2010届高三化学合成氨条件

第四节合成氨条件选择导学案【课标解读】1．应用化学反应速率和化学平衡原理，选择工业合成氨的适宜条件。2．认识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中的重要作用。【自主学习】自学范围：课本P-P要求：理解合成氨的主要原理、原料、重要设备和流程，掌握应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。〖知识回顾〗1.写出下列方程式：①氮气、氢气合成氨②二氧化硫和氧气反应生成三氧化硫2．化学平衡移动原理（勒夏特列原理）：如果改变影响化学平衡的一个条件(如浓度、温度、压强等),平衡就向能够方向移动。3．影响化学反应速率的因素有内因（主要因素）和外因两个方面，内因是指参加反应的物质的性质，外因是指反应进行时所处的外界条件，如等。〖细品课本〗合成氨反应分析：压强温度催化剂浓度为增大合成氨的反应速率为提高平衡混合物中NH3的含量实际生产中【学习探究】〖小组讨论〗一、氮气与氢气合成氨的反应是一个可逆反应，生成氨的反应是__热、气体总体积______的反应。（一）从化学反应速率的角度看，__________________________都可以使合成氨的化学反应速率增大（二）从化学平衡的角度看，反应达平衡时平衡混合气中氨的含量随着温度的升高而________，随压强的增大而______。这说明温度、压强对这一反应的化学平衡有影响：____________________________。（三）在实际生产中，我国合成氨厂一般选用的压强在_______________之间。合成氨如果采用较低温度，虽然有利于增大平衡混合气中氨的含量，但温度过低，反应速率太小，要很长时间才能使反应达到平衡状态，这对生产十分不利。加入催化剂是为了_______________________，然而催化剂需要在一定的温度范围内才能表现出良好的催化活性。目前，合成氨工业普遍使用的是以_____________催化剂，这种催化剂又称为铁触媒。铁触媒在________________的活性最大。（四）合成氨的最佳条件是什么？你选择这样的条件的依据是什么？工业上合成氨的合适条件到底怎样？使用催化剂：这样可以大大化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益；选择合适的温度：500℃左右，该温度是为合成氨催化剂的；选择合适的压强：20MPa~50MPa，该压强下进行生产，对动力、材料、设备等来说正合适。二、从合成塔出口出来的含氨混合气中是否还有未反应的氮气和氢气？你认为应如何处理它？在实际生产中采用了_________，先通过冷凝把__________从合成塔出来的混合气中分离出来，余下未反应的_______混合气用_________重新送入_______进行反应，同时不断地补充新鲜的原料气，这样氨的合成就形成了一个___________，使氢气和氮气得到_________。〖问题思考〗1．请同学们分析工业生产主要要考虑哪些问题？首要：经济效益与社会效益基本要求：a、反应快；b、原料利用率高；c、单位时间内产量高2．参考：①生物中植物对氮的需求；②生物固氮的原理和条件；③理想的人工固氮条件;④化学模拟生物固氮设想合成氨的发展前景。〖典题精析〗例1．某条件下合成氨达平衡时氨的体积分数为25%，若反应前后条件保持不变，则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比是…………………………………………………………………………（）A．1/5B．1/4C．1/3D．1/2例2．恒温下，将amolN2与bmolH2的混合气体通入一个固定容积的密闭容器内，发生如下反应N2+3H22NH3（1）若反应到某时刻t时，n(N2)=13moln(NH3)=6mol求a的值。（2）反应到达平衡时，混合气体体积为716.8L（标况）其中NH3的含量（体积分数）为25%，计算平衡时NH3的物质的量。（3）混合气体中a:b=______（4）平衡混合气体中n(N2):n(H2):n(NH3)=_____〖当堂达标〗一、选择题1．在一定温度下，在定压容器a与定容容器b中，分别盛入体积比为1:3的N2和H2，开始时体积相同，达到平衡时,N2的转化率应该是………………………………………………………………………（）A．a大B．b大C．a、b一样大D．不一定2．对某一可逆反应来说，使用催化剂的作用是……………………………………………………（）Ａ．提高反应物的平衡转化率Ｂ．以同样程度改变正逆反应的速率Ｃ．增大正反应速率，减小逆反应速率Ｄ．改变平衡混合物的组成3．合成氨工业中，为实现增加NH3的日产量的目的而采取下列措施，其中与平衡移动无关的是……………………………………………………………………………………………………………（）A．不断将NH3分离出来B．使用催化剂C．采用500℃左右的高温D．采用2×107~5×107Pa的压强4．合成氨工业采用循环操作主要是因为……………………………………………………………（）A．加快反应速率B．能提高NH3的平衡浓度C．降低NH3的沸点D．提高N2和H2的利用率5．有平衡体系CO（g）+2H2（g）CH3OH（g）△H＜0为了增加甲醇的产量，应采取的正确措施为……………………………………………………………………………………………………………（）A．高温B．适宜的温度、高压、催化剂C．低温、低压D．高温、高压、催化剂6．用焦炭、空气、水为原料制备NH3，则参加反应的焦炭与产品之间的物质的量之比为………（）A．3：4B．3：2C．2：3D．1：27．下列事实不能用勒夏特列原理解释的是…………………………………………………………（）A．对盛在烧杯里的氨水加热，氨水中NH4+浓度减小B．对熟石灰的悬浊液加热使温度升高，悬浊液中Ca（OH）2固体的含量增加C．高压有利于合成氨的反应D．500℃比室温更有利于合成氨的反应二、填空题8．有密闭容器A和B，A保持恒压，B保持恒容，起始时向容积相等的A、B中分别通入体积比为2:1的等量的SO2与O2，发生2SO2+O22SO3的反应，并达到平衡，则（填、=、,逆、正或不变）（1）SO2的转化率α(A)____α(B)（2）起始时两容器的反应速率v(A)___v(B),反应过程中反应速率v(A)___v(B)（3）达到平衡时，分别通入等量的Ar气，A中平衡向____反应方向移动，B中的化学反应速率____三、计算题9．在一定温度下，向一个2L的真空密闭容器中事先装入催化剂，通入1molN2和3molH2，经过一段时间后，测得容器内压强为反应起始的0.9倍，在此时间内以H2表示的平均速率为0.1mol•L-1•min-1,则所经过的时间是多少？〖课堂小结〗【课后作业】一、选择题1．对于合成氨工业，只从提高原料转化率看，从下列条件中选择最适宜的组合是……………………………………………………………………………………………………………（）①高温②低温③低压④高压⑤催化剂⑥加氨⑦除氨A．②④⑤B．②④⑦C．①④⑤D．②③⑥2．在一定条件下，可逆反应N2+3H22NH3△H＜0达到平衡，当单独改变下列条件后，有关叙述错误的是………………………………………………………………………………………………………（）A．加入催化剂V正、V逆都发生变化，且变化的倍数相等B．加压，V正、V逆都增大，且V正增大的倍数大于V逆增大的倍数C．降温，V正、V逆都减小，且V正减少倍数小于V逆减少倍数D．体积不变加入氩气，V正、V逆都增且V正增大倍数大于V逆增大倍数3．合成氨所需的H2由炭和水蒸气反应制得，其中一步反应为CO+H2O（g）CO2+H2△H＜0，欲使CO的转化率提高，同时提高H2的产率，可以采取的措施是……………………………………………（）A．增大水蒸气的浓度B．升高温度C．增大CO浓度D．增大压强4．在一定温度和压强下，在密闭容器中充入H2、N2、NH3，开始时其物质的量之比为3：1：1，反应达平衡后，H2、N2、NH3的物质的量之比为9：3：4，则此时N2的转化率为……………………………（）A．10%B．20%C．15%D．30%5．在体积不变的容器中，2NH33H2+N2达到平衡时，NH3的转化率为50%，此时平衡混合气的密度与NH3未分解时的密度之比为………………………………………………………………………………（）A．1：1B．2：3C．3：2D．2：16．在密闭容器中进行如下反应已达平衡，N2+3H22NH3△H＜0，其他条件不变时，若将平衡混合物中各物质的浓度都增大到原来的2倍，则下列说法中正确的是……………………………………（）A．平衡不移动B．平衡向正方向移动C．平衡向逆反应方向移动D．再次达到平衡时NH3的百分含量不变7．在一定条件下，进入氨合成塔的混合气体中含N2的体积分数为22%，含H2的体积分数为78%，经过合成反应达到平衡后，在相同的温度和压强下，气体的体积缩小至原体积的95%，N2的转化率与下面接近的数值是……………………………………………………………………………………………………（）A．12.5%B．11.4%C．10.5%D．9%8．工业合成氨反应是700K左右进行的，这主要原因是……………………………………………（）A．700K时此反应速率最快B．700K时氨的平衡浓度最大Ｃ．700K时氨的转化率最高Ｄ．700K该反应的催化剂能发挥最大的作用9．下列所述情况表示合成氨反应达到平衡状态的是………………………………………………（）A．H2的消耗速率与NH3的生成速率之比为3：2B．混合气体的平均相对分子质量不再改变C．N2的生成速率与NH3的消耗速率之比为1：2D．密闭容器中H2、N2、NH3的物质的量之比为3：1：210．在一密闭容器中，用等物质的量的A和B发生如下反应：A(气)+2B(气)2C(气)反应达到平衡时。若混合气体中A和B的物质的量之和与C的物质的量相等，则这时A的转化率为…………………………………………………………………………………（）A．70%B．40%C．50%D．60%二、非选择题11．已知N2（g）+3H2（g）2NH3（g），2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）。这两个反应的正反应都是放热反应。回答下列问题：（1）从影响速率和平衡的因素分析，要有利于NH3和SO3的生成，理论上应采取的措施都是_______________________________________________，实际生产中采取的措施分别是________________________。（2）在实际生产合成氨过程中，要分离出氨气，其目的是________________________；而合成SO3过程中，不需要高压，原因是______________________________。（3）工业生产硫酸用处理尾气。12．在密闭容器内，使1molN23molH2混合发生下列反应：3H2+N22NH3△H＜0（1）当反应达到平衡时，N2和H2的浓度比是______。（2）保持体积不变，升高温度时，混合气体的平均式量_____，密度_____。（3）当达到平衡时，充入Ar气，并保持体积不变，平衡将_______移动。（4）当达到平衡时，充入Ar气，并保持压强不变，平衡将______移动。（5）当达到平衡时，充入N2并保持压强不变，平衡将________移动。（6）当达到平衡时，将c（N2）、c（H2）、c（NH3）同时增大1倍，平衡将____移动。13．合成氨反应，在一定条件下密闭容器中加入amolN2,bmolH2，达到平衡时生成cmolNH3，则消耗N2的物质的量为______,消耗H2的物质的量为_______，N2的转化率为_______，若反应过程中保持恒定体积，恒定温度，则平衡容器内压强是原压强的______倍，容器中剩余N2的物质的量为______mol。14．在400℃，1.01X105Pa时，将SO2和14molO2压入一个装有催化剂的VL密闭反应器中，发生2SO2+O22SO3的反应，并且在10min后达到平衡时，测