选择性必修1 化学反应原理 · 鲁科版
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1 化学反应条件的优化-工业合成氨

免费读1263字2024-07-22

  老师:同学们大家好,我是来自北京市丰台区丰台第二中学的刘宏斌老师,很高兴和大家一起来学习化学反应条件的优化。工业合成安自1784年安倍发现以来,但直到1913年才实现了合成氨的工业化生产。可逆化学反应氮气和氢气生成氨气看起来十分简单,但合成安的工业化生产经历如此漫长的发展过程,并且需要庞大而复杂的生产设备,这其实和它的生产条件有关。今天我们就来学习这方面的知识。

  老师:从必修第一册我们就了解到合成氨的条件是高温、高压催化剂,那么这些反应条件是怎么得到的?首先同学们思考一下,化工生产中选择适宜的反应条件需要从哪些角度考虑,具体需要考虑哪些因素?我们首先来看考虑的角度。通过前面的学习,我们已经知道反映条件需要从反应限度、反应速率两个角度来考虑。有了角度还需要具体考虑哪些具体因素?我们知道影响反应限度的因素有温度、浓度、压强等等。影响反应速率的因素有温度、浓度、压强、使用催化剂等等。下面我们就依据反应限度、反应速率这两个主要的角度,以工业合成氨反应为例来分析如何选择适宜的化学反应条件。

  老师:首先来看看合成氨反应的限度。化学反应的限度我们常常用平衡转化率来表示,当然我们希望合成氨的平衡转化率越大越好。那么如何从温度、浓度、压强来提高合成氨的平氨转化率。先来看看合成氨反应的特点,然后找到相应的措施。我们观察合成苷这个反应,发现含变等于负的92.2千焦每摩尔,说明这是一个正反应,是放热的可逆反应。然后从化学方程式的化学计量数132可以看出这是一个正向反应,分子数减小的可逆反应。所以从温度这个因素看,反应特点就是放热。从压强这个因素看,反应特点就是正向反应,分子数减小。根据反应特点我们就可以找出相应的措施。

  老师:在温度对化学平衡的影响的学习中,我们已经知道升高温度化学平衡向吸热方向移动,降低温度,化学平衡向放热方向移动。所以我们要提高合成氨的平衡转化率,相应措施就是降低温度及低温。在浓度对化学平衡的影响的学习中,我们知道在同一温度下,对于一个已达化学平衡状态的反应,反应物浓度增大或反应产物浓度减小时,浓度熵减小,q小于k,平衡状态被破坏。此时平衡只有向消耗反应物的方向移动,即平衡正向移动,才能使q等于k反应达到新的平衡状态。所以我们要提高合成氨的平衡转化率相应措施就是增加反应物浓度,降低生成物浓度。

  老师:在压强对化学平衡的影响的学习中,我们知道对于有气态物质参与的反应,在一定温度下增大,体系压强,各器态物质的浓度也同等倍数的增大,化学平衡向化学方程式中气态物质化学事前系数减小的方向移动。所以我们要提高合神氨的平衡转化率,相应措施就是增大体系压强及高压。

  老师:实际情况与上述理论分析结果一致吗?我们来看一张图,这张图是平衡混合气中氨含量与温度压强的关系图。那么这张图如何来看?下面我们一起来分析一下。对于带坐标的图像,一般情况下,我们一先看横坐

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