高中化学优质课 化学反应条件的优化——工业合成氨

2SO3 (g) ΔH＜0
使用的催化剂为五氧化二钒，其活性温度约450℃左右。专家认为该反应的转化
率高于93%时已可满足。请仔细分析表中的数据，指出氧化SO2应选取的合适的 温度和压强。
表1 常压下SO2转化率与温度的关系
温度/℃ 400 450 475 500 525 550 575 600 650 转化率/% 99.2 97.5 95.8 93.5 90.5 85.6 79.9 73.7 58.5
[研讨·总结]
目的 条件 选择
使NH3生产得快 (速率角度)
使NH3生产得多 (限度角度)
浓度
增大反应物浓度 增大反应物浓度 及时分离出氨 减小生成物浓度
压强
增大压强
增大压强
温度
升高温度
降低温度
催化剂
使用催化剂
无影响
问题：工业上合成氨的合适条件到底怎样？
采用氮气与氢气物质的量为1∶2.8的投
合 成
A. 延长反应时间 C. 充入过量N2
B. 充入过量H2 D. 升高温度
5.关于氨的合成工业的下列说法正确的是 （）
A.从合成塔出来的气体，其中氨一般占15%， 所以生产氨的工业的效率都很低
B.由于NH3易液化，N2、H2可循环使用，则 总的说来氨的产率很高
C.合成氨工业的反应温度控制在700K左右， 目的是使平衡向正反应方向进行
N2和H2(循环)
制取
净
压
合
分
原料气
化
缩
成
离
空气
(循环操作过程) 液氨
压缩液化 液态空气 蒸发 氧跟碳作用 CO2+N2 分离出CO2
N2(先逸出) N2
C+H2O====CO+H2 CO+H2O(g) 催化剂 CO2+H2
[学以致用]
在接触法制取硫酸时接触室内发生的反应为
2SO2(g)+O2(g)
3.在一密闭容器中，N2、H2合成氨的反应已 达到平衡。此时再往容器中通入一定量N2,保 持温度和容器体积不变，当反应再次达到平 衡时，与第一次平衡状态相比（ ）
Ａ. NH3的百分含量一定增大
Ｂ. NH3的浓度增大
Ｃ. H2的转化率提高 Ｄ. N2的转化率提高
4.在合成氨时，可以提高H2转化率的措施 是（ ）
2SO3 (g)
A.2体积SO2和足量O2反应,必定生成2体积SO3 B.其他条件不变,增大压强,平衡向右移动
C.平衡时, SO2消耗速率必定等于O2的生成速 率的两倍
D.平衡时, SO2浓度必定等于O2浓度的两倍.
课外作业
研究性学习课题
设想合成氨的发展前景
参考：①生物中植物对氮的需求； ②生物固氮的原理和条件； ③理想的人工固氮条件。
的 适
温度控制： 400～500 ℃
宜 条
压强选择：
常压
件
催化剂：
五氧化二钒
[交流·研讨]
工业合成氨：耗能，污染、低效、高成本。
生物固氮（根瘤菌） ：绿色、环保、高效、0成本
发展方向
⑴新型高效催化剂合成 ⑵化学模拟生物固氮
[课堂小结]
1、反应特点：可逆、低速、放热、缩小 浓度、压强—互惠性条件
2、适宜条件： 反应温度——矛盾性条件 催化剂———自利性条件
2.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
化学反应条件的优化 ——工业合成氨
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
[交流研讨]
对于合成氨反应
N2 + 3H2
2 NH3
在298K时有如下数据：
ΔH= - 92.2kJ·mol-1 ΔS= -198.2J·mol-1·k-1
平衡常数 K=4.1X106(mol·L-1)-2
键能 N≡N 946 kJ·mol-1 ; H-H 435.1kJ·mol-1 N-H 391kJ·mol-1
D.合成氨工业采用20 MPa～50MPa ，是因该 条件下催化剂的活性最好
6.工业上用氢气和一氧化碳气体在一定条件
下反应生产甲醇
CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)(正反应放热） 为了提高甲醇的产量，从理论上讲下列措施
中正确的是( )
A.高温高压
B.高温低压
C.低温低压
D.低温高压
7.对于反应: 2SO2(g)+O2 (g) 下列判断正确的是( )
表2 SO2的转化率与温度、压强的关系
压强 温度
0.1MPa
0.5MPa
1MPa
400℃
99.2
常99压.6
99.7
500℃
93.5 400℃9~6.59 00℃ 97.8
600℃
73.7
85.8
89.5
10MPa
99.9 99.3 96.4
问题：工业上合成SO3的合适条件到底怎样？
合 成
投料关系： 过量的空气
3、生产流程：造气—净化—压缩—合成—分离 新型高效催化剂合成
4、发展趋势： 化学模拟生物固氮
考场演兵
1.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.采用2×107～5×107Pa的压强 C.采用700K左右的温度而不是常温 D.使用催化剂
料比，及时分离 NH3 ;
氨
根据条件选择低、中、高压；跟动力、
的
材料、设备等配合;20MPa-30MPa
适 宜 条
温度控制在700K左右:该温度为合成氨 催化剂的活性温度 ;
件
铁作催化剂：使用催化剂能大大加快化
学反应速率，提高生产效率，也提高了
经济效益。
工业合成氨简易流程图
除去杂质气体、粉尘等， 防止催化剂“中毒”