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第4节 化学反应条件的优化工业合成氨,第2章 化学反应的方向、限度与速率,学习目标定位 1.应用化学反应速率和化学平衡原理，会选择合成氨的适宜条件。 2.体会应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。,新知导学,达标检测,内容索引,新知导学,一、合成氨反应的限度、速率,1.合成氨反应的特点 合成氨反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)。已知298 K时：H92.2 kJmol1，S198.2 Jmol1K1。 (1)可逆性：反应为 反应。 (2)体积变化：正反应是气体体积 的反应。 (3)焓变：H 0，熵变S 0。 (4)自发性：常温(298 K)下，HTS 0，能自发进行。,可逆,缩小,2.提高合成氨反应速率和平衡转化率的条件比较,高压,高温,使用,高压,低温,无影响,高压,使用,增大,增大,降低,合成氨反应条件和选择依据 提高H2转化率的措施有降温、加压、增大N2浓度、降低NH3浓度。,解析 要使氢气的转化率增大，需使平衡向正反应方向移动，根据合成氨反应的特点，由于正反应为放热反应，需降低温度；正反应为气体总体积减小的反应，需增大压强；另外还可通过及时分离出部分氨气，减小生成物浓度的方法，促使平衡右移，故D项正确。,例1 可逆反应3H2(g)N2(g)2NH3(g) H0，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，减小压强，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,答案,解析,解析 对于化学反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)，催化剂只能降低反应的活化能，提高反应速率，缩短达到平衡状态所用的时间，不能使化学平衡发生移动。高压能提高反应速率，缩短达到平衡状态所用的时间，也能使化学平衡向生成NH3的方向移动。,例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,答案,解析,二、工业合成氨的适宜条件,1.工业合成氨的适宜条件,700 K,铁触媒,12.8,氨,2.问题讨论 (1)压强：目前我国合成氨厂一般采用的压强在11071108 Pa，不采用更高压强的理由是： 、_ _，因此选择压强应符合实际科学技术。 (2)温度：升高温度能提高化学反应速率，但工业合成氨温度不能太高的理由是 。 。,压强越大，对设备的要求越高,压缩H2和N2所需要,的动力越大,合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率降低,700 K催化剂活性最大，升高温度，催化剂活性减弱,合成氨反应条件和选择依据 工业生产中，必须从反应限度和反应速率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。,例3 下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是 A.使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨 B.高压比常压条件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.合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率,解析 催化剂不影响平衡移动；合成氨采用500 是综合考虑反应速率、转化率及催化剂的活性温度；采用循环操作与平衡移动无关。,答案,解析,知识总结,合成氨反应中，反应物的转化率并不高，如果让N2和H2的混合气体只一次通过合成塔起反应是很不经济的，应将分离NH3后的未转化的合成气进行循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度，有利于合成氨反应的进行。,(1)应选择的温度是_，理由是_ _。 (2)应采用的压强是_，理由是_ _。,例4 已知2SO2(g)O2(g) 2SO3(g) H”或“”)0。实际生产条件控制在250 、1.3104 kPa左右，选择此压强的理由是_ _。,答案,解析,在250 、1.3104 kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，经济效益低,解析 从图像来看，随着温度的升高，CO的转化率变小，故Hv正。图中t3时刻比原来的速率大，而且变化过程中v逆v正，说明平衡未被打破，所以应该是催化剂导致的。图中t4时刻的变化，v逆、v正都减小且v逆v正，所以不可能是温度的影响，应该是压强减小了，使平衡向逆反应方向移动了。,1,2,3,4,5,6,(2)t1、t3、t4时刻，体系中分别是什么条件发生了改变？_、_、_。 (3)下列时间段中，氨的百分含量最高的是_。 A.0t1 B.t2t3 C.t3t4 D.t5t6,答案,1,2,3,4,5,6,温度升高,加入催化剂,压强减小,A,
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