向限度与速率第4节化学反应条件的优化__工业合成氨学案鲁科版选修
第4节化学反应条件的优化——工业合成氨1．了解合成氨反应的特点以及外部条件对合成氨反应的影响。
（重点）2．了解工业生产条件选择的依据和原则.3．知道化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域的重要作用。
授课提示:对应学生用书第39页知识点一合成氨反应的限度1．反应原理合成氨反应的化学方程式为：N2（g）＋3H2（g）2NH3（g) ΔH<0，ΔS<0。
2．影响因素（1）结合化学平衡移动规律可知,降低温度、增大压强，有利于化学平衡向生成氨的方向移动。
（2)在一定的温度和压强下,反应物中氮气和氢气的体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。
［自我诊断］在298 K时，合成氨反应的ΔH＝－92。
2 kJ·mol－1,ΔS＝－198。
2 J·K－1·mol－1,该温度下，合成氨反应能否自发进行？［提示］ΔG＝ΔH－TΔS＝－92。
2 kJ·mol－1＋298 K×0。
198 2 kJ·K－1·mol－1＝－33。
1 kJ·mol－1〈0，故能自发进行.知识点二外界因素对合成氨反应速率的影响1．浓度在特定条件下，合成氨反应的速率与参加反应的物质的浓度的关系式为v＝kc （N2）·c1。
5(H2）·c－1（NH3)，由关系式可知，增大N2或H2的浓度，降低NH3的浓度，都有利于提高合成氨的速率。
2．温度温度越高，反应进行得越快。
3．催化剂加入适宜的催化剂能降低合成氨反应的活化能,使化学反应速率提高上万亿倍。
4．压强压强越大，反应速率越快.［自我诊断］（1）工业合成氨压强越高越好.（×)（2）合成氨反应加入催化剂能增大产率.（×)知识点三合成氨的适宜条件1．合成氨反应条件的选择依据工业生产中,必须从反应速率和反应限度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转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。
高中化学第2章化学反应的方向、限与速率第4节化学反应条件的优化1鲁科4鲁科4化学
回顾(huígù)一段历史 ……
早在19世纪以前，为了满足人们对氮肥，含氮 的化合物日益增长的需求，英国(yīnɡ ɡuó)物理学 家克鲁克斯率先发出了“向空气中要氮肥”的 号召
克鲁克斯
实验室哈伯合成氨,1918年
诺贝尔化学奖
第三页，共十八页。
博施
实现(shíxiàn)工业
合成氨，1931 年诺贝尔化学 奖
①合成氨反应的特点是什么？
（1）反应 是 可逆反应。
（2）正反应是
放 热的。
（3）正反应是气体体积
减小的反应。
②采取哪些措施有利于提高(tígāo)合成氨反应的限度？
（1） 降低 温度；（2）
增大压强；
（3）增大 氮气、氢气 浓度，减小
氨气浓度
第七页，共十八页。
【哈伯—实验室合成氨的条件(tiáojiàn)】
3.反应 速率 (fǎnyìng)
哈伯 合成氨反应速率(sùlǜ)与反应物浓度关系：
ν=kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3)
条件
△ E /kJ/mol k(催)/k(无)
无催化剂
335
使用Fe催化剂 167
3.4×1012 (700K)
可增大合成氨反应速率的措施
（1） 升高 温度； （2） 增大压强； （3）增大 氮气、氢气浓度，减小 （4） 使用 催化剂
第八页，共十八页。
氨气浓度。
小结
外界条件
使NH3产率高
平衡分析
压强 温度 催化剂 反应物的浓度
高压
(gāoyā)
低温
(dīwēn)
无影响
矛盾
增大浓度
生成物氨气的浓度 减小浓度
高中化学第2章化学反应的方向、限与速率第4节化学反应条件的优化2鲁科4鲁科4化学
第十三页，共十九页。
例 已知2SO2(g)+O2(g)
题 其实验数据见表
2SO3 (g) △H＜0
(1) 应选用的温度是_4__5_0_℃_。
(2) 应采用的压强是_常__压___，理由是_因__为__常__压__下__SO2 _的__转__化__率__已__经__很__高__，__若__采__用__较__大__压__强__，__S_O_2_的__转__化__率___ 提高__很__少__，__但__需__要__的__动__力__更__大__，__对__设__备__的__要求更高。
请根据正反应的焓变和熵变分析298K下合
成氨反应能否自发进行？
只需要 估算 (
(xūyào)
即可)
第七页，共十九页。
知识 回顾】 【
(zhī shi)
化学反应速率
温度 压强
催化剂
温度(wēndù)越高，
反应速率越大
压强越大， 反应速率越大
正催化剂,
加快反应速率
浓度 浓度越大，
反应速率越大
化学平衡
升温， 平衡向吸热方向(fāngxiàng)移 动 增大压强，向气态物质系 数减小的方向移动
第十四页，共十九页。
知识(zhī shi) 收获
【本节收获 】 (shōuhuò)
合成氨的适宜(shìyí)条件
思想收获
第十五页，共十九页。
【当堂检测】
1. 氨的合成反应，生产中采用
(cǎiyòng)的适宜条件是（D
）
A、低温(dīwēn)、高压、适当的催化剂
B、高温(gāowēn)、常压
C、尽可能高温、高压
压强是______，理由是___________。B、高温、常压。A
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第4节化学反应条件的优化——工业合成氨学习目标：1.知道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。
(重点)2.初步学会应用化学原理选择化工生产条件的思想和方法。
(难点)[自主预习·探新知]1．合成氨反应的限度(1)反应原理N 2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·K－1·mol－1。
(2)反应特点：(3)影响因素①外界条件：降低温度、增大压强，有利于化学平衡向合成氨的方向移动。
②投料比：温度、压强一定时，N2、H2的体积比为1∶3时平衡混合气中氨的百分含量最高。
微点拨：合成氨反应中，为了提高原料转化率，常采用将未能转化的N2、H2循环使用的措施。
2．合成氨反应的速率(1)增大合成氨反应速率的方法(2)浓度与合成氨反应速率之间的关系在特定条件下，合成氨反应的速率与参加反应的物质的浓度的关系式为v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，由速率方程可知：增大N2或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于提高合成氨反应的速率。
微点拨：温度升高k值增加，会加快反应速率；同时加入合适的催化剂能降低合成氨反应的活化能，使合成氨反应的速率提高。
3．合成氨适宜条件的选择(1)合成氨反应适宜条件分析工业生产中，必须从反应速率和反应限度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转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。
(2)合成氨的适宜条件1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。
)(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，压强越大越利于反应速率加快和平衡正向移动。
( )(4)使用催化剂能提高合成氨反应物的平衡转化率。
( )[提示] (1)×合成氨反应ΔH＜0，ΔS＜0，ΔH－TΔS在低温小于0。
(2)×合成氨反应ΔH＜0，温度越低越利于平衡正向移动。
(3)√(4)×催化剂同倍数的加快正、逆反应速率，对转化率无影响。
2．工业上合成氨一般采用700 K左右的温度，其原因是( )【导学号：41722116】①适当提高氨的合成速率②提高H2的转化率③提高氨的产率④催化剂在700 K 时活性最大A．只有①B．①②C．②③④D．①④D[合成氨反应采用700 K左右的温度的原因是考虑反应速率和催化剂的活性。
]3．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( )【导学号：41722117】A．高温B．高压C．使用催化剂D．增大N2的浓度B[合成氨反应是气体系数减小的放热反应，据勒·夏特列原理可知高压利于提高N2的转化率。
][合作探究·攻重难]232SO 2(g)＋O2(g)催化剂△2SO3(g) ΔH＝－198 kJ·mol－1。
(已知催化剂是V2O5，在400～500 ℃时催化效果最好)下表为不同温度和压强下SO2的转化率(%)：[思考交流]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？[提示] 常压、450 ℃、催化剂。
2．在实际生产中，选定400～500 ℃作为操作温度，其原因是什么？[提示] 在此温度下催化剂的活性最高。
3．根据上表中的数据分析，制取SO3时为什么不采用高压？[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。
4．在生产中，通入过量空气的目的是什么？[提示] 增大反应物O2的浓度，提高SO2的转化率。
5．尾气中的SO2必须回收的目的是什么？[提示] 防止污染环境；循环利用，提高原料的利用率。
[对点训练]题组1 合成氨的适宜条件1．能够使合成氨反应进行的程度增大的措施是( )A．升高温度B．降低压强C．使用催化剂D．不断移去NH3D[降温、增压，不断减小生成物的浓度均利于合成氨反应的正向进行。
][教师备选]对于合成氨反应，达到平衡后，以下分析正确的是( )A．升高温度，对正反应的反应速率影响更大B．增大压强，对正反应的反应速率影响更大C．减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大D．加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大B[对于合成氨反应，增大压强，平衡向气体系数减小的方向移动，即v正＞v逆，故B 项正确。
]2．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在实际生产中是循环使用，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500 ℃，目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2×107～5×107Pa，因为该压强下铁触媒的活性最大B[A项，增大H2的浓度，H2的转化率减小；C项，温度控制在500 ℃的目的是催化剂活性最大；D项，压强采用2×107～5×107Pa是考虑对设备材料的要求。
]题组2 工业生产中反应条件的选择[教师备选]有平衡体系：CO(g)＋2H 2(g)CH3OH(g) ΔH<0，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．低温，低压D．高温，高压，催化剂B[该反应是一个正向放热，气体体积减小的反应，为增加甲醇的产量，需平衡正向移动，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。
]3．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催化剂△2SO3的说法中正确的是( )【导学号：41722118】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，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D[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，平衡向正方向移动，SO3中18O 含量增多，因为反应可逆，SO2中18O含量也增多，C错；D正确。
]4．某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g)2M(g) ΔH<0。
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D [工业上合成M 可能采用常压，如H 2SO 4工业中SO 3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。
]工业生产中选择适宜生产条件的原则[当 堂 达 标·固 双 基]1．NH 3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%D [合成氨反应为可逆反应，N 2和H 2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%。
]2．在一定条件下，可逆反应：N 2(g)＋3H 2(g)2NH 3(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D[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)。
]3．对于合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0，下列研究结果和图示相符的是( )11212NH3的体积分数应降低，故错误；B项由于此反应ΔH＜0，故升温平衡左移，N2的转化率降低，故错误；C项增大N2的量，会使正反应速率增大，使化学平衡右移，故正确；D项使用催化剂，能加快反应速率，缩短到达平衡的时间，故错误。
]4．合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。
工业合成氨生产示意图如图所示。
【导学号：41722119】(1)X的化学式为________。
(2)图中条件选定的主要原因是________(填字母编号)。
A．温度、压强对化学平衡的影响B．铁触媒在该温度时活性大C．工业生产受动力、材料、设备等条件的限制(3)改变反应条件，会使平衡发生移动。
如图表示随条件改变，氨气的百分含量的变化趋势。
当横坐标为压强时，变化趋势正确的是________，当横坐标为温度时，变化趋势正确的是______(填字母编号)。
[解析](1)原料气N2和H2经一定条件下的反应，生成的NH3(X)冷却后从设备中分离出来，同时尾气中含有的N2(Y)和H2(Y)进行循环利用。
(2)中A温度选择在500 ℃并不是从化学平衡的影响分析的，而是因为催化剂在此温度时活性大，而且还可以适当提高化学反应速率，压强选择20 MPa～50 MPa是从化学平衡理论分析的压强越大，平衡向生成NH3的方向移动，但不能过大，因为压强过大，对设备、材料的要求高，投资大，这样就不经济。
(3)中考查压强、温度对化学平衡的影响。
[答案](1)NH3(2)BC (3)c a。