高中化学《化学反应条件的优化——工业合成氨》学案1 鲁科版选修4

第四节 化学反应条件的优化-工业合成氨 学习目标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、了解应用化学原理选择化工生产条件的适宜条件3、培养学生分析、解决问题的能力及对所学理论的应用能力。知识点1、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增大升高加入增加N2、H2的浓度为提高平衡混合物中NH3的含量增大降低实际生产中2050MPa700K左右铁触媒（700K左右时活性最大）使气态NH3变为液态NH3，并及时从平衡混合物中分离出去，及时补充N2和H2知识点2、合成氨适宜条件的选择：（1）反应特点： N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H=-92.2kJ/mol1 2 3 。（2）适宜条件： （1）适宜压强（ ） （2）适宜温度（ ） （3）使用催化剂（ ） （4）及时补充N2、H2并将NH3分离出来。知识点3、化学平衡的有关计算类型（1）浓度计算（2）转化率和产率的计算（3）压强和气体体积的计算（4）方程式中物质计量系数的确定。典题解析例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（）A1/5 B.1/4 C.1/3 D1/2解析 通过假设反应前N2、H2的物质的量，结合反应过程中转化率与化学方程式中计量系数的关系，列方程求算。设起始时H2为amol,N2为bmol，平衡时NH3为xmol，则3H2+N22NH3起始时： a b 0平衡后：a-3x/2 b-x/2 x依题意可得方程：x/(a-3x/2)+(b-x/2)+x=25%化简得：x/(a+b)=1/5答案：A变形题1： 在一定温度下，将2molN2和6molH2充入固定体积的密闭容器中，发生如下反应：N2（气）+3H2（气）2NH3（气），达到平衡后，若保持温度不变，令a、b、c分别为初始加入的N2、H2、NH3的物质的量，重新建立平衡，混合物中物质的量仍和上述相同。请填空：（1）若a=0,b=0，则c=_；（2）若a=1,c=2，则b=_；（3）a、b、c取值必须满足的一般条件是（用两个式子表示：其中一个只含a和c，另一个只含b和c）_、_；答案 （1）4 （2）3 （3）a+c/2=2 b+3c/2=6例2 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0.1molL-1min-1,则所经过的时间是多少？解析：设平衡时气体总物质的量为x，反应时间为t，因为在等温等容条件下，压强比等于物质的量的比，所以x/(1+3)=0.9 x=3.6所以 x=43.6=0.4N2+3H22NH3 n1 3 1 2 n 0.4 n=0.6mol所以 H2的浓度变化值为0.6mol/2L =0.3mol/LV(H2)=C(H2)/t=0.3/t t=3min答案：3min例3 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 _Aa大 B.b大 C.a、b一样大 D.不一定解析：设定容容器b中N2的转化率为，对定压容器a先进行等容操作，此时N2的转化率为，因为该反应为气体分子数减少的反应，则此时压强变小，为保持压强不变，需压缩气体增大压强，此时平衡向右移动，N2的转化率进一步增大。所以大，答案 ： A变形题1：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、=、 （2）=、 （3）逆、不变例4 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)=13mol n(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)=_解析：（1）t时刻时，NH3生成6mol N2+3H22NH3 1 3 2t时刻： 3 9 6平衡 ： 4 12 8所以：a=13+3=16（mol）（2）平衡时 n(NH3)=(716.825%)/22.4=8mol则由化学方程式知生成8molNH3需消耗N2 4mol H2 12mol最后剩余N2: 164=1