【步步高】2014-2015学年高中化学第2章第4节化学反应条件的优化-工业合成氨对点训练鲁科版选修4研讨.doc

第4节　化学反应条件的优化——工业合成氨 [目标要求]　1.认识合成氨的化学原理。2.应用化学平衡和化学反应速率的有关知识选择合成氨的条件。3.了解合成氨生产的主要流程。4.了解工业条件选择的依据和原则。 一、合成氨反应的限度 1．合成氨的化学反应方程式________________________________________。 2．合成氨反应的特点 (1)它是一个________反应。 (2)正反应是一个________反应。 (3)正反应是气体体积________的反应。 因此，________温度、________压强将有利于化学平衡向生成____的方向移动。在一定温度、压强下，反应物氮气、氢气的体积比为13时平衡混合物中氨的含量最高。 二、合成氨反应的速率 1．速率方程：在特定条件下，合成氨反应的速率与参加反应的物质的浓度的关系式为：v＝kc(N2)·c3/2(H2)·c－1(NH3)，由速率方程可知：________N2或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于提高合成氨反应的速率。 2．温度升高时，k增大，因此升温有利于提高合成氨的速率。 3．加入合适的催化剂能降低合成氨反应的活化能，使合成氨反应的速率提高上万亿倍。 三、合成氨的适宜条件 1．合成氨反应条件的选择原理 工业生产中，既要考虑尽量增大反应物的____________，充分利用原料，又要选择较快的____________，提高单位时间内的产量。以上两点是选择反应条件的出发点，当二者发生矛盾时，要结合具体情况具体分析，找出最佳的反应条件。 2．合成氨反应的适宜条件 (1)压强 适宜条件 理论依据：压强越大，要求动力越大，对材料和设备的制造要求就越高。 (2)温度 适宜条件：________左右。 理论依据：该温度下催化剂的活性最高，反应速率比较快，氨的含量也相对较高。 (3)催化剂 适宜条件：以____为主的多成分催化剂。 理论依据：加快反应速率。 (4)浓度 适宜条件：氮气和氢气按物质的量之比12.8时混合，适时分离出氨气。 理论依据：适当提高氮气的分压，来提高氢气的转化率。 (5)其他 为了提高原料的__________，未反应的氮气和氢气循环使用并及时补充氮气和氢气。 3．合成氨工业生产流程 (1)原料气的制取 N2：将空气液化、蒸发分离出N2或者将空气中的O2与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2。 H2：用水和燃料(煤、焦炭、石油、天然气等)在高温下制取。用天然气和水制H2的主要反应为： CH4＋H2O(g)CO＋3H2 CO＋H2O(g)CO2＋H2 (2)制得的N2、H2需净化、除杂质，再用压缩机压缩至高压。 (3)氨的合成：在适宜的条件下，在合成塔中进行。 (4)氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，提高原料的利用率，并将没有完全反应的N2和H2循环送入合成塔，使其被充分利用。 4．合成氨的发展前景 (1)寻找________温度下合成氨的催化剂。 (2)研制出能承受________且廉价的新材料。 (3)人工模拟生物固氮。 知识点一　合成氨反应的限度 1．能够使合成氨反应进行的程度增大的措施是(　　)　　　　　　　　　　　　　　　　　　A．升高温度 B．降低压强C．使用催化剂 D．不断移去NH3 2．利用原料气在合成塔中合成NH3，为提高N2的转化率应采取的措施是(　　) A．高温 B．高压C．使用催化剂 D．增大N2的浓度 知识点二　合成氨条件的选择 3．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒·夏特列原理来解释的是(　　) A．使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨 B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应 C．500左右比室温更有利于合成氨的反应 D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率 4．2007年10月10日，德国科学家格哈德·埃尔特生日的当天获得了诺贝尔化学奖，以奖励他在表面化学领域做出的开拓性贡献。合成氨反应在铁催化剂表面进行时效率显著提高，就是埃尔特的研究成果。下列关于合成氨反应的叙述中，正确的是(　　) A．铁作催化剂可加快反应速率，且有利于平衡向合成氨的方向移动 B．将氨从混合气中分离，可加快反应速率，且有利于平衡向合成氨的方向移动 C．升高温度可以加快反应速率，且有利于平衡向合成氨的方向移动 D．增大压强可加快反应速率，且有利于平衡向合成氨的方向移动 5．工业合成氨的反应是在500左右进行的，这主要是因为(　　) A．500时此反应速率最快 B．500时NH3的平衡浓度最大 C．500时N2的转化率最高 D．500时该反应的催化剂活性最大 练基础落实 1．关于工业合成氨的叙述中，错误的是(　　) A．在动力、设备、材料允许的情况下，反应尽可能在高压下进行 B．温度越高越