届高三化学合成氨条件.docx
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届高三化学合成氨条件
2020届高三化学合成氨条件
【课标解读】
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、认识化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
【自主学习】
自学范围:
课本P-P要求:
理解合成氨的主要原理、原料、重要设备和流程,掌握应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。
〖知识回顾〗
1、写出下列方程式:
①氮气、氢气合成氨
②二氧化硫和氧气反应生成三氧化硫
2、化学平衡移动原理(勒夏特列原理):
如果改变影响化学平衡的一个条件(如浓度、温度、压强等),平衡就向能够方向移动。
3、影响化学反应速率的因素有内因(主要因素)和外因两个方面,内因是指参加反应的物质的性质,外因是指反应进行时所处的外界条件,如等。
〖细品课本〗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为提高平衡混合物中NH3的含量实际生产中
【学习探究】
〖小组讨论〗
一、氮气与氢气合成氨的反应是一个可逆反应,生成氨的反应是__热、气体总体积______的反应。
(一)从化学反应速率的角度看,__________________________都可以使合成氨的化学反应速率增大
(二)从化学平衡的角度看,反应达平衡时平衡混合气中氨的含量随着温度的升高而________,随压强的增大而______。
这说明温度、压强对这一反应的化学平衡有影响:
____________________________。
(三)在实际生产中,我国合成氨厂一般选用的压强在_______________之间。
合成氨如果采用较低温度,虽然有利于增大平衡混合气中氨的含量,但温度过低,反应速率太小,要很长时间才能使反应达到平衡状态,这对生产分不利。
加入催化剂是为了_______________________,然而催化剂需要在一定的温度范围内才能表现出良好的催化活性。
目前,合成氨工业普遍使用的是以_____________催化剂,这种催化剂又称为铁触媒。
铁触媒在________________的活性最大。
(四)合成氨的最佳条件是什么?
你选择这样的条件的依据是什么?
工业上合成氨的合适条件到底怎样?
使用催化剂:
这样可以大大化学反应速率,提高生产效率,也提高了经济效益;选择合适的温度:
500℃左右,该温度是为合成氨催化剂的;选择合适的压强:
20MPa~50MPa,该压强下进行生产,对动力、材料、设备等来说正合适。
二、从合成塔出口出来的含氨混合气中是否还有未反应的氮气和氢气?
你认为应如何处理它?
在实际生产中采用了_________,先通过冷凝把__________从合成塔出来的混合气中分离出来,余下未反应的_______混合气用_________重新送入_______进行反应,同时不断地补充新鲜的原料气,这样氨的合成就形成了一个___________,使氢气和氮气得到_________。
〖问题思考〗
1、请同学们分析工业生产主要要考虑哪些问题?
首要:
经济效益与社会效益基本要求:
a、反应快;b、原料利用率高;c、单位时间内产量高
2、参考:
①生物中植物对氮的需求;②生物固氮的原理和条件;③理想的人工固氮条件;④化学模拟生物固氮设想合成氨的发展前景。
〖典题精析〗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…………………………………………………………………………(
)
A、1/5
B、1/4
C、1/3
D、1/2例
2、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)=13moln(NH3)=6mol求a的值。
(2)反应到达平衡时,混合气体体积为7
16、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)=_____〖当堂达标〗
一、选择题
1、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………………………………………………………………………(
)
A、a大
B、b大
C、a、b一样大
D、不一定
2、对某一可逆反应来说,使用催化剂的作用是……………………………………………………()A、提高反应物的平衡转化率
B、以同样程度改变正逆反应的速率C、增大正反应速率,减小逆反应速率
D、改变平衡混合物的组成
3、合成氨工业中,为实现增加NH3的日产量的目的而采取下列措施,其中与平衡移动无关的是……………………………………………………………………………………………………………(
)
A、不断将NH3分离出来
B、使用催化剂
C、采用500℃左右的高温
D、采用2107~5107Pa的压强
4、合成氨工业采用循环操作主要是因为……………………………………………………………(
)
A、加快反应速率
B、能提高NH3的平衡浓度
C、降低NH3的沸点
D、提高N2和H2的利用率
5、有平衡体系CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H<0为了增加甲醇的产量,应采取的正确措施为……………………………………………………………………………………………………………(
)
A、高温
B、适宜的温度、高压、催化剂
C、低温、低压
D、高温、高压、催化剂
6、用焦炭、空气、水为原料制备NH3,则参加反应的焦炭与产品之间的物质的量之比为………()
A、3:
4
B、3:
2
C、2:
3
D、1:
27、下列事实不能用勒夏特列原理解释的是…………………………………………………………(
)
A、对盛在烧杯里的氨水加热,氨水中NH4+浓度减小
B、对熟石灰的悬浊液加热使温度升高,悬浊液中Ca(OH)2固体的含量增加
C、高压有利于合成氨的反应
D、500℃比室温更有利于合成氨的反应
二、填空题
8、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>、=、<,逆、正或不变)
(1)SO2的转化率α(A)____α(B)
(2)起始时两容器的反应速率v(A)___v(B),反应过程中反应速率v(A)___v(B)(3)达到平衡时,分别通入等量的Ar气,A中平衡向____反应方向移动,B中的化学反应速率____
三、计算题
9、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、1mol•L-1•min-1,则所经过的时间是多少?
〖课堂小结〗
【课后作业】
一、选择题
1、对于合成氨工业,只从提高原料转化率看,从下列条件中选择最适宜的组合是……………………………………………………………………………………………………………(
)①高温②低温③低压④高压⑤催化剂⑥加氨⑦除氨
A、②④⑤
B、②④⑦
C、①④⑤
D、②③⑥
2、在一定条件下,可逆反应N2+3H22NH3△H<0达到平衡,当单独改变下列条件后,有关叙述错误的是………………………………………………………………………………………………………(
)
A、加入催化剂V正、V逆都发生变化,且变化的倍数相等
B、加压,V正、V逆都增大,且V正增大的倍数大于V逆增大的倍数
C、降温,V正、V逆都减小,且V正减少倍数小于V逆减少倍数
D、体积不变加入氩气,V正、V逆都增且V正增大倍数大于V逆增大倍数
3、合成氨所需的H2由炭和水蒸气反应制得,其中一步反应为CO+H2O(g)CO2+H2△H<0,欲使CO的转化率提高,同时提高H2的产率,可以采取的措施是……………………………………………(
)
A、增大水蒸气的浓度
B、升高温度
C、增大CO浓度
D、增大压强
4、在一定温度和压强下,在密闭容器中充入H
2、N
2、NH3,开始时其物质的量之比为3:
1:
1,反应达平衡后,H
2、N
2、NH3的物质的量之比为9:
3:
4,则此时N2的转化率为……………………………(
)
A、10%
B、20%
C、15%
D、30%
5、在体积不变的容器中,2NH33H2+N2达到平衡时,NH3的转化率为50%,此时平衡混合气的密度与NH3未分解时的密度之比为………………………………………………………………………………(
)
A、1:
1
B、2:
3
C、3:
2
D、2:
16、在密闭容器中进行如下反应已达平衡,N2+3H22NH3△H<0,其他条件不变时,若将平衡混合物中各物质的浓度都增大到原来的2倍,则下列说法中正确的是……………………………………(
)
A、平衡不移动
B、平衡向正方向移动
C、平衡向逆反应方向移动
D、再次达到平衡时NH3的百分含量不变
7、在一定条件下,进入氨合成塔的混合气体中含N2的体积分数为22%,含H2的体积分数为78%,经过合成反应达到平衡后,在相同的温度和压强下,气体的体积缩小至原体积的95%,N2的转化率与下面接近的数值是……………………………………………………………………………………………………(
)
A、
12、5%
B、
11、4%
C、
10、5%
D、9%
8、工业合成氨反应是700K左右进行的,这主要原因是……………………………………………(
)
A、700K时此反应速率最快
B、700K时氨的平衡浓度最大C、700K时氨的转化率最高
D、700K该反应的催化剂能发挥最大的作用
9、下列所述情况表示合成氨反应达到平衡状态的是………………………………………………(
)
A、H2的消耗速率与NH3的生成速率之比为3:
2
B、混合气体的平均相对分子质量不再改变
C、N2的生成速率与NH3的消耗速率之比为1:
2
D、密闭容器中H
2、N
2、NH3的物质的量之比为3:
1:
2
10、在一密闭容器中,用等物质的量的A和B发生如下反应:
A(气)+2B(气)
2C(气)反应达到平衡时。
若混合气体中A和B的物质的量之和与C的物质的量相等,则这时A的转化率为…………………………………………………………………………………(
)
A、70%
B、40%
C、50%
D、60%
二、非选择题
11、已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g),2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)。
这两个反应的正反应都是放热反应。
回答下列问题:
(1)从影响速率和平衡的因素分析,要有利于NH3和SO3的生成,理论上应采取的措施都是_______________________________________________,实际生产中采取的措施分别是________________________。
(2)在实际生产合成氨过程中,要分离出氨气,其目的是________________________;而合成SO3过程中,不需要高压,原因是______________________________。
(3)工业生产硫酸用处理尾气。
12、在密闭容器内,使1molN23molH2混合发生下列反应:
3H2+N22NH3△H<0
(1)当反应达到平衡时,N2和H2的浓度比是______。
(2)保持体积不变,升高温度时,混合气体的平均式量_____,密度_____。
(3)当达到平衡时,充入Ar气,并保持体积不变,平衡将_______移动。
(4)当达到平衡时,充入Ar气,并保持压强不变,平衡将______移动。
(5)当达到平衡时,充入N2并保持压强不变,平衡将________移动。
(6)当达到平衡时,将c(N2)、c(H2)、c(NH3)同时增大1倍,平衡将____移动。
13、合成氨反应,在一定条件下密闭容器中加入amolN2,bmolH2,达到平衡时生成cmolNH3,则消耗N2的物质的量为______,消耗H2的物质的量为_______,N2的转化率为_______,若反应过程中保持恒定体积,恒定温度,则平衡容器内压强是原压强的______倍,容器中剩余N2的物质的量为______mol。
14、在400℃,
1、01X105Pa时,将SO2和14molO2压入一个装有催化剂的VL密闭反应器中,发生2SO2+O22SO3的反应,并且在10min后达到平衡时,测得容器内有2molSO2和12molO2:
(1)SO2的起始浓度为_______,SO3(气)的平衡浓度为_________;
(2)SO2的转化率为________,O2的平均反应速率为________;(3)平衡时SO3(气)占总体积的百分数为__________,此时体系压强为反应起始时体系压强的________倍;(4)达平衡后再加入2molSO
2、12molO2和4molSO3(气),此时正反应速率将_______,逆反应速率将_______,平衡_______移动。
【课后反思】
参考答案〖典题精析〗例1答案A解析通过假设反应前N
2、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:
ab0依题意可得方程:
x/[(a-3x/2)+(b-x/2)+x]=25%平衡后:
a-3x/2b-x/2x化简得:
x/(a+b)=1/5例2答案及解析
(1)t时刻时,NH3生成6molN2+3H22NH3132t时刻:
396平衡:
4128所以:
a=13+3=16(mol)
(2)平衡时n(NH3)=(7
16、825%)/
22、4=8mol则由化学方程式知生成8molNH3需消耗N24mol,H212mol;最后剩余N2:
16-4=12mol,剩余H2为7
16、8/
22、4-8-12=12mol,则总共H2为:
b=12+12=24mol所以a:
b=16:
24=2:
3(3)平衡时:
n(N2):
n(H2):
n(NH3)=12:
12:
8=3:
3:
2〖当堂达标〗
1、A
2、B
3、B
4、D
5、B
6、A
7、D
8、
(1)>
(2)=、>(3)逆、不变
9、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、9x=
3、6,所以△x=4-
3、6=0、4N2+3H22NH3△n1322n0、4n=0、6mol所以H2的浓度变化值为0、6mol/2L=0、3mol/L,V(H2)=△C(H2)/t=0、3/t,t=3min
【课后作业】
1、B
2、D
3、A
4、A
5、A
6、B
7、B
8、D
9、B
10、D
11、
(1)低温、高压、催化剂;适宜的温度、高压、催化剂适宜的温度、常压、催化剂
(2)使平衡正向移动,提高原料的转化率在常压条件下该反应正向进行的程度已经很大(3)氨水
12、
(1)1:
3
(2)减少不变(3)不(4)逆向(5)正向(6)正向
13、c/2mol、3c/2mol、c/2a100%、(a+b-c)/(a+b)、a-(c/2)
14、
(1)6/VmolL-1,4/VmolL-1
(2)
66、67%,0、2/VmolL-1min-1(3)
22、22%,0、9倍(4)增大,增大,向右(或正反应方向)