第八講化學反應條件的優化——工業合成氨
知識與技能：
１.了解如何應用化學反應速率和化學平衡原理分析合成氨的適宜條件；
２.了解應用化學反應原理分析化工生產條件的思路和方法，體驗實際生產條件的選擇與理論分析的差異；
３通過對合成氨適宜條件的分析，認識化學反應速率和化學平衡的控制在工業生產中的重要作用。
過程與方法：
在化學反應的方向、限度、速率等理論為指導的基礎上帶領學生選擇適宜的反應條件，引導學生考慮合成氨生產中動力、裝置、材料生產效率等因素，尋找工業合成氨生產的最佳條件。
情感態度與價值觀：
認識化學反應原理在工業生產中的重要作用，提公升學生對化學反應的價值的認識，從而讚賞化學科學對個人生活和社會發展的貢獻。
教學重難點：應用化學反應速率和化學平衡原理選擇合成氨的適宜條件。
教學過程：n2(g) + 3h2(g) 2nh3(g) △h ＝-92.2kj/mol
(1體積) (3體積2體積)
①可逆反應 ②熵減小的反應 ③正反應氣態物質係數減小 ④正反應是放熱反應
化學反應條件的優化——工業合成氨
一、合成氨反應的限度
二、合成氨反應的速率
ν =κc(n2)c1. 5(h2)c—1(nh3)
三、合成氨的適宜條件
1、一般要使用催化劑：這樣可以大大加快化學反應速率，提高生產效率，也提高
了經濟效益；
2、選擇合適的溫度：該溫度是催化劑活性最大的溫度；
3、選擇合適的壓強：既要考慮化學反應速率和化學平衡，還要考慮動力、材料、
裝置等。
請利用化學平衡移動的知識分析什麼條件有利於氨的合成。p65
【分析】1、壓強怎麼選？
①合成氨反應是氣態物質係數減小的氣體反應，增大壓強既可以增大反應速率，又能使平衡正向移動，所以理論上壓強越大越好。
②但是壓強越大，對裝置的要求高、壓縮h2和n2所需要的動力大，因此選擇壓強應符合實際科學技術。
2、溫度怎麼選擇？
① 因為正反應方向是放熱的反應，所以降低溫度有利於平衡正向移動。
② 可是溫度越低，反應速率越小，達到平衡所需要的時間越長，因此溫度也不宜太低。
③ 催化劑要在一定溫度下催化活性最大。
綜合以上因素:實際生產中溫度一般選擇在700k左右（主要考慮催化劑的活性）。
3、用不用催化劑？
經濟效益和社會效益要求化學反應速度要快， 原料的利用率要高，單位時間的產量要高。
實際生產中選用鐵為主體的多成分催化劑（鐵觸媒），它在700k時活性最高。
4、濃度怎麼定？ n2和h2的比例怎麼定？
增大反應物的濃度可以增大反應速率，減小生成物的濃度可以使平衡正向移動。從化學平衡的角度分析，在氮氣和氫氣的物質的量比為1：3時，平衡轉化率最大，但是實驗測得適當提高n2的濃度，即n2和h2的物質的量比為1：
2.8時，更能促進氨的合成。
實際生產中的處理方法：及時將氣態氨冷卻液化分離出去；及時將氮氣和氫氣迴圈利用，使其保持一定的濃度。
【投影】研討的結果
工業上利用某可逆反應生產產
1、一般要使用催化劑：
這樣可以大大加快化學反應速率，提高生產效率，也提高了經濟效益；
2、選擇合適的溫度：該溫度是催化劑活性最大的溫度；
3、選擇合適的壓強：既要考慮化學反應速率和化學平衡，還要考慮動力、材料、裝置等。
工業製造硫酸的主要反應為:
2so2(g) + o2(g) === 2so3(g) △h=-197.8 kj/mol ①
so3(g) + h2o(l) === h2so4 (aq) ②
反應①的平衡常數k隨溫度公升高而減小.
所用催化劑的主要成分為v2o5(6％-12％) 、k2so4(17％-20％) 、sio2(50％-70％),能使催化劑中毒的物質有砷、硒、氟等.
請根據以上資訊討論二氧化硫氧化反應的工藝條件(溫度 、壓強、原料氣配比等)對工業生產硫酸的影響.
【投影材料】已知2so2(g)+o2(g)2so3 (g) △h＜0其實驗資料見表
（1）應選用的溫度是 450℃ 。
（2）應採用的壓強是常壓 ，理由是因為常壓下so2的轉化率已經很高，若採用較大壓強，so2的轉化率提高很少，但需要的動力更大，對裝置的要求更高 。
（3）在生產中，通入過量空氣的目是
（4）原料氣必需淨化的原因是
(5)尾氣中有so2必須**是為了
（第二課時）
【題１】對於合成氨工業，只從提高原料轉化率看，從下列條件中選擇最適宜的組合是（b）
①高溫 ②低溫 ③低壓 ④高壓 ⑤催化劑 ⑥加氨 ⑦除氨
abcd.②③⑥
【解析】合成氨工業利用n2＋3h22nh3 δh< 0，因而可知公升高溫度有利於反應向氨氣生成的方向進行；從氣體的係數來看，加壓有利於反應向氨氣生成的方向進行；加催化劑只會改變速率卻無法改變轉化率；減少生成物的濃度也有利於反應向氨氣生成的方向進行。故綜上所述有②④⑦。
【題２】在一定條件下，可逆反應n2＋3h22nh3 δh< 0達到平衡，當單獨改變下列條件後，有關敘述錯誤的是（cd）
a.加入催化劑，v正、v逆都發生變化，且變化的倍數相等
b.加壓，v正、v逆都增大，且v正增大的倍數大於v逆增大的倍數
c.降溫，v正、v逆都減小，且v正減少的倍數大於v逆減少的倍數
d.加入氬氣，v正、v逆都增大，且v正增大的倍數大於v逆增大的倍數
【解析】催化劑只是增大或減小反應速率，即有v正、v逆都發生變化，但不會改變平衡的移動，即有v正、v逆變化的倍數相等。加壓，體系中各反應物濃度增大，v正、v逆都增大，但更有利於向氣體係數減少的方向移動，故v正增大的倍數大於v逆增大的倍數。降溫，反應速率全部下降，但有利於平衡向放熱的方向移動，而本反應δh< 0，所以v正減少的倍數小於v逆減少的倍數。
加入稀有氣體，各組分的濃度都不會變化或者減小，所以v正、v逆不變或減小。故c、d均不正確。
【題３】合成氨所需的h2由炭和水蒸氣反應制得，其中一步反應為co＋h2o(g)co2＋h2 δh< 0，欲使co的轉化率提高，同時提高h2的產率，可以採取的措施是（a）
a.增大水蒸氣的濃度 b.公升高溫度 c.增大co濃度 d.增大壓強
【解析】欲使co的轉化率提高，同時提高h2的產率，必然要求改變條件使平衡向正反應方向移動。co＋h2o(g)co2＋h2 δh< 0從中可知本反應為氣體係數不變且正反應放熱的反應，所以可以提高反應物水蒸氣的濃度。公升高溫度雖然可以提高反應速率，但會使平衡向左移，如果降低溫度，可使平衡右移，卻又會降低反應速率，但會符合題目要求，可惜無此選項。
增大co濃度，雖可以提高h2的產率，但自身的轉化率卻會降低。壓強對氣體係數不變的反應無影響。
【題４】在一定溫度和壓強下，在密閉容器中充入h2、n2、nh3，開始時其物質的量之比為3 ：1 ：1，反應達平衡後，h2、n2、nh3的物質的量之比為9 ：
3 ：4，則此時n2的轉化率為（a）
a.10b.20c.15d.30%
【解析3h2 ＋ n2 2nh3
起始量1
轉化量 3x x 2x
平衡量 ３－３x 1－x 2x
(３－x)：（1－x）：2x＝9 ：3 ：4故x=0.1
所以n2的轉化率為
【題５】在一定條件下，2nh33h2＋n2，達到平衡時，nh3的轉化率為50%，此時平衡混合氣的密度與nh3未分解時的密度之比為（b）
abcd.２：１
【解析】 2nh33h2 ＋ n2
起始量 x 0 0
轉化量 50%x 0.75x 0.25x
平衡量 0.5x 0.75x 0.25x
反應前後均為氣體故總質量不變，密度，而氣體的體積又與氣體的物質的量成正比，故反應後與反應前密度之比等於物質的量的反比，即為。
【題６】在密閉容器中進行如下反應已達到平衡，n2＋3h22nh3 δh< 0，其他條件不變時，若將平衡混合物中各物質的濃度都增大到原來的２倍，則下列說法中正確的是（bd）
a.平衡不移動b.平衡向正方向移動
c.平衡向逆反應方向移動的百分含量增加
【解析】將平衡混合物中各物質的濃度都增大到原來的２倍，則反應的速率增大，其他條件不變也就是說將氣體進行壓縮，容器體積減小，使平衡向氣體係數減小的方向移動，故平衡向正方向移動。進而使nh3的百分含量增加。
【題７】在一定條件下，進入氨合成塔的混合氣體中含n2的體積分數為22%，含h2的體積分數為78%，經過合成反應達到平衡後，在相同的溫度和壓強下，氣體的體積縮小至原體積的95%，n2的轉化率與下面接近的數值是（b）
a.12.5b.11.4c.10.5d.9%
【解析】設原氣體體積為v，則平衡後體積為v－0.95v
n2 ＋ 3h2 2nh3 δv
132 2
轉化中 0.025v 0.075v 0.05v v－0.95v
所以n2的轉化率為
【題８】工業合成氨反應是700 k左右進行的，這主要原因是（d）
a. 700 k 時此反應速率最快 b. 700 k 時氨的平衡濃度最大
c. 700 k 時氨的轉化率最高 d. 700 k 該反應的催化劑能發揮最大的作用
【解析】溫度越高反應速率越快，所以排除a選項；n2＋3h22nh3 δh< 0，所以溫度越高氨的平衡濃度越大，轉化率越高，所以排除b、c選項。綜合可得只有d選項最貼切。
化學反應條件的優化 工業合成氨教案
第4節化學反應條件的優化 工業合成氨 學習目標 知識與技能 能夠運用化學反應速率和化學平衡原理分析合成氨的適宜條件 通過閱讀教材，小組討論 交流，體驗實際生產條件的選擇與理論分析的差異 通過對合成氨適宜條件的分析，認識化學反應速率和化學平衡的控制在工業生產中的重要作用。過程與方法 通過對資料資料的分...
化學反應的快慢
第二章第二節化學反應的快慢編號14 編寫人宋新審核人王希健 學習目標 1.掌握化學反應速率的概念 表示方法，並能進行簡單的計算。2.掌握外界條件對化學反應速率的影響。課前預習 1.試舉一例 需點燃或加熱的反應 需光照的反應 無條件的反應 有催化劑的反應 2.寫出下列反應的化學方程式，並比較化學反應的...
常見的化學反應總結
1 1 2h2o 2h2 o2 工業制h2 1 2 h2o co2 h2co3 1 3 h2o cao ca oh 2 工業制熟石灰 1 4 6h2o 6co2 c6h12o6 6o2 光合作用 2 1 2co o2 2co2 可燃性 2 2 3co fe2o3 2fe 3co2 還原性 co cu...