精品新高三化学复习化学反应条件的优化 工业合成氨复习3优质课教案.docx

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精品新高三化学复习化学反应条件的优化工业合成氨复习3优质课教案

高三《反应条件的优工业合成氨》复习教案3

知识与技能：

１了解如何应用反应速率和平衡原分析合成氨的适宜条件；

２了解应用反应原分析工生产条件的思路和方法，体验实际生产条件的选择与论分析的差异；

３通过对合成氨适宜条件的分析，认识反应速率和平衡的控制在工业生产中的重要作用。

过程与方法：

在反应的方向、限度、速率等论为指导的基础上带领生选择适宜的反应条件，引导生考虑合成氨生产中动力、设备、材料生产效率等因素，寻找工业合成氨生产的最佳条件。

情感态度与价值观：

认识反应原在工业生产中的重要作用，提升生对反应的价值的认识，从而赞赏对个人生活和社会发展的贡献。

教重难点：

应用反应速率和平衡原选择合成氨的适宜条件。

课型：

新课

课时安排：

１课时

教过程：

【提问】影响反应速率和平衡的重要因素有哪些？

【生】回答

【注意】催剂只能改变反应速率，不能改变平衡状态。

【教师】今天这节课我们就看看如何利用反应的有关知识

将一个反应实现工业，我们以工业合成氨为例。

首先我们看看合成氨的有关背景。

【投影】展示弗里茨·哈伯的图像

【投影】弗里茨·哈伯与合成氨

合成氨从第一次实验室研制到工业投产经历了约150年的时间。

德国家哈伯在10年的时间内进行了无次的探索，单是寻找高效稳定的催剂，2年间他们就进行了多达6500次试验，测试了2500种不同的配方，最后选定了一种合适的催剂，使合成氨的设想在1913年成为工业现实。

鉴于合成氨工业的实现，瑞典皇家院于1918年向哈伯颁发了诺贝尔奖。

【投影并讲解】

【交流·研讨】P65

合成氨反应是一个可逆反应N2（g）+3H2（g）

2NH3（g）

已知298时△H=-922J·—1，△S=-1982J·—1·—1

请根据正反应的焓变和熵变分析298下合成氨反应能否自发进行？

298下合成氨反应的平衡常为41×106（·L—1）—2

【生】假设△H和△S不随温度变，算得T<4652。

【提问】观察合成氨的反应，说明合成反应的特点：

【投影】N2

（g）+3H2（g）

2NH3（g）△H＝-922J/

（1体积）（3体积）（2体积）

【生】①可逆反应②熵减小的反应③正反应气态物质系减小④正反应是放热反应

【板书】第四节　　反应条件的优

——工业合成氨

一、合成氨反应的限度

【交流·研讨】请利用平衡移动的知识分析什么条件有利于氨

的合成。

P65

【投影】

【生回答】降低温度、增大压强有利于平衡向生成氨的方向移动，N2、H2体积比为1：

3时平衡混合物中氨的含量最高。

【板书】二、合成氨反应的速率

【交流·研讨】P66

1、你认为可

以通过控制那些反应条件提高合成氨反应的速率？

2、实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与反应的物质的浓度的关系为

ν=κ（N2）15（H2）—1（NH3），请你根据关系式分析：

各物质的浓度对反应速率有哪些影响？

可以采取哪些措施提高反应速率？

3、请你根据下表所给的据分析催剂对合成氨反应速率的影响：

条件

△E/J/

（催）/（无）

无催剂

335

34×1012（700）

使用F催剂

167

催剂对合成氨反应速率的影响

【生回答】

1升高温度增大压强增大反应物浓度使用催剂

2增大N2、H2浓度,将氨及时从混合气中分离出去

3使用催剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。

【板书】三、合成氨的适宜条件

【投影】合成氨的适宜条件的选择

外界条件

使NH3生产得快

使NH3生产得多

速率分析

平衡分析

压强

高压

高压

温度

高温

低温

催剂

使用

无影响

反应物的浓度

增大浓度

增大浓度

生成物氨的浓度

减小浓度

减小浓度

【交流·研讨】

研讨的内容

研讨的问题

研讨的结构

1、既然增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？

压强怎么定？

2、既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好

温度怎么选择？

3、催剂对平衡的移动没有影响，在合成氨工

业中要不要使用催剂，为什么？

要不要用催剂？

【分析】1、压强怎么选？

①合成氨反应是气态物质系减小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动，所以论上压强越大越好。

②但是压强越大，对设备的要求高、压缩H2和N2所需要的动力大，因此选择压强应符合实际技术。

【结论】综合以上两点根据反应器可使用的钢材质量及综合指标选择压强。

【分析】2、温度怎么选择？

①因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于平衡正向移动。

②可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，

因此温度也不宜太低。

③催剂要在一定温度下催活性最大。

【结论】综合以上因素实际生产中温度一般选择在700左右（主要考虑催剂的活性）。

【分析】3、用不用催剂？

经济效益和社会效益要求反应速度要快，原料的利用率要高，单位时间的产量要高。

【结论】实际生产中选用铁为主体的多成分催剂（铁触媒），它在700时活性最高。

【分析】4、浓度怎么定？

N2和H2的比例怎么定？

增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。

从平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：

3时，平衡转率最大，但是实验测得适当提高N2的浓度，即N2和H2的物质的量比为1：

28时，更能促进氨的合成。

【结论】实际生产中的处方法：

及时将气态氨冷却液分离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使其保持一定的浓度。

【投影】研讨的结果

外部条件

工业合成氨的适宜条件

压强

根据反应器可使用的钢材质量及综合指标选择压强

温度

适宜温度700左右

催剂

使用铁触媒作催剂

浓度

N2和H2的物质的量比为1：

28的投料比,氨及时从混合气中分离出去

【板书】合成氨的方程

式（注意条件）

【小结】

【教师小结】

工业上利用某可逆反应生产产品：

1、一般要使用催剂：

这样可以大大加快反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益；

2、选择合适的温度：

该温度是催剂活性最大的温度；

3、选择合适的压强：

既要考虑反应速率和平衡，还要考虑动力、材料、设备等。

【教师】我国合成氨工业的发展情况：

解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂；

1949年全国氮肥产量仅06万吨；

2000年达到33637万吨，成为世界上产量最高的国家之一。

拥有多种原料、不同流程的大、中、小合成氨厂1000多家。

【投影】合成氨的工业前景

1、催剂

合成氨的铁催剂

这一类合成氨催剂以还原铁为催剂主要活性成分，并掺加各种促进剂和载体的催剂

促进剂：

稀土金属及其氧物

关于稀土金属及其氧物的作用，我国也进行了一些研究。

国外也报道了一些含钐、锆、钯、铑的催剂研究结果，

发现稀土金属及其氧物是对氨合成非常有效的促进剂。

我国有丰富的钛、锆、铌等稀有金属资，因此，以稀有金属氧物为促进剂，有希望成为我国改进工业合成氨的铁催剂的研究方向之一。

合成氨的钌催剂

合成氨熔铁型催剂要在高温、高压和耗能高的苛刻条件下使用，且催剂的活性并不是很高。

而合成氨的钌催剂可能是一种较好的催剂。

它在低温低压下活性很高，常压下比合成氨的铁催剂的活性高10—20倍，且对水、O和O2不敏感，但合成氨的钌催剂在高压下未必比合成氨的铁催剂得优越。

2模拟生物固氮

现在，世界上好多国家（包括我国）的家，都在研究模拟生物固氮，即寻找人工制造的有固氮活性的合物。

固氮酶由两种蛋白质组成。

一种蛋白质（二氮酶）的分子量约22万，含有两个钼原子、32个铁原子和32个活性硫原子；另一种蛋白质（二氮还原酶）是由两个分子量为29000的相同亚基构成的，每个亚基含有4个铁原子和4个硫原子。

已经发现一些金属有机合物有可能作为可溶性的固氮催剂。

3超声波固氮：

氮气在通常状态下十分稳定，一般难以发生反应，但在超声波作用下，可以使氮分子中的键削弱，从而在较温和的条件下就可以发生反应。

在室温下用超声波辐射溶有空气的饱和水溶液后，可以测到处过的水中含有亚硝酸、硝酸等；如果处溶有氮气、氢气和一氧碳的饱和水溶液，可以测到甲醛、氢氰酸和咪唑等物质，

这些实验对人工固氮的研究提供了一条新的途径。

【迁移应用】P70、2

工业制造硫酸的主要反应为

2SO2（g）+O2（g）===2SO3（g）△H=-1978

J/①

SO3（g）+H2O（）===H2SO4（q）②

反应①的平衡常随温度升高而减小

所用催剂的主要成分为V2O5（6％-12％）、2SO4（17％-20％）、SO2（50％-70％）,能使催剂中毒的物质有砷、硒、氟等

请根据以上信息讨论二氧硫氧反应的工艺条件（温度、压强、原料气配比等）对工业生产硫酸的影响

【投影材料】已知2SO2（g）+O2（g）

2SO3（g）△H＜0其实验据见表

（1）应选用的温度是450℃。

（2）应采用的压强是常压，由是因为常压下SO2的转率已经很高，若采用较大压强，SO2的转率提高很少，但需要的动力更大，对设备的要求更高。

（3）在生产中，通入过量空气的目是。

（4）原料气必需净的原因是。

（5）尾气中有SO2必须回收是为了。

【主板书】

第四节　　反应条件的优——工业合成氨

一、合成氨反应的限度

二、合成氨反应的速率

ν=κ（N2）15（H2）—1（NH3）

三、合成氨的适宜条件

1、一般要使用催剂：

这样可以大大加快反应速率，提高生产效率，也提高

了经济效益；

2、选择合适的温度：

该温度是催剂活性最大的温度；

3、选择合适的压强：

既要考虑反应速率和平衡，还要考虑动力、材料、

设备等。

（第二课时）

【题１】对于合成氨工业，只从提高原料转率看，从下列条件中选择最适宜的组合是（B）

①高温　　②低温　　③低压　　④高压　　⑤催剂　　⑥加氨　　⑦除氨

A②④⑤B②④⑦①④⑤D②③⑥

【解析】合成氨工业利用N2＋3H2

2NH3ΔH<0，因而可知升高温度有利于反应向氨气生成的方向进行；从气体的系看，加压有利于反应向氨气生成的方向进行；加催剂只会改变速率却无法改变转率；减少生成物的浓度也有利于反应向氨气生成的

方向进行。

故综上所述有②④⑦。

【题２】在一定条件下，可逆反应N2＋3H2

2NH3ΔH<0达到平衡，当单独改变下列条件后，有关叙述错误的是（D）

A加入催剂，V正、V逆都发生变，且变的倍相等

B加压，V正、V逆都增大，且V正增大的倍大于V逆增大的倍

降温，V正、V逆都减小，且V正减少的倍大于V逆减少的倍

D加入氩气，V正、V逆都增大，且V正增大的倍大于V逆增大的倍

【解析】催剂只是增大或减小反应速率，即有V正、V逆都发生变，但不会改变平衡的移动，即有V正、V逆变的倍相等。

加压，体系中各

反应物浓度增大，V正、V逆都增大，但更有利于向气体系减少的方向移动，故V正增大的倍大于V逆增大的倍。

降温，反应速率全部下降，但有利于平衡向放热的方向移动，而本反应ΔH<0，所以V正减少的倍小于V逆减少的倍。

加入稀有气体，各组分的浓度都不会变或者减小，所以V正、V逆不变或减小。

故、D均不正确。

【题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O＋H

2O（g）

O2＋H2　ΔH<0，欲使O的转率提高，同时提高H2的产率，可以采取的措施是（A）

A增大水蒸气的浓度　　　B升高温度　　　增大O浓度　　　D增大压强

【解析】欲使O的转率提高，同时提高H2的产率，必然要求改变条件使平衡向正反应方向移动。

O＋H2O（g）

O2＋H2　ΔH<0从中可知本反应为气体系不变且正反应放热的反应，所以可以提高反应物水蒸气的浓度。

升高温度虽然可以提高反应速率，但会使平衡向左移，如果降低温度，可使平衡右移，却又会降低反应速率，但会符合题目要求，可惜无此

选项。

增大O浓度，虽可以提高H2的产率，但自身的转率却会降低。

压强对气体系不变的反应无影响。

【题４】在一定温

度和压强下，在密闭容器中充入H2、N2、NH3，开始时其物质的量之比为3：

1：

1，反应达平衡后，H2、N2、NH3的物质的量之比为9：

3：

4，则此时N2的转率为（A）

A10%　　B20%　　15%　D30%

【解析】3H2＋N2

2NH3

起始量　　　３　　　１1　　　　

转量　　32

平衡量　　３－３1－2

（３－）：

（1－）：

2＝9：

3：

4故=01

所以N2的转率为

【题５】在一定条件下，2NH3

3H2＋N2，达到平衡时，NH3的转率为50%，此时平衡混合气的密度与NH3未分解时的密度之比为（B）

A１：

１　　　　　　B２：

３　　　　　　３：

２　　　　　　D２：

１

【

解析】　　　2NH3

3H2＋N2

起始量　　0

0

转量　50%075025

平衡量05075025

反应前后均为气体故总质量不变，密度

，而气体的体积又与气体的物质的量成正比，故反应后与反应前密度之比等于物质的量的反比，即为

。

【题６】在密闭容器中进行如下反应已达到平衡，N2＋3H2

2NH3ΔH<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的２倍，则下列说法中正确的是（BD）

A平衡不移动　　　　　　　　　　　　　　　B平衡向正方向移动　　

平衡向逆反应方向移动　　　　　　　　　　DNH3的百分含量增加

【解析】将平衡混合物中各物质的浓度都增大到原的２倍，则反应的速率增大，其他条件不变也就是说将气体进行压缩，容器体积减小，使平衡向气体系减小的方向移动，故平衡向正方向移动。

进而使NH3的百分含量增加。

【题７】在一定条件下，进入氨合成塔的混合气体中含N2的体积分为22%，含H2的体积分为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的转率与下面接近的值是（B）

A125%B114%105%D9%

【解析】设原气体体积为V，则平衡后体积为V－095V

　　　N2　　＋　　3H2　　

　　2NH3ΔV

1322

转中　　　0025V0075V005VV－095V

所以N2的转率为

【题８】工业合成氨反应是700左右进行的，这主要原因是（D）

A700时此反应速率最快　　　　B700时氨的平衡浓度最大

700时氨的转率最高　　　　D700该反应的催剂能发挥最大的作用

【解析】温度越高反应速率越快，所以排除A选项；N2＋3H2

2NH3ΔH<0，所以温度越高氨的平衡浓度越大，转率越高，所以排除B、选项。

综合可得只有D选项最贴切。

【题９】有关合成氨工业的说法中，正确的是（B）

A从合成塔出的混合气体，其中NH3只占15%，所以生产氨的工厂效率都很低

B由于氨易液，N2、H2在实际生产中是循环使用，所以总体说氨的产率很高合成氨工业的反应温度控制在500℃左右，目的是使平衡向正反应方向移动D合成氨厂采用的压强是20～50Mp，因为该压强下铁触媒的活性最大

【解析】本题主要是解合成氨的过程，以及温度、浓度、催剂等对该反应的影响，不难选出答案。

【题10】一密封体系中发生反应：

N2＋3H2

2NH3（正反应为放热反应）下图为某一段时间段反应速率与反应进程的曲线关系图：

回答下列问题：

（１）处于平衡状态的时间段是　　　　　　　。

（２）1、3、4时刻，体系中分别是什么条件发生了变？

（３）下列时间段中，氨的百分含量最高的是（）

A０～1B2～33～4

D5～6

【解析】本题主要是要会看图，图表达的是速率与时间的关系，只要速率不随时间变而变，说明在这条件反应已经达到平衡了。

所以处于平衡状态的时间段是０－1，2－3，3－4，5－6。

从图中可得1时刻正、逆反应速率都增大，而且v（逆）>v（正），N2＋3H2

2NH3（正反应为放热反应）故温度升高，v（逆）>v（正）。

图中3时刻从原的速率增大，而且变过程中v（逆）＝v（正），说明平衡都未被打破。

所以应该是催剂导致的。

图中4时刻的变，v’（逆）、v’（正）都减小且v’（逆）>v’（正），所以不可

能是温度的影响，应该是浓度的影响，而且是浓度减小的变，所以是压强减小了，使平衡向逆反应方向移动了。

（第三课时）

【题1】在一定条件下将含1NH3的体积不变的密闭容器加热，发生反应2NH3

3H2＋N2，一段时间后达到平衡，此时NH3的体积分为　%，若在容器中再加入1NH3后密封，加热到相同温度，使反应达到平衡，设此时NH3的体积分为y%，则和y的关系正确的是（A）

Ay　　　＝y

　　D≥y

【解析】体积不变的密闭容器，多加NH3后相当于加压，使平衡向气体体积系缩小的方向移动，所以NH3的体积分会大一点，即有

【题２】将V1L的H2和V2L的N2在一定条件下发生反应，达到平衡后，混合气体总体积为V3L（气体体积均在相同条件下测定），则生成NH3的体积是（A）

A（V1＋V2－V3）L　B（V1＋V2＋V3）L　

（V1＋V2－2V3）LD[V3－（V1＋V2）]L

【解析】N2＋3H2

2NH3ΔV

1322

（V1＋V2－V3）L

根据比例即可得到答案。

【题3】根据下列叙述，完成（１）～（３）题。

工业上合成氨的原料之一——氢气，有一种是取自石油气，例如丙烷。

（１）有人设计了以下反应途径，假设反应都能进行，你认为最合的是（）

A3H8＋H2

B3H83H6＋H2

3H8＋

H2OO＋H2，O＋H2O===O2＋H2

D3H8＋O2===O2　＋　H2O,，H2O　　　　　　　H2↑＋O2↑

（２）按以上最合的反应途径，论上用1丙烷最多可制得氨气（B）

A4B6710D27

（３）该合反应途径最显著的优点是（）

A简单易行　B制

得的H2纯度高　制得的H2产量高　D可同时获得大量热能

【解析】

（1）从产量、能等角度进行考虑。

（２）3H8＋3H2O3O＋7H2，O＋H2O===O2＋H2

13733

13H8可生成10H2

N2＋3H2

2NH3

32

10（67）

【题4】把氮气和氢气按１：

１的物质的量比混匀后分成四等份，分别同时充入A、B、、D四个装有催剂的真空容器中（容器的容积固定），在保持相同温度的条件下，四个容器中的合成氨反应达到平衡状态。

分析下表中实验据回答问题（用A、B、、D填空）。

容器代号

A

B

D

平衡时混合物的平均相对分子质量

16

17

平衡时氮气的转率

20%

平衡时氢气的转率

30%

（1）都达到平衡时，　　　　容器中氨气的物质的量最大。

（2）达到平衡时所需时间最长的容器是　　　　　　　　　　。

（3）四个容器由小到大的排列顺序是　　　　　　　　　　　　。

【解析】设氮气和氢气均为１

　　　N2＋3H2

2NH3

起始量　1　10

A平衡　　　　0804

B平衡　　　　　　　　　　07

02

１６＝

　　1=

17=

1=

　N2＋3H2

2NH3Δ

1322

2—15/8　平衡

2－30/17　　　D平衡

【题5】向体积不变的密闭容器中充入2N2和6H2，一定条件下发生反应：

N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g），平衡时混合气共7。

令、b、c分别代表N2、H2、NH3起始加入的物质的量，维持温度不变，使达到平衡时各成分的百分含量不变。

则：

（1）若＝0，b＝0，则c＝；

（2）若＝07，b＝21，则：

①c＝　　　　　　　　　

②这时反应向　　　　进行；　　

③若要维持反应开始时即向该反应方向进行，c的取值范围是　　　

　　　；

（3）欲使起始反应维持向与（２）相反的方向进行，则b的取值范围是　　　。

【解析】

（1）根据等效平衡，可利用完全转的思维进行变。

应与起始相等。

　N2　＋　3H2　

　2NH3

起始１　２60

起始２　０0c

转　05c15cc

极限　05c15c0

05c＝２c＝4

（2）符合题设条件的各起始量之差应与反应式中相应系成比例。

①

N2（g）＋

3H2（g）

2NH3（g）

起始　２　　　　　６　　　　　　　０

条件　0721c

07＋05c＝２　　　　c＝26

②题设条件平衡时共7气体，而

（2）小题起始量才54（07＋21＋26），所以起始反应向逆反应方向进行。

③从三个极限起始量考虑，即N2转率等于0时，2N2、6H2、（NH3）＝０；N2转率等于100%时，（N2）＝０、（H2）＝０、（NH3）＝4；现求平衡时各成分的物质的量，设平衡时N2转了，

N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g）

２　　　　　６　　　　　　　０

32

2－6－32

依题意：

（2－）＋（6－3）＋2＝7，＝05所以平衡时，（N2）＝15、（H2）＝45、（NH3）＝1

将三个极限起始量加以分析对比：

N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g）

２　　　　　６　　　　　　　０（N2转率为０时起始量）

15451（平衡量为起始量）

０　　　　　０　　　　　　　４（N2转率为100%时起始量）

可以看出，为了维持反应开始向逆反应方向进行，c的起始范围是1

（３）同，为了维持反应开始向正反应方向进行，b的起始范围是45

【题6】将一定量的SO2和含07氧气的空气（忽略O2）放入一定体积的密闭容器中，550℃时，在催剂作用下发生反应：

2SO2＋O2

2SO3（正反应放热）。

反应达到平衡后，将容器中的混合气体通过过量NOH溶液

，气体体积减少了2128L；再将剩余气体通过焦碳没食子酸的碱性溶液吸收O2，气体的体积又减少了56L（以上气体体积均为标准状况下的体积）。

（计算结果保留一位小）请回答下列问题：

（１）判断该反应达到平衡状态的标志是　　　　　　　。

（填字母）

SO2和SO3浓度相等　　bSO2百分含量保持不变　　c容器中气体的压强不变dSO3的生成速率与SO2的消耗速率相等　　容器中混合气体的密度保持不变

（２）欲提高SO2的转率，下列措施可行的是　　　　　　　　。

（填字母）

向装置中再充入N2　　　　　　b向装置中再充入O2　　

c改变反应的催剂　　　　　　d升高温度

（３）求该反应达到平衡时SO2的转率（用百分表示）。

（４）若将平衡混合气体的５%通入过量的B2溶液，生成沉淀多少克？

【解析】判断该反应达到平衡状态的标志可以从v正＝v逆，或者各组分百分含量不随时间变而变，若不是等体积的反应可以从压强或颜色等不再随时间变而