【全程复习方略】高中化学(鲁科版)选修四配套课件：2.4 化学反应条件的优化——工业合成氨

1×107Pa～1×108 Pa 。 设备和技术条件等，实际选择压强为___________________
(2)温度：高温有利于提高反应速率，低温有利于提高原料的转 700 K左右。 化率，还要考虑催化剂的活性，实际选择温度为____ 铁。 (3)催化剂：___ N2和H2 ，增大反应物浓度。 (4)浓度：①及时补充______
中，充分反应达平衡后测得N2的转化率为50%，此时放出热量 46.1 kJ，则该温度下反应的平衡常数为__________。
【思路点拨】解答本题时要注意以下两点：
(1)工业合成氨反应条件的选择综合考虑了反应速率和平衡转 化率两个因素； (2)分析实验条件的改变应注意图像中速率平衡移动情况的变 化。
4.在合成氨生产中，达到高转化率与高反应速率所需要的条件 有时是相互矛盾的。( √ )
分析：合成氨反应放热，要达到高转化率应低温，而温度太低
会使得反应速率太慢。 5.合成氨实际工业生产中反应物氮气和氢气的转化率相等。
( × )
分析：合成氨实际工业生产中，氮气与氢气的物质的量之比不 是1∶3，转化率不相等。
1.反应原理 合成氨反应的化学方程式为 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) _________________________, Δ H<0，Δ S<0。 2.影响因素 降低 温度、_____ 增大 压强，有 (1)结合化学平衡移动规律可知，_____
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。 _____
【解析】(1)选A、C。使用铁催化剂，能同等程度地加快正逆
反应的速率，但正逆反应速率仍相等，因而平衡不发生移动， 只是可以缩短达到平衡所需的时间，不能用平衡移动原理来解 释。由于合成氨的正反应是一个气体分子数减小的反应，所以 增大压强可以使平衡向着生成氨的方向移动，可以用平衡移动
原理解释。合成氨反应是放热反应，低温虽然可以提高氨气的
高温、高压
催化剂
2NH3。
(3)反应条件。
【特别提醒】合成氨的反应即使是在选择的适宜条件下，氨的
产率仍然很低，使原料不能充分利用。工业生产中，采用循环 操作的方法，及时将氨从反应混合物中分离出来，使原料气再 重新进入合成装置，提高原料利用率。
பைடு நூலகம்
【典例1】合成氨技术的发明使工业化人工固氮成为现实。
2 2 3
高 ，反应进行得越快。 2.温度:温度越___ 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。
三、合成氨的适宜条件 (1)合成氨的适宜条件是什么？ (2)合成氨的适宜条件的选择综合考虑了哪些因素？
1.合成氨反应条件的选择依据 反应速率 和_________ 反应限度 两个角度选择合成 工业生产中，必须从_________
转化率 ，充分利 氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的_______
产量， 用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的____ 同时还要考虑设备的要求和技术条件。
低温
氮气 高温
高压
循
环使用
浓度
分离氨
2.实际生产中合成氨的适宜条件 (1)压强：加压有利于提高反应速率和原料的转化率，但要考虑
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。 2.了解合成氨生产的主要流程。 3.了解工业生产条件选择的依据和原则。 4.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 究领域中的重要作用。
一、合成氨反应的限度
从化学平衡的角度分析合成氨反应为什么采用高压条件？从化 学平衡的角度分析高温有利于氨的合成吗？
(1)(双选)下列有关合成氨工业的叙述，不能用平衡移动原理 来解释的是_____。 A.使用铁催化剂有利于合成氨的反应 B.高压比常压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
D.使反应混合物中的氨液化有利于合成氨的反应
(2)已知工业合成氨
N2(g) +3H2(g)
2NH3(g)
产量，但是反应速率太慢，而温度太高虽能加快反应速率，但 却使平衡混合物中氨气的含量降低，因此工业生产一般采用
适宜的温度，既能加快反应速率又能适当维持平衡混合物中氨
气的含量，500 ℃左右铁催化剂的活性最高，因此此选项不能 用平衡移动原理来解释。将生成物氨气液化分离，降低了生成 物的浓度，将使平衡向生成氨的方向移动，有利于氨的生成， 可以用平衡移动原理来解释。
3 ，减小生成物浓度。 ②及时分离出NH ___
1.工业合成氨压强越高越好。( × ) 分析：压强太高对设备的要求高，会使得生产成本增加。
2.工业合成氨常将氨液化分离。( √ )
分析：将氨液化分离有助于化学平衡正向移动。 3.合成氨反应加入催化剂能增大产率。( × ) 分析：催化剂不会影响平衡移动，对产率没有影响。
二、外界因素对合成氨反应速率的影响 (1)合成氨反应的速率与哪些因素有关？ (2)合成氨时温度的控制考虑了哪些方面的因素？
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
增大 关系式为v=kc(N2)·c1.5(H2)·c-1(NH3)，由关系式可知，_____ 降低 N 或H 的浓度，_____NH 的浓度，都有利于提高合成氨的速率。
Δ H=-92.2 kJ·mol-1。
①一定温度下，在容积恒定的密闭容器中，一定量的N2和H2反 应达到平衡后，改变某一外界条件，反应速率与时间的关系如
下图所示，其中t2、t4、t7时刻所对应的实验条件改变分别是
t2______t4________t7______。
②温度为T ℃时，将2a mol H2和a mol N2放入0.5 L密闭容器
一、高压合成氨 1.合成氨工业的流程
原料气的制取 —净化—压缩—合成—分离— 液氨
原料气的制取 N2：液化空气，蒸发分离出氮气 H2：用水和燃料在高温下制取。如
高温 C+H2O(g) ==== CO+H2，CO+H2O(g) 高温 CO2+H2
====
2.氨的合成 (1)主要设备：合成氨塔。 (2)反应原理：N2+3H2