（名师整合）【学案导学设计】2014-2015学年高中化学（同步讲练+学案）（全册打包57套）鲁科版选修4
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（名师整合）【学案导学设计】2014-2015学年高中化学（同步讲练+学案）（全册打包57套）鲁科版选修4,名师,整合,学案导学,设计,学年,高中化学,同步,打包,57,鲁科,选修
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- 1 - 【学案导学设计】 2014学反应条件的优化 工业合成氨（第 1 课时）同步讲练 鲁科版选修 4 目标要求 一、合成氨反应的限度 1合成氨的化学反应方程式 _。 2合成氨反应的特点 (1)它是一个 _反应。 (2)正反应是一个 _反应。 (3)正反应是气体体积 _的反应。 因此， _温度、 _压强将有利于化学平衡向生成 _的方向移动。在一定温度、压强下，反应物氮气、氢气的体积比为 13 时平衡混合物中氨的含量最高。 二、合成氨反应的速率 1速率方程：在特定条件下，合成氨反应的速率与参加反应的物质的浓度的关系式为：v 2) ( c 1(由速率方程可知： _2的浓度，减小 有利于提高合成氨反应的速率。 2温度升高时， 此升温有利于提高合成氨的速率。 3加入合适的催化剂能降低合成氨反应的活化能，使合成氨反应的速率提高上万亿倍。 三、合成氨的适宜条件 1合成氨反应条件的选择原理 工业生产中，既要考虑尽量增大反应物的 _，充分利用原料，又要选择较快的 _，提高单位时间内的产量。以上两点是选择反应条件的出发点，当二者发生矛盾时，要结合具体情况 具体分析，找出最佳的反应条件。 2合成氨反应的适宜条件 (1)压强 适宜条件 7 7 310 7 7 110 8 理论依据：压强越大，要求动力越大，对材料和设备的制造要求就越高。 (2)温度 适宜条件： _左右。 理论依据：该温度下催化剂的活性最高，反应速率比较快，氨的含量也相对较高。 (3)催化剂 适宜条件：以 _为 主的多成分催化剂。 理论依据：加快反应速率。 (4)浓度 适宜条件：氮气和氢气按物质的量之比 1混合，适时分离出氨气。 理论依据：适当提高氮气的分压，来提高氢气的转化率。 (5)其他 为了提高原料的 _，未反应的氮气和氢气循环使用并及时补充氮气和氢气。 3合成氨工业生产流程 - 2 - (1)原料气的制取 空气液化、蒸发分离出 2与碳作用生成 去 2。 水和燃料 (煤、焦炭、石油、天然气等 )在高温下制取。用天然气和水制 g)=高温 3O g) =催化剂 2)制得的 除杂质，再用压缩机压缩至高压。 (3)氨的合成：在适宜的条件下，在合成塔中进行。 (4)氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，提高原料的利用率，并将没有完全反应的 2循环送入合成塔，使其被充分利用。 4合成氨的发展前景 (1)寻找 _温度下合成氨的催化剂。 (2)研制出能承受 _且廉价的新材料。 (3)人工模拟生物固氮。 知识点 一 合成氨反应的限度 1能够使合成氨反应进行的程度增大的措施是 ( ) A升高温度 B降低压强 C使用催化剂 D不断移去 利用原料气在合成塔中合成 提高 ) A高温 B高压 C使用催化剂 D增大 知识点二 合成氨条件的选择 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 2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 4 2007年 10月 10日，德国科学家格哈德 埃尔特生日的当天获得了诺贝尔化学奖，以奖励他在表面化学领域做出的开拓性贡献。合成氨反应在铁催化剂表面进行时效率显著提高，就是埃尔特的研究成果。下列关于合成氨反应的叙述中，正确的是 ( ) A铁作催化剂可加快反应速率，且有利于平衡向合成氨的方向移动 B将氨从混合气中分离，可加快反应速率，且有利于平衡向合成氨的方 向移动 C升高温度可以加快反应速率，且有利于平衡向合成氨的方向移动 D增大压强可加快反应速率，且有利于平衡向合成氨的方向移动 5工业合成氨的反应是在 500 左右进行的，这主要是因为 ( ) A 500 时此反应速率最快 B 500 时 C 500 时 D 500 时该反应的催化剂活性最大 练基础落实 1关于工业合成氨的叙述中，错误的是 ( ) - 3 - A在动力、设备、材料允许的情况下，反应尽可能在高压下进行 B温度越高越有利于工业合成氨 C在工业合成氨中 低成本 D及时从反应体系中分离出氨气有利于平衡向正反应方向 移动 2在合成氨时，要使氨的产率增大，又要使化学反应速率增大，可以采取的措施有 ( ) 增大体积使压强减小 减小体积使压强增大 升高温度 降低温度 恒温恒容，再充入等量的 2 恒温恒压，再充入等量的 2 及时分离产生的 使用正催化剂 A B C D 3在 N2(g) 3H2(g) 2g) 平衡体系中 D 4在一定条件下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中 5%。若反应前后压强不变，则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值为 ( ) A 15 B 14 C 13 D 12 5对于合成氨的反应，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 题号 1 2 3 4 5 答案 练方法技巧 6在硫酸工业中，通过下列反应使 2g) O2(g) 2g) H 198 kJ 1。 (已知制 在 400 500 时催化效果最好 ) 下表为不同温度和压强下 %)： (1)根据化学理论综合分析，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 _。 (1) 实际生产中，采用的压强为常压，其原因是 _ _ 催化剂 高温、高压 催化剂 - 4 - _。 (2) 在生产中，通入过量空气的目的是 _ _。 (5)尾气中有 须回收是为了 _。 7根据碰撞理论，分子在发生反应时必须要进行有效碰撞。那些具有足够高能量，能发生有效碰撞的分子称为活化分子，要使普通分子成为活化分子所需最小能量称为活化能 (一定温度下气体分子中的活化分子百分数是一定的，而催化剂可以改变活化能的大小。如图表示 时， 合成氨反应的活化能的曲线图，据图回答： (1)若反应中生成 2 反应 _(填 “ 吸热 ” 或 “ 放热 ”)_ (2)在图中曲线 _(填 “a” 或 “b”) 表示加入铁触媒的能量变化曲线，铁触媒能加快反应速率的原理是 _ _。 (3)目前合成氨工业广泛采用的反应条件 500 、 20 50 触媒，反应转化率不超过 50%，工业上为了进一步提高氨气产率，你认为下列措施最经济可行的是 _。 A降低反应温度，让反应向着有利于氨气生成的方向进行 B升高温度，让更多的分子变成活化分子 C寻求能在更低的温度下有很强催化活性的新型催化剂 D寻求新型耐高压材料，将压强增大一倍 8在容积相同的密闭容器中，分别充入等量的氮气和氢气，在不同温度下发生反应： N2(g) 3H2(g) 2g)，并分别在不同的时间内测定其中 ，绘成图象如图所示，请回答： (1)A、 B、 C、 D、 定未达平衡的点是 _。 (2)此可逆反应的正反应是 _热反应。 (3)从化学反应速率和化学平衡的角度分析，并说明理由 _ _ _ _ _。 练综合拓展 高温、高压 催化剂 - 5 - 9下表的实 验数据是在不同温度和压强下，平衡混合物中 到平衡时平衡混合物中 体积分数 )入料 V( V( 1 3 (1)比较 200 和 300 时的数据，可判 断升高温度，平衡向 _方向移动，正反应方向为 _(填 “ 吸热 ” 或 “ 放热 ”) 反应。 (2)根据平衡移动原理，合成氨适宜的条件是 _。 A高温高压 B高温低压 C低温高压 D低温低压 (3)计算 500 ， 30 2的转化率 _。 (4)实际工业生产合成氨时，考虑浓度对化学平衡的影响，还采取了一些措施。请写出其中的一个措施： _ _ _ _。 10科学家一直致力于研究常温、常 压下 “ 人工固氮 ” 的新方法。曾有实验报道：在常温、常压、光照条件下， 掺有少量 面与水发生反应，生成的主要产物为 一步研究 分实验数据见下表 (光照、 0 5 应时间 3 h)： T/K 303 313 323 353 (10 6 应的热化学方程式如下： N2(g) 3l)=2g) 32O2(g) H 765.2 1 回答下列问题： (1)请画出上述反应在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图，并进行必要标注。 (2)与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应速率慢。请提出可提高其反应速率且增大 _ _。 (3)工业合成氨的反应为 N2(g) 3H2(g) 2g)。设在容积为 的密闭容器中充入 2(g)和 2(g)，反应在一定条件下达到平衡时， 为47。计算： 该条件下 高温、高压 催化剂 - 6 - 该条件下反应 2g) N2(g) 3H2(g)的平衡常数。 基础落实 一、 g) 3H2(g) 2g) 2 (1)可逆 (2)放热 (3)减小 降低 增大 氨 二、 三、 反应速率 2 (1) 低压 中压 高压 (2)700 K (3) 铁 (5)利用率 4 (1)较低 (2)高压 对点训练 1 D 合成氨的反应特点：体积减小的放热反应，增大压强或降低温度均可增大反应进行的程度，此外增大反应物浓度或减小生成物浓度也可达到目的。 2 B 由于合成氨 的反应是一个体积减少的反应，高压有利于平衡右移，提高 由于该反应为放热反应，高温平衡逆向移动， 用催化剂仅提高反应速率，不会使平衡发生移动；增大 平衡右移，但 3 B 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和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。 4 D 时作业 1 B 合成氨的反应为放热反应，温度越高， 度太高会影响催化剂的催化效果。 2 C 3 D 分离出 平 衡向正反应方向移动，故 v 正 v 逆 ， 状态下应是QK， B 项不正确；由于分离出 体系中 4 A 假设平衡时混合气体的物质的量为 100 5 反应方程式的差值关系得到反应中气体减少了 25 原气体为 125 5 C 6 (1)常压、 450 、催化剂 (2)在此温度下催化剂的活性最高 (3)在常压下 ，若采用高压，平衡能向右移动，但效果并不明显，比起高压设备，得不偿失 (4)增大反应物 高 (5)防止污染环境 解析 解答本题注意以下两点： 抓住本反应的反应特点。 把外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响和实际情况有机结合起来。 从提高反应速率考虑，合成 压；从增大反应物的转化率方面考虑，合成 压，通入廉价空气；从表中数据和设备材料的要求以及催化剂的活性方面综合考虑，选择最适宜条件。 7 (1)放热 92 (2)b 降低了合成氨反应的活化能 (3)C 解析 (1)由图中能量状态可知 量，故该反应为放热反应，且反应 3 600 508)92 高温、高压 催化剂 - 7 - (2)合成氨反应中，加入铁触媒后，由于改变了反应历程，使反应的活化能降低，从而加快了反应速率，故曲线 8 (1)(2)放 (3)度升高，反应速率加快，生成线是减函数曲线，此反应的正反应是放热反应，达到平衡后，温度升高，平衡向逆反应方向移动 ， 解析 (1)从图象中看出 明 A、 (2)达到平衡 (后，升高温度， 明此反应的正反应放热。 9 (1)逆反应 放热 (2)C (3)(4)加入过量的 析 根据表中的数据，当压强一定时，升温， 平衡向逆反应方向移动，即正反应为放热反应；当温度一定时，增大压强， 增大压强有利于平衡向正反应方向移动，故合成氨适宜的条件是低温高压。 (4)在 500 ， 30设转化的 x，则有 N2(g) 3H2(g) 2g) 起始体积 1 3 0 转化体积 x 3x 2x 平衡体积 1 x 3 3x 2x 24x 2x100% x 10 (1) (2)升温、增大 断移出生成物 (3) 0 3 2 解析 (1)催化剂能降低反应的活化能，改变反应的历程，使一个高能变过程变为几个能量相对低的过程，使反应易发生。要点是有催化剂时能量低而过
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