化学反应条件的优化

化学反应条件的优化

化学反应条件的优化——工业合成氨

级姓名

【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。

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。

【自主学习】

一、合成氨反应的限度

1、合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)有什么特点(焓变、气体体积变化等)？

2、合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。

已知298 K时：△H=-92.2 kJ·mol-1△S= -198.2 J·K一1·mol一1

(1) 请你根据正反应的焓变和熵变分析计算298 K下合成氨反应能否自发进行。

每一条河流都有自己的梦想——那就是奔向大海。 2

(2) 请你利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成。

二、合成氨反应的速率

已知在一定条件下，合成氨反应的速率与各物质的浓度关系为v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，而催化剂对合成氨反应的速率如下表，其中Ea为活化能。

条件Ea／

kJ·mol一1

k(催)/k(无)

无催化剂335 3.4×1012(700

K)

使用铁

催化剂

167

结合影响反应速率的因素,你认为通过哪些条件来提高合成氨反应的速率？

每一条河流都有自己的梦想——那就是奔向大海。 3

【练习】

1、合成氨所需要的氢气可由煤与水反应制得，其中有如下反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，△H﹤0. 欲提高CO的转化率可采用的方法是( )

①降低温度②增大压强③使用催化剂

④增大CO的浓度⑤增大水蒸气的浓度

A. ①②③

B. ④⑤

C. ①⑤

D. ⑤

2、在一定条件下，合成氨反应的速率与各物质的浓度关系为v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，下列条件不能加快反应速率的是()

A．加入催化剂B．增大H2的浓度C．升高温度 D．增大NH3的浓度

我的疑惑:

每一条河流都有自己的梦想——那就是奔向大海。 4

【合作探究】合成氨的适宜条件

根据合成氨反应的特点，应分别采取什么措施提高反应的平衡转化率和反应速率?请将你的建议填入下表。

外界条件有利于

增大速

率的条

件控制

有利于平

衡的条件

控制

综合分析结果

浓度

催化

剂

温度

压强

【讨论】

1、既然增大压强既可提高反应速率,又可提高氨的产量,那么在合成氨工业中压强是否越大越好?

2、既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动,那么生产中是否温度越低越好?

每一条河流都有自己的梦想——那就是奔向大海。 5

3、在合成氨工业中要使用催化剂,既然催化剂对化学平衡的移动没有影响,为什么还要使用呢？【当堂检测】

1．关于催化剂的叙述，正确的是

( )

A．催化剂在化学反应前后性质不变

B．催化剂在反应前后质量不变，故催化剂不参加化学反应

C．反应物中的某些杂质能使催化剂失去活性，造成催化剂“中毒”

D．催化剂可以提高反应物的转化率

2．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

每一条河流都有自己的梦想——那就是奔向大海。 6

A．只有①B．①②C．②③④D．①④

3．下列有关合成氨工业的说法中，正确的是

( )

A. 合成塔出来的混合气体。其中氨气只占13%－14%，所以生产氨的工厂的效率都很低

B. 由于氨易液化，氮气、氢气是循环使用的，总体来讲氨的产率比较高

C. 合成氨反应温度控制在500℃左右，目的是使化学平衡向正方向移动

D. 合成氨采用的压强是2×107~5×107Pa，因为该压强下催化剂铁的活性最大

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每一条河流都有自己的梦想——那就是奔向大海。7

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

5. 有平衡体系CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)，△H ＜0。为了增加甲醇的日产量，应该采取的正确措施是

( )

A. 高温、高压

B. 适宜的温度、高压、催

化剂

C. 低温、高压

D. 高温、高压、催化剂6．在N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)ΔH<0的平衡体每一条河流都有自己的梦想——那就是奔向大海。8

法正确的是

( )

A．平衡正向移动B．平衡逆向移动

C．平衡体系中NH3的含量增大D．N2的平衡转化率降低

7．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

每一条河流都有自己的梦想——那就是奔向大海。9