鲁科版第四章第四节化学反应条件的优化学案

第四节化学反应条件的优化——工业合成氨学案学案编辑人:吕荣海2010.9学习目标：1.了解工业生产条件选择的依据和原则。2.认识合成氨的化学原理，逐步掌握用化学平衡和化学反应速率的有关知识选择合成氨的条件。学习重点：从反应速率与化学平衡分析合成氨的条件。学习方法：小组合作自主学习学习过程：【化学史实】弗里茨·哈伯与合成氨合成氨从第一次实验室研制到工业化投产经历了约150年的时间。德国科学家哈伯在10年的时间内进行了无数次的探索，单是寻找高效稳定的催化剂，2年间他们就进行了多达6500次试验，测试了2500种不同的配方，最后选定了一种合适的催化剂，使合成氨的设想在1913年成为工业现实。鉴于合成氨工业的实现，瑞典皇家科学院于1918年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖。选取适应的反应条件的依据1、2、一、合成氨的反应限度【交流研讨】合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。已知298K时：△H==一92．2kJ·mol-1△S=一198．2J·K一1·mol一1[来源:学科网ZXXK]1．请你根据正反应的焓变和熵变分析298K下合成氨反应能否自发进行。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.合成氨的反应速率【交流研讨】（1）、你认为可以通过控制哪些条件能提高合成氨反应的速率？（2）、请你根据关系式：ν=κc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3)，分析：各物质的浓度对反应速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？（3）、根据下表所给数据分析催化剂对合成氨反应速率的影响。三、合成氨的适宜条件【交流研讨】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压强温度催化剂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讨论:研讨的内容研讨结论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3、催化剂对化学平衡的移动没有影响，在合成氨工业中要不要使用催化剂，为什么？【小结】：合成氨适宜条件：【迁移应用】已知已知2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）△H＜0，其实验数据如下:条件Ea／kJ·mol-1k(催)/k(无)无催化剂3353.4×1012(700K)使用铁催化剂167不同条件下SO2的转化率0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa450℃97.598.999.299.699.7550℃85.692.994.997.798.3（1）.应选用的温度是，其理由是（2）.应选用的压强是，其理由是四四、、合合成成氨氨的的工工业业前前景景根据所学知识思考讨论合成氨工业的发展前景【小试身手】1、工业上合成氨时一般采用500℃左右温度，其原因是：①适当提高氨的合成速率，②提高H2转化率；③提高氨的产率；④催化剂在500℃时活性最大（）A、①B、①②C、②③④D、①④2、在合成氨工业中，实现下列目的的变化过程中与平衡移动无关的是（）A、为增加NH3的日产量，不断将NH3分离出来B、为增加NH3的日产量，使用催化剂C、为增加NH3的日产量，采用500℃左右的高温D、为增加NH3的日产量，采用2×107~5×107Pa的压强3、下列有关合成氨工业的说法中，正确的是（）A.从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，因为该压强下铁触媒的活性最大4、有平衡体系CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g），△H＜0。为了增加甲醇的日产量，从理论上来讲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5、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.①②③B.④⑤C.①⑤D.⑤6、在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)△H=－198kJ·mol-1。下表为不同温度和压强下SO2的转化率（%）1×1055×1051×1065×1061×10745097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3（1）从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫，可控制的条件是。（2）实际生产中，选定400℃~500℃作为操作温度其原因是。（3）实际生产中，采用的压强为常压，其原因是。（4）在生产中，通入过量空气的目的是。(5)尾气中有SO2必须回收是为了。