化學(xué)：2.4《化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化-工業(yè)合成氨》學(xué)案（魯科版選修4）

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1、 《化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨》 【課堂探究學(xué)案】 【合作探究】 1.利用平衡移動的知識分析什么條件有利于氨的產(chǎn)量？ 2.有人認(rèn)為：增大壓強(qiáng)，從化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡兩個方面都對合成氨有利，故可以盡可能地增大壓強(qiáng)。這種觀點(diǎn)正確嗎？請予以評價。 3.在一定的溫度和壓強(qiáng)下，合成氨的反應(yīng)，從開始反應(yīng)到氨氣的濃度不再增大，這一過程中，正反應(yīng)速率如何變化？逆反應(yīng)速率如何變化？為什么？簡述理由。 4學(xué)生合作分析合成氨反應(yīng)有哪些特點(diǎn)？ 5.“假設(shè)聘你為某合成氨工廠的技術(shù)顧問，你將為提高生產(chǎn)效益提供那些參考意見？”（從加快合成氨反應(yīng)速率和反應(yīng)限度兩個方面考慮）。

2、 填寫下列表格。 合成氨反應(yīng)條件的選擇 外界條件 從氨氣生成的快角度（即從化學(xué)反應(yīng)速率角度）分析 使氨氣生成得多的角度（即從 化學(xué)平衡的角度）分析 壓強(qiáng) 溫度 是否使用催化劑 學(xué)生展示互評，檢驗(yàn)推測的正確性。 【精講點(diǎn)撥】1.從反應(yīng)速率的角度，反應(yīng)要求在高溫下進(jìn)行有利于加快反應(yīng)速率；從化學(xué)平衡的角度，反應(yīng)要求在低溫度下進(jìn)行有利于平衡右移。如何解決這一矛盾？ 【精講點(diǎn)撥】2.資料表明，合成氨工業(yè)生產(chǎn)中，采用的條件一般是“20~50MPa、700K、鐵催化劑”。如何理解這一反應(yīng)條件的選擇？ 【小結(jié)】： - 1 - / 4 【例題1】合

3、成氨的溫度和壓強(qiáng)通?？刂圃诩s500℃和2107Pa～5107Pa的范圍，且進(jìn)入合成塔的N2、H2的體積比為1：3經(jīng)科學(xué)測定，在相應(yīng)條件下NH3的平衡濃度（體積分?jǐn)?shù)）如表所示： 壓強(qiáng) 2107Pa 5107Pa 氨氣的體積分?jǐn)?shù) 19.1％ 42.2％ 而實(shí)際從合成塔出來的混合氣體中含氨氣約為15％，這表明（ ） A 表中所測數(shù)據(jù)有明顯的誤差 B 生產(chǎn)條件控制不當(dāng) C 氨的分解速率大于預(yù)測值 D 合成氨反應(yīng)未達(dá)到平衡 【例題2】合成氨工業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展具有重要的意義。對于密閉容器中的反應(yīng)：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，673K、30MPa下，n(NH3)和n(

4、H2)隨時間的變化關(guān)系如下圖所示，下列說法正確的是 A． 點(diǎn)a的正反應(yīng)速率比點(diǎn)b的大 B． 點(diǎn)c處反應(yīng)達(dá)到平衡 C． 點(diǎn)d (t1時刻)和點(diǎn)e (t2時刻)處n(N2)不一樣 D． 其他條件不變，773K下反應(yīng)至t1時刻，n(H2)比上圖中的d點(diǎn)值要大 【變式探究】對于可逆反應(yīng)：N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) (正反應(yīng)為放熱反應(yīng))。下列說法中正確的是（ ） A．達(dá)到平衡時，NH3的生成速率等于NH3的分解速率 B．達(dá)到平衡時，反應(yīng)物和生成物的濃度一定相等 C．達(dá)到平衡時，若加入N2，在重新達(dá)平衡時，NH3的濃度比原平衡時增大，H2的濃度比原平衡時減小 D．達(dá)到

5、平衡時，若升高溫度，加快了吸熱反應(yīng)的速率，降低了放熱反應(yīng)的速率，所以平衡向逆反應(yīng)方向移動 【例3】合成氨工廠常通過測定反應(yīng)前后混合氣體的密度來確定氮的轉(zhuǎn)化率。某工廠測得合成塔中N2、H2混合氣體的密度為0.5536g/L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)，從合成塔中出來的混合氣體在相同條件下密度為0.693g/L(標(biāo)準(zhǔn)狀況)。求該合成氨廠N2的轉(zhuǎn)化率。 【變式探究】在一定條件下，將10.0mol H2和1.0 N2充入恒容密閉容器中，發(fā)生反應(yīng)N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)并達(dá)到平衡狀態(tài)，則H2的轉(zhuǎn)化率可能是（ ） A 15％ B 30％ C 35％ D 75％ 【課堂檢測】 1．下列有

6、關(guān)合成氨工業(yè)的敘述，可用勒夏特列原理來解釋的是 （ ） A．使用鐵觸媒，使N2和H2混合氣體有利于合成氨 B．高壓比低壓條件更有利于合成氨的反應(yīng) C．500℃左右比室溫更有利于合成氨的反應(yīng) D．合成氨時采用循環(huán)操作，可提高原料的利用率 2．工業(yè)上合成氨時一般采用500℃左右的溫度，其原因是 （ ） ⑴適當(dāng)提高氨的合成速率 ⑵提高H2的轉(zhuǎn)化率 ⑶提高氨的產(chǎn)率 ⑷催化劑在500℃時活性最大 A．只有⑴ B．⑴⑵ C．⑵⑶⑷ D．⑴⑷ 3．將H2和N2的混合氣體通入合成塔中，經(jīng)過1個小時達(dá)到平衡，此時N2、H2、NH3的濃度分別為3、7、4（單位均為mol/L），則以下敘述

7、正確的 （ ） ①N2的反應(yīng)速率為2mol/(Lh) ②H2的反應(yīng)速率為7 mol/(Lh) ③H2的起始濃度為13mol/L④N2起始濃度為2 mol/L ⑤H2的轉(zhuǎn)化率為46.2% A．①② B．②⑤ C．①③⑤ D．②④ 【課后延伸】 1．有平衡體系：CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)（正反應(yīng)為放熱反應(yīng)），為了增加甲醇的產(chǎn)量，工廠應(yīng)采取的正確措施是 （ ） A.高溫、高壓 B.適宜溫度、高壓、催化劑 C.低溫、低壓 D.低溫、高壓、催化劑 2．二氧化氮存在下列平衡：2NO2(g) N2O4(g)（正反應(yīng)為放熱反應(yīng)）。在測定NO2的相對分子質(zhì)量時，下列條件中較為適宜的是

8、 （ ） A、溫度130℃、壓強(qiáng)3.03105Pa B、溫度25℃、壓強(qiáng)1.01105Pa C、溫度130℃、壓強(qiáng)5.05104Pa D、溫度0℃、壓強(qiáng)5.05104Pa 3．合成氨所需的氫氣由煤和水發(fā)生反應(yīng)制得，其中一步反應(yīng)為： CO + H2O(g) CO2 + H2(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))。要使CO轉(zhuǎn)化率提高，（ ） A．增大H2O(g)的濃度 B．增大CO的濃度 C．降低溫度 D．增大壓強(qiáng) 4．一定溫度下某密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)：N2 +3H2 2NH3 ，達(dá)平衡后 ①保持容器體積一定，通入N2，平衡 移動。 ②保持容器體積一定，通入Ar，平衡 移動。 ③保持容器壓強(qiáng)一定，

9、通入Ar，平衡 移動。 ④保持容器體積一定，通入N2、H2、NH3，使?jié)舛榷甲優(yōu)樵瓉淼?倍，平衡 移動。 5．在一定條件下，1molN2和3molH2混合后反應(yīng)，達(dá)到平衡時測得平衡混合物的密度是同溫同壓下氫氣的5倍，則氮?dú)獾霓D(zhuǎn)化率是 。若在同一個容器中，在相同的溫度下，向容器中充入NH3，為使達(dá)到平衡時各成分的百分含量與上述平衡時相同，則起始時充入的NH3的物質(zhì)的量為 。 6.恒溫下，將amolN2與bmolH2的混合氣體通入一個固定容積的密閉容器中，發(fā)生如下反應(yīng)：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) （1）若反應(yīng)進(jìn)行到某時刻t時，nt（N2）=13mol，nt（NH3）=6mol，計算a的值。 （2）反應(yīng)達(dá)平衡時，混合氣體的體積為716.8L（標(biāo)準(zhǔn)狀況下），其中NH3的含量（體積分?jǐn)?shù)）為25%。計算平衡時NH3的物質(zhì)的量。 （3）原混合氣體與平衡混合氣體的總物質(zhì)的量之比（寫出最簡整數(shù)比，下同），n（始）∶n（平）= 。 （4）原混合氣體中，a∶b= 。 （5）達(dá)到平衡時，N2和H2的轉(zhuǎn)化率之比，α（N2）∶α（H2）= 。 （6）平衡混合氣體中，n（N2）∶n（H2）∶n（NH3）= 。 希望對大家有所幫助，多謝您的瀏覽！