化学反应条件的优化.doc

化学反应条件的优化工业合成氨班级 姓名 【学习目标】1、知道如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件。2、初步学会应用化学原理选择化工生产条件的思想和方法。【自主学习】一、合成氨反应的限度 1、合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)有什么特点(焓变、气体体积变化等)？2、合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。已知298 K时：H=-92.2 kJmol-1 S= -198.2 JK一1mol一1(1) 请你根据正反应的焓变和熵变分析计算298 K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、合成氨反应的速率已知在一定条件下，合成氨反应的速率与各物质的浓度关系为vkc(N2)c1.5(H2)c1(NH3)，而催化剂对合成氨反应的速率如下表，其中Ea为活化能。 条件 EakJmol一1 k(催)/k(无) 无催化剂335 3.41012(700 K) 使用铁催化剂167结合影响反应速率的因素,你认为通过哪些条件来提高合成氨反应的速率？【练习】1、 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)，H0. 欲提高CO的转化率可采用的方法是 ( )降低温度 增大压强 使用催化剂 增大CO的浓度 增大水蒸气的浓度A. B. C. D. 2、在一定条件下，合成氨反应的速率与各物质的浓度关系为vkc(N2)c1.5(H2)c1(NH3)，下列条件不能加快反应速率的是 ()A加入催化剂 B增大H2的浓度 C升高温度 D增大NH3的浓度我的疑惑:【合作探究】 合成氨的适宜条件 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催化剂温度压强【讨论】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、在合成氨工业中要使用催化剂,既然催化剂对化学平衡的移动没有影响,为什么还要使用呢？ 【当堂检测】1关于催化剂的叙述，正确的是( )A催化剂在化学反应前后性质不变B催化剂在反应前后质量不变，故催化剂不参加化学反应C反应物中的某些杂质能使催化剂失去活性，造成催化剂“中毒”D催化剂可以提高反应物的转化率2工业上合成氨一般采用700 K左右的温度，其原因是()适当提高氨的合成速率 提高H2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 D3下列有关合成氨工业的说法中，正确的是( )A. 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21075107Pa，因为该压强下催化剂铁的活性最大4某工业生产中发生反应：2A(g)B(g)2M(g) H0。下列有关该工业生产的说法正确的是()A工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成B若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B以提高A和B的转化率C工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高D工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高M的日产量5. 有平衡体系CO(g)2H2(g)CH3OH(g)，H0。为了增加甲醇的日产量，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6在N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H0的平衡体系中，当分离出NH3时，下列说法正确的是( )A平衡正向移动 B平衡逆向移动C平衡体系中NH3的含量增大 DN2的平衡转化率降低7可逆反应3H2(g) + N2(g) 2NH3(g)；H0，达到平衡后，为了使H2 的转化率增大，下列选项中采用的三种方法都正确的是( )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8、1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列是哈伯法的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是()A B C D9(12分)在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H198 kJmol1。(已知制SO3过程中催化剂是V2O5，它在400500 时催化效果最好)下表为不同温度和压强下SO2的转化率(%)：强压转化率温度1105 Pa1106 Pa5106 Pa1107 Pa450 97.5%99.2%99.6%99.7%550 85.6%94.9%97.7%98.3%(1)根据化学原理综合分析，从化学反应速率和原料转化率角度分析，生产中应采取的条件是_。(2)实际生产中，选定400500 作为操作温度，其_。(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_。【自我反思与提升】化学反应条件的优化工业合成氨 答案一、1.反应特点：可逆反应，正向H0，正向n(g)0 2.(1)HTS92.2kJmol1298K198.2JK1mol133.1kJmol10，故该反应在298K时能自发进行。(2) 低温,高压有利于化学平衡正向移动.适当提高N2浓度有利于提高H2转化率。二、升高温度 增大压强 增大反应物浓度 使用催化剂【练习】 1、C 2、 D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增大反应物的浓度增大反应物的浓度，减小产物的浓度不断的补充反应物，及时的分离出产物， N2 H2的物质的量之比1:2.8催化剂加合适的催化剂不需要铁做催化剂温度高温低温700K,考虑速率，催化剂的适宜温度(活性)压强高压高压在设备条件允许的前提下，尽量采取高压(11071108Pa)【讨论】1. 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，对材料的压强和设备的制造要求越高，一般采用21075107Pa2. 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很慢，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)。3. 为了加快反应速率，采用以铁为主的铁催化剂。【当堂检测】1.C 2.D 3.B 4.D 5.B 6.A 7.D 8、B9、答