高二化學(xué)課件：2.4《化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨》》（魯科版選修4）

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歡迎進(jìn)入化學(xué)課堂 第4節(jié)化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化 工業(yè)合成氨 1 認(rèn)識合成氨的化學(xué)原理 2 應(yīng)用化學(xué)平衡和化學(xué)反應(yīng)速率的有關(guān)知識選擇合成氨的條件 3 了解合成氨生產(chǎn)的主要流程 4 了解工業(yè)條件選擇的依據(jù)和原則 一 合成氨反應(yīng)的限度 1 自發(fā)性 常溫下能自發(fā)進(jìn)行 2 可逆性 反應(yīng)為可逆反應(yīng) 3 體積變化 正反應(yīng)是氣體體積的反應(yīng) 4 焓變 減小 H 0 2 合成氨反應(yīng)的限度 1 溫度 壓強(qiáng)將有利于化學(xué)平衡向生成氨的方向移動(dòng) 2 在一定溫度 壓強(qiáng)下 反應(yīng)物氮?dú)?氫氣的體積比為時(shí)平衡混合物中氨的含量最高 降低 增大 1 3 開放探究 1 合成氨工業(yè)生產(chǎn)中 為什么采用N2和H2物質(zhì)的量之比為1 2 8的投料比 提示 由于氮?dú)庠诖呋瘎┥系奈綖榭偡磻?yīng)中最難發(fā)生的步驟 即影響反應(yīng)速率的關(guān)鍵步驟 當(dāng)適當(dāng)提高氮?dú)獾谋壤?即N2和H2物質(zhì)的量之比為1 2 8時(shí)更能加快合成氨反應(yīng)的進(jìn)行 二 合成氨反應(yīng)的速率 三 合成氨的適宜條件1 合成氨反應(yīng)條件的選擇原則 1 盡量增大反應(yīng)物的 充分利用原料 2 選擇較快的 提高單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量 3 考慮設(shè)備和技術(shù)條件 轉(zhuǎn)化率 反應(yīng)速率 2 合成氨反應(yīng)的適宜條件 1 壓強(qiáng) 適宜條件 理論依據(jù) 壓強(qiáng)越大 要求動(dòng)力越大 對材料和設(shè)備的制造要求就越高 2 溫度 適宜條件 左右 理論依據(jù) 該溫度下催化劑的活性最高 反應(yīng)速率比較快 氨的含量也相對較高 3 催化劑 適宜條件 以為主的多成分催化劑 又稱 理論依據(jù) 加快反應(yīng)速率 700K 鐵觸媒 鐵 4 濃度 適宜條件 氮?dú)夂蜌錃獍捶謮罕然旌?理論依據(jù) 適當(dāng)提高氮?dú)獾姆謮?來提高氫氣的轉(zhuǎn)化率 5 其他為了提高原料的 未反應(yīng)的氮?dú)夂蜌錃?1 2 8 利用率 循環(huán)使用 開放探究 2 合成氨工業(yè)生產(chǎn)中 為什么采用未轉(zhuǎn)化的合成氣的循環(huán)使用 提示 合成氨反應(yīng)中 如果讓N2和H2的混合氣體只通過一次合成塔起反應(yīng)是很不經(jīng)濟(jì)的 應(yīng)將分離液氨后的未轉(zhuǎn)化的合成氣進(jìn)行循環(huán)使用 并及時(shí)補(bǔ)充N2和H2 使反應(yīng)物保持一定的濃度 有利于合成氨反應(yīng)的進(jìn)行 1 合成氨工業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展具有重要的意義 原合成氨需要20MPa 700K 用鐵做催化劑 最近美國俄勒岡大學(xué)的化學(xué)家使用了一種名為trans Fe DMeOPrPE 2的催化劑 常溫下用N2和H2合成了氨 下列有關(guān)說法正確的是 A 原合成氨是吸熱反應(yīng) 而新法合成氨為放熱反應(yīng)B 新法合成比原合成節(jié)約能源 具有很好的發(fā)展前景C 新法能在常溫下進(jìn)行是因?yàn)椴恍枰茐幕瘜W(xué)鍵D 加壓不利于新法合成氨 答案 B 2 從化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡兩方面考慮 合成氨應(yīng)采用的條件是 A 低溫 高壓 催化劑B 低溫 低壓 催化劑C 高溫 高壓 催化劑D 適當(dāng)溫度 低壓 催化劑解析 根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn) 外界條件對反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響及催化劑的活性進(jìn)行選擇 答案 C 3 使一定量的氮?dú)?氫氣合成氨 施加催化劑和高壓的反應(yīng)條件 下列敘述中正確的是 A 都能提高反應(yīng)速率 都對化學(xué)平衡狀態(tài)無影響B(tài) 都對化學(xué)平衡狀態(tài)有影響 都不影響達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間C 都能縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間 只有壓強(qiáng)對化學(xué)平衡狀態(tài)有影響D 催化劑能縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間 而壓強(qiáng)無此作用 解析 催化劑只能提高化學(xué)反應(yīng)速率 縮短反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)所用的時(shí)間 不能改變化學(xué)平衡狀態(tài) 對氮?dú)?氫氣合成氨的反應(yīng)來說 加壓既能加快化學(xué)反應(yīng)速率 又能使平衡狀態(tài)向生成氨的反應(yīng)方向移動(dòng) 加快了化學(xué)反應(yīng)速率 必然縮短了反應(yīng)達(dá)到平衡所用的時(shí)間 答案 C 化工生產(chǎn)選擇適宜條件的思路對于某一特定的實(shí)際反應(yīng) 選取適宜的外界條件的基本思路如下 1 從可逆性 反應(yīng)前后氣體系數(shù)的變化 焓變?nèi)齻€(gè)角度分析化學(xué)反應(yīng)的特點(diǎn) 2 根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)具體分析外界條件對速率和平衡的影響 從速率和平衡的角度進(jìn)行綜合分析 再充分考慮實(shí)際情況 選出適宜的外界條件 1 選取適宜的化工生產(chǎn)條件時(shí) 要運(yùn)用反應(yīng)速率和化學(xué)平衡移動(dòng)原理 同時(shí)考慮化工生產(chǎn)中的動(dòng)力 材料 設(shè)備 催化劑等因素的影響 綜合選取適宜條件 2 自然界中 生物固氮酶催化的作用 在常溫常壓下 將游離的N2轉(zhuǎn)化為化合態(tài)氮 因此防生固氮酶催化劑可大大提高N2轉(zhuǎn)化速率和效率 1 根據(jù)化學(xué)理論綜合分析 為了使二氧化硫盡可能轉(zhuǎn)化為三氧化硫 可控制的條件是 2 實(shí)際生產(chǎn)中 選定400 500 作為操作溫度 其原因是 3 實(shí)際生產(chǎn)中 采用的壓強(qiáng)為常壓 其原因是 4 在生產(chǎn)中 通入過量空氣的目的是 5 尾氣中有SO2必須回收是為了 思路點(diǎn)撥 解答本題注意以下兩點(diǎn) 1 抓住本反應(yīng)的反應(yīng)特點(diǎn) 2 把外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響和實(shí)際情況有機(jī)結(jié)合起來 從提高反應(yīng)速率考慮 合成SO3需要加入催化劑和升溫 加壓 從增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率方面考慮 合成SO3需低溫 加壓 通入廉價(jià)空氣 從表中數(shù)據(jù)和設(shè)備材料的要求以及催化劑的活性方面綜合考慮 選擇最適宜條件 答案 1 常壓 450 催化劑 2 在此溫度下催化劑的活性最高 3 在常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率就已經(jīng)很高了 97 5 若采用高壓 平衡能向右移動(dòng) 但效果并不明顯 比起高壓設(shè)備 得不償失 4 增大反應(yīng)物O2的濃度 提高SO2的轉(zhuǎn)化率 5 防止污染環(huán)境 解析 該反應(yīng)的特點(diǎn)是 正反應(yīng)是一個(gè)氣體體積縮小的吸熱反應(yīng) 根據(jù)化學(xué)反應(yīng)速率要盡量大的原理 需要升高溫度 增大壓強(qiáng) 使用正催化劑 根據(jù)平衡移動(dòng)原理 也是升高溫度 增大壓強(qiáng) 才有利于Z的生成 答案 A 1 2011 龍巖高二質(zhì)檢 合成氨工業(yè)中 常加熱到700K左右的溫度 理由是 適當(dāng)提高合成氨的反應(yīng)速率 提高氫氣轉(zhuǎn)化率 提高氨的產(chǎn)率 催化劑在700K時(shí)活性最大A B C D 解析 溫度對合成反應(yīng)的限度和速率的影響不一致 一般采用700K左右的溫度 主要是因?yàn)榇呋瘎┰?00K時(shí)活性最大 答案 D 2 2011 徐州高二質(zhì)檢 合成氨反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體體積減小的放熱反應(yīng) 合成氨工業(yè)的生產(chǎn)流程如下 關(guān)于合成氨工業(yè)的說法中不正確的是 A 混合氣進(jìn)行循環(huán)利用遵循綠色化學(xué)思想B 合成氨反應(yīng)須在低溫下進(jìn)行C 對原料氣進(jìn)行壓縮是為了增大原料氣的轉(zhuǎn)化率D 使用催化劑可以提高反應(yīng)的速率 但是不能使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)答案 B 3 不能用化學(xué)平衡移動(dòng)原理說明的事實(shí)是 A 合成氨在高壓下進(jìn)行是有利的B 溫度過高對合成氨不利C 使用催化劑能使合成氨速率加快D 及時(shí)分離從合成塔中出來的混合氣 有利于合成氨解析 合成氨反應(yīng)是放熱的 氣體體積減小的反應(yīng) 高壓 及及分離氨有利于平衡右移 溫度升高會使平衡向左移 不利于氨的合成 使用催化劑能加快化學(xué)反應(yīng)速率 但對化學(xué)平衡無影響 答案 C 4 根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)分析 當(dāng)前最有前途的研究發(fā)展方向是 A 研制耐高壓的合成塔B 采用超大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)C 研制耐低溫復(fù)合催化劑D 探索不用H2和N2合成氨的新途徑解析 在其他條件相同的情況下 使用催化劑可以使合成氨反應(yīng)的速率提高上萬億倍 答案 C 解析 1 醋酸二氨合銅吸收CO反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng) 降低溫度或增大壓強(qiáng)平衡向吸收CO的方向移動(dòng) 故應(yīng)采用低溫 高壓作為生產(chǎn)條件 2 放出CO的反應(yīng)應(yīng)采用高溫 低壓作為生產(chǎn)條件 答案 1 低溫 高壓 2 高溫 低壓 練考題 驗(yàn)?zāi)芰?輕巧奪冠 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全