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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,第二章化学反应的方向、限度与速率,第四节 化学反应条件的优化,工业合成氨,知识点一 合成氨反应的限度,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,1,分析合成氨反应的自发性。,已知：,N,2,(g),3H,2,(g),2NH,3,(g),H,92.2,kJmol,1,S,198.2,JK,1,mol,1,在,298,K,时，,H,T,S,92.2,kJmol,1,298,K(,198.2,10,3,)kJK,1,mol,1,33.1,kJmol,1,0,故该反应在,298,K,时能自发进行。,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,2,合成氨的条件。,该反应是正反应体积减小、放热、熵减的可逆反应，由化学平衡移动原理及影响平衡移动的条件知，合成氨的理想条件是：低温、高压。实验表明：在一定的温度和压强下，反应物,N,2,、,H,2,的体积比为,1,3,时，平衡混合物中氨的含量最高。,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,例,1,保持温度、压强不变，合成氨反应达到平衡状态时，进行如下操作，平衡不发生移动的是,(,),A,恒温、恒压时，充入,NH,3,B,恒温、恒容时，充入,N,2,C,恒温、恒压时，充入,He,D,恒温、恒容时，充入,He,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,解析：,本题考查浓度对化学平衡的影响。在恒温、恒压时,，向平衡体系中加入,NH,3,，,体系体积增大,，,由于加入的物质是生成物,，,实际上是等于减少了反应物的浓度,(,反应物的体积变大,，,而物质的量没变,),，,此时,，,正反应速率小于逆反应速率,，,平衡向左移,，,故,A,将发生移动。在恒温、恒容时,，,充入,N,2,使容器内压强增大。由于整个体系的体积不变,，,所以加入,N,2,后,，,反应物,N,2,的浓度增大,，,所以平衡向右移动。,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,故,B,发生移动。在恒温、恒压时,，,加入,He,，,使整个体系做等压膨胀,，,体积变大,，,He,虽然不参与化学反应,，,但由于体积的膨胀,，,而使平衡混合物中的,N,2,、,H,2,、,NH,3,的浓度都相应减小,，,结果,，,反应物浓度减小的程度比生成物浓度减小的程度大,，,此时正反应速率小于逆反应速率,，,平衡左移,，,故,C,发生移动。在恒温、恒容时,，,向体系中加入,He,，,使整个体系压强增大,，,但由,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,于,He,不参与反应,，,对于参加反应的物质而言,，,它们的物质的量和体积都没有变化,，,所以浓度没变,，,故,D,平衡不发生移动。,答案：,D,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,变式训练,1,可逆反应,3H,2,(g),N,2,(g),2NH,3,(g),H0,达到平衡后,，为了使,H,2,的转化率增大,，,下列选项中采用的三种方法都正确的是,(,D,),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,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,解析：,本题旨在考查影响化学平衡的外界因素的应用与分析。题目要求增大合成氨反应中氢气的转化率,，,就是在不增加氢气的情况下,，,改变合成氨反应的其他条件,，,使更多的氢气转化为氨。从化学平衡分析也就是使平衡向正反应方向移动。先分析温度的影响,，合成氨是放热反应，从理论上分析应采用尽可能低的温度，选项,A,、,C,中升高温度是错误的。合成氨反应前后都是气体物质,，,反应前气体体积比反应后气体体积更大,，,所以增大压强,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,会使平衡向气体体积减小的方向移动,，,即向正反应方向移动,，,选项,A,是错误的,，,其他选项中增大压强是正确的。有关浓度的影响,，,增大反应物浓度或减小生成物浓度,，,会使平衡向正反应方向移动,，,在合成氨反应中增加氮气和减少,(,分离出,),氨可以使反应向正方向移动。加入催化剂可加快反应,，,但对平衡移动无影响,，,选项,B,是错误的。,知识点二 合成氨的反应速率,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,1,由平衡移动的原理可知，合成氨要在高压和低温下才能得到较高的产率。但是高压条件对设备的要求高，而反应温度的降低势必延长达到化学平衡的时间，致使生产效率降低，失去了工业生产的意义。因此在寻找最佳的生产条件时，除了考虑反应的限度外，还需要研究哪些措施可以用来提高化学反应速率。,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,2,增大反应速率的方法：可以采用升高温度、增大压强、增大反应物,N,2,(,或,H,2,),的浓度及使用催化剂等措施来提高合成,NH,3,的反应速率。,3,浓度对化学反应速率的影响：从,v,kc(N,2,)c,1.5,(H,2,)c,1,(NH,3,),知，在一定的温度、压强下，化学反应速率与反应物浓度,c(N,2,),或,c,1.5,(H,2,),成正比关系，与生成物浓度,c(NH,3,),成反比关系。因此可以采用增大反应物浓度、减小生成物浓度来提高化学反应速率。,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,4,催化剂对化学反应速率的影响：加催化剂可以使反应的活化能从,335,kJmol,1,降低为,167,kJmol,1,，,=3.410,12,(700,K),表明，使用催化剂后可以使合成氨的反应速率提高上万亿倍，因为催化剂改变了反应的历程，降低了反应所需的活化能，增大了反应速率常数，大大提高了化学反应速率。,结论：从化学反应速率理论方面分析，增大反应物浓度、使用合适的催化剂、增大压强及升高温度都可以增大合成氨的反应速率。,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,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,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,解析：,本题考查运用平衡移动原理及化学反应速率理论来解决问题的实际应用能力。对于化学反应：,N,2,(g),3H,2,(g),2NH,3,(g),，,催化剂只能降低反应所需活化能,，,增大反应速率常数,，,提高反应速率,，缩短达到平衡状态所用时间，不能使化学平衡发生移动。高压能提高反应速率，使反应达到平衡状态所用时间缩短，也能使化学平衡向生成,NH,3,的方向移动。,答案：,C,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,变式训练,2,工业上合成氨时一般采用,700,K,左右的温度,，,其原因是,(,D,),提高合成氨的速率提高氨气的转化率提高氨的产率催化剂在,700,K,时活性最大,A,只有,B,C,D,解析：,从反应速率考虑,，温度越高，速率越快；但在合成氨中温度在,700,K,左右时,，,催化剂活性最好,，,更有利于提高合成氨的反应速率。,知识点三 合成氨适应条件,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,1,化学反应条件的优化。,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起着重要的作用，在实际生产中应当运用对立统一的规律，综合化学反应速率和化学平衡移动原理，既考虑反应的快慢,(,反应速率的大小,),，又考虑反应进行的程度,(,化学平衡,),。,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,在这个过程中还要坚持以下三个原则：,(1),既要注意外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性；,(2),既要注意温度、催化剂对反应速率影响的一致性，又要注意催化剂的活性对温度的限制；,(3),既要注意理论上的需要，又要注意实际生产的可能性。,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,2,对于某一特定的实际反应，选取适宜的外界条件的基本思路。,(1),从可逆性、反应前后条件系数的变化、焓变三个角度分析化学反应的特点。,(2),根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响；从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑。,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,例如，合成氨的工业生产：,压强：温度一定时，增大混合气体的压强对合成氨的速率和平衡都有利，但压强越大需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，一般采用,210,7,510,7,Pa,。,温度：从平衡的角度考虑，合成氨低温有利，但是温度过低反应速率变慢，需要很长时间才能达到平衡，很不经济，所以实际生产中，采用,500,左右的适宜温度,(,在此温度时催化剂的活性最大,),。,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,催化剂：为了加快反应速率，采用以铁为主体的铁催化剂。,浓度：不断地补充氮气和氢气，及时地分离出氨气。,例,3,合成氨的反应：,N,2,(g),3H,2,(g),2NH,3,(g),，在一定条件下已达到平衡状态。,(1),此时,_,相等，,_,保持不变，而,_,却仍在进行，因此化学平衡是,_,平衡。,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,(2),若降低温度，会使上述化学平衡向生成氨的方向移动，则正反应是,_,反应，生成,1,摩尔氨的反应热是,46.1,kJ,，则该反应的热化学方程式为,_,。,(3),合成氨时，选择,500,高温的目的是,_,。,(4),若反应容器的体积不变，原反应温度不变，而将平衡体系中的混合气体的浓度增大,1,倍，则上述平衡向,_,移动；若在平衡体系中加入氦气，则上述平衡,_,移动。,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,解析：,解决此问题的关键是：,(1),根据化学平衡状态的定义及特点可知,，,反应达到平衡状态时,，,正、逆反应速率相等,，,各反应物和生成物的浓度保持不变,，,而正、逆反应却仍在进行,，,因此化学平衡是动态平衡。,(2),由温度对化学平衡的影响可知,，,降低温度使化学平衡向正反应方向移动,，,则正反应一定是放热反应。由题意知,，,生成,2,mol,氨的反应热是,46.1,kJ,2,，,即,92.2,kJ,，,则合成氨反应的热化学方程式为,N,2,(g),3H,2,(g),2NH,3,(g),H,92.2,kJmol,1,。,(3),升高温度和加入催化剂都能加快反应速率,，,工业上用的催化剂在该温度时活性最大。,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,(4),若保持反应容器的体积和反应温度不变,，,将平衡体系中的混合气体的浓度增大,1,倍,，,其效果相当于增大体系的压强,，,根据压强对化学平衡的影响,，,可判断上述平衡应该向正反应方向移动；若在平衡体系中加入氦气,，,氦气不参与反应,，,由于反应容器的体积和反应温度都不变,，,氦气的加入只是增大了容器内总的压强,，并未改变反应体系的压强，因此氦气的加入对上述平衡没有影响即化学平衡不移动。,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,答案：,(1),正、逆反应速率各反应物和生成物的浓度正、逆反应动态,(2),放热,N,2,(g),3H,2,(g),2NH,3,(g),H,92.2,kJmol,1,(3),加快反应速率，工业上用的催化剂在该温度时活性最大,(4),正反应方向不,情景导入,课标点击,知识导学,典例精析,栏目链接,变式训练,3,在硫酸工业中,，,通过下列反应使,SO,2,氧化成,SO,3,：,2SO,2,(g),O,2,(g),2SO,3,(g),H,198,kJmol,1,。下表为不同温度和压强下,SO,2,的转化
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