高中化学《化学反应进行的方向》学案4 新人教选修4

第四节合成氨条件的选择请求点击1 .了解合成氨的反应原理。 学习了应用反应速度和化学平衡原理分析、选择合成氨的适当条件。2、理解用化学理论选择化工生产条件的一般思路和方法。开始预习知识块合成氨条件的选择合成氨反应的原理是：这是气体的总体积，热反应。 从化学反应速度和化学平衡原理两方面来看，合成氨反应需要选择的适当条件是的双曲馀弦值。知识整理：(1)合成氨反应特点：N2 3 H22 NH3可逆反应正反应为发热反应；正反是气体总体积缩小的反应。(2)合成氨反应的条件：主要从化学反应速度和化学平衡两方面来看，合成氨的适宜条件是尽量加大化学反应速度，尽量提高平衡混合物中NH3的含量。压力： 20 MPa 50 MPa。 增大压力有利于加快化学反应速度，同时化学平衡可以向生成NH3的方向移动，有利于NH3的合成，因此理论上压力越大越好。 但是压力越大，所需动力越大，材料强度和设备制造要求也越高。 根据动力、材料、设备等条件，采用压力为20 MPa 50 MPa。温度： 5000C左右。 提高温度可以提高氨的合成速度，但合成氨的反应是发热反应，因此提高温度会降低平衡混合物中NH3的含量。 综合考虑，选择5000C左右的温度(另外，用于合成氨的催化剂在5000C左右活性最大)。催化剂：以铁为主体的多组分催化剂(铁催化剂)。 催化剂不影响化学平衡，但化学反应速度可大幅度加快，因此合成氨工业选择催化剂。其他：将生成的氨及时分离，补充N2和H2。 由于合成氨是可逆反应，即使在高温高压下转化率也不高，在实际生产中迅速分离NH3，使平衡向生成NH3的方向移动。 未反应的N2和H2循环使用，不断补充N2和H2，有助于合成氨反应。(3)氨合成的简单流程原料气的制备净化压缩合成分离液氨揭露难点难点1化工生产条件的选择已知1.2so2(g)o2(g)so3(g )是放热反应，其实验数据如下压力转化率温度不同条件下SO2的转化率10MPa50MPa100MPa500MPa1000MPa4500C97.598.999.299.699.75500C85.692.994.997.798.3(1)应选择的温度，其理由如下：(2)应选择的压力，其理由如下：【想法要点】根据表格的数据，提高温度会降低SO2的转化率，所以温度应该选择4500C。 增大压力，增大SO2的转化率，理论上应选择高压，但仔细分析转化率数据，10MPa下的转化率高达97.5%，但增大压力，必要的动力大，转化率增大的少，应选择10MPa【解答】(1)4500C，温度低，SO2转化率高(2)10MPa； 10Mpa时SO2的转化率已经很高，加压转化率的差别不大，选择常压节约动力，简化了设备。2 .在合成氨工业中，原料气体(N2、H2和少量CO、NH3混合气)一般在进入合成塔之前吸收原料气体中的CO，其反应如下 Cu (NH3 )2 ACC onh3 Cu (NH3 )3 acco (反应发热)(1)必须除去原料气体中的CO的理由是的双曲馀弦值。(2)醋酸二氨基铜(I )吸收CO的生产适合的条件如下。(3)吸收co的醋酸铜氨液经适当处理后再生，恢复吸收co的能力供循环利用。 醋酸铜氨再生生产的适宜条件是。【想法的要点】在合成氨工业中使用铁催化剂作为催化剂，但合成气体中混入少量的CO后，催化剂活性丧失而发生催化剂中毒，因此混合气体进入合成塔之前应该进行气体的净化。 乙酸二氨基铜(I )与CO的反应是正反应发热、气体总体积缩小的可逆反应，因此适合吸收CO生产的条件是低温高压。 适合再生吸收了CO的醋酸铜氨液的条件是高温低压。【解答】(1)防止催化剂中毒(2)低温高压(3)高温低压。难点解说：化工生产的根本要求是提高单位时间内的总产量，因此在选择反应条件时，不能只考虑反应速度和反应物的转化程度。 应综合考虑反应速度、化学平衡、动力、原料选择、产量和设备等多个方面。一般化工生产需要催化剂，选择反应温度需要考虑催化剂活性的压力时，选择必须考虑设备加压要求和加压动力成本的原料配比时，常采用加大廉价原料比例，提高其它反应物的转化率。难点2-关于合成氨反应的计算1.(高考科研问题)在一定温度、压力下合成氨反应达到平衡后，混合气中NH3的体积分数为25%。 如果反应前后的温度、压力不变，则反应后缩小的气体体积与原来的反应物体积之比为()a.1:5b.1:4c.1:3d.1:2【想法的要点】在同温、同压下，气体的体积之比等于气体物质的量之比。 平衡时混合气体的物质的量为100 mol时，NH3为25 mol，N2和H2的物质的量之和为75 mol，由反应方程式可知，生成25 mol NH3，气体的全部物质的量减少25 mol，因此反应前的气体的全部物质的量为125 mo，反应后缩小的气体【解答】a【解法】氨合成反应每消耗1molN2和3molH2生成2mol NH3，即生成NH3的量等于反应前后的差分，因此一般用差分法解决问题。2 .合成氨反应中，如果进入合成塔气体体积比为n 2h2NH3=6181，从合成塔出来的气体体积比为n 2h 2NH3=9278，则h 2的转化率为.【想法要点】将进入合成塔的N2、H2、NH3的物质的量分别设为6 mol、18 mol、1 mol，将反应转化的N2物质的量设为x时N2 3 H2 2 NH3开始量6mol 18mol 1mol变换量x 3x 2x平衡量6mol-x 18mol-3x 1mol 2x(6mol-x ):(18mo l-3x ):(1mol 2x )=9: 27:8解： x=1.5mol因此，转化H2的物质的量为4.5mol，H2的转化率为100%=25%【解答】25%【解法】只是物质的比例关系，在没有具体物质量的计算问题中，通过使用代入法可以简化计算过程。难点解说：合成氨反应的计算类型多，转化率、气压、密度、平均相对分子质量等物理量多。 在熟悉各种物理量的计算公式和相互关系的基础上，需要一定的计算技术，常用方法有差分法、保存法、平均值法、代入法等。激活思维巩固基础1 .在合成氨反应N2 3H22NH3中，在以下情况下，无法增大化学反应速度()a .氮气b .加入适当的催化剂c .降低压力，扩大容器体积d .适当升高温度2 .可逆反应X 2 Y 2 Z (吸热)中，x、y、z为三种气体，为了有利于z的生成而应采用的反应条件为()a .高温高压b .高温低压c .低温高压d .低温低压在N2(g) 3 H2(g)2 NH3(g ) (散热)的平衡系统中，分离NH3时，以下说法正确()a .正反应速度增大b .平衡向逆反应方向移动c .正反应速度大于反应速度d .逆反应速度减小时增大4.2摩尔气体a与3摩尔气体b在一定条件下反应： A(g) 3B(g)2C(g ) (发热)达到平衡时，b转化率为50%，a转化率为()A.50% B.40% C.30% D.25%5 .总压力为3.0107时，氮氢混合气体(体积比1:3 )流入合成塔，达到平衡时，压力下降到2.7107时，平衡时氨的体积分率为()A.11.1% B.30% C.25% D.20%6 .使v1l的H2和V2L的N2在一定条件下反应，达到平衡后，设混合气体的总体积为V3L (气体体积全部在相同条件下测定)，则生成NH3的体积为()A.(V1 V2 V3)L B.(V1 V2-V3)LC.(V1 V2-2V3)L D.V3-(V1 V2) L7 .以下事实中，无法用穿梭机的原理说明的是()a .温度过高不利于合成氨b .合成氨在高压下进行是有利的c .合成氨在高温下进行或添加催化剂时化学反应速度加快如果增大d.n2浓度，则能够提高平衡混合物中的NH3的含量8 .一氧化氮和一氧化碳是汽车尾气中的有害物质，其反应缓慢发生：2NO(g) 2CO(g)N2(g) 2CO2(g ) (正反应发热)计划利用该反应设计消除汽车尾气对大气污染的环境保护装置，以下方案能够提高尾气处理效果选择合适的催化剂提高装置的温度降低装置的压力在装置中加入碱石灰A. B. C. D. 9 .合成氨工业的主要反应是N2(g) 3H2(g) 2NH3(g ) (正反是放热反应)。(1)原料N2不能用空气代替，必须是纯N2。 H2来自水和焦炭，相关化学方程为：的双曲馀弦值。原料气体必须净化的原因是的双曲馀弦值。(2)为了在合成塔中合成氨，在高温、高压、有催化剂条件下进行，分析各反应条件的作用温度(5000C )。压力(5107Pa )催化剂(铁催化剂) 。高温(3)从合成塔出来的混合气体中含有15%的氨。 n2和H2的转化率相等时，转化率为。工业上用法分离氨。10 .在一定温度下在密闭容器中发生可逆反应： N2 3H2 2NH3达到平衡状态时，N2的转化率为20%，H2的转化率为50%，平衡时系统的压力是反应前的几倍？答案：9/11120%350%【详细解】:根据反应方程式，反应中转化的N2与H2的物质的量之比为1:3，因此开始时n(n2):(n2)=:1:1.2设开始时的N2为a mol、H2为1.2a mol，则如下所示N2 3 H2 2 NH3起始量(mol) a 1.2a 0转换量(mol) a20% 1.2a50%平衡量(mol) 0.8a 0.6a 0.4a在等温等情况下，气体压力之比等于气体物质的量之比p (平)pn (平)n(a 1.2a )摩尔(0.8a 0.6a 0.4a )摩尔119=的发展能力一氧化碳和氢能合成甲醇，反应： CO(g) 2H2(g)CH3OH(g ) (正反应发热)。 为了增加甲醇的单位时间产量，工厂应采取的正确措施是（）a .高温高压b .低温高压催化剂c .低温、高压d .合适温度、高压、催化剂2 .在一定温度下在密闭容器中填充1.0molN2和3.0molH2，反应达到平衡时，测定NH3的物质量为0.6mol。 如果设用该容器开始时的N2的物质量为2.0mol、H2为6.0mol，则平衡时的NH3的物质量为（）a .定容容器时，n(NH3)=1.2molb .设定容器时，n(NH3)1.2mol3 .在一定温度下，在某个密闭容器中发生可逆反应： CO(g) H2O(g)CO2(g) H2(g ) (正反应吸热)，达到平衡时，测定各物质为n mol。 希望H2的平衡浓度加倍，其他条件不