2-4
化学反应条件的优化——工业合成氨
学习目标：
了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件；
了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异；
通过对合成氨适宜条件的分析，认识化学反应速率和化学平衡的控制在工业生产中的重要作用。
学习重难点：
应用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件。
自主学习
【知识梳理】
影响化学反应速率和化学平衡的重要因素：
化学反应速率
化学平衡
温度
温度越高，反应速率越大
升高温度，平衡向吸热方向移动
气体压强
压强越大，反应速率越大
增大压强，平衡向气态物质系数减小的方向移动
催化剂
正催化剂加快反应速率；受温度影响较大
催化剂对平衡移动无影响
浓度
反应物浓度越大，反应速率越大
增大反应物浓度，平衡正向移动
【学习探究】
探究点一 合成氨反应的限度、速率
1．合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298
K时：ΔH＝－92.2
kJ·mol－1；ΔS＝－198.2
J·mol－1·K－1。请根据正反应的焓变和熵变分析298
K下合成氨反应能否自发进行？
【答案】假设ΔH和ΔS不随温度变化，由ΔH－TΔS＝－92.2
kJ·mol－1－T×(－198.2
J·mol－1·K－1)/1
000
J kJ－1<0能自发，得T<465.2
K。故298
K下合成氨反应能自发进行。
2．利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成？
【答案】合成氨反应的特点有①可逆反应；②常温下的自发的反应；③正反应气态物质系数减小；④正反应是放热反应。降低温度、增大压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动，且N2、H2体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。
3．利用条件对反应速率的影响分析。
(1)利用升高温度、增大压强、增大反应物浓度、使用催化剂来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中各物质浓度的关系为v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，根据关系式分析：
①各物质的浓度对反应速率的影响是合成氨反应的速率与氮气浓度的1次方成正比，与氢气浓度的1.5次方成正比，与氨气浓度的1次方成反比。
②可以采取增大N2、H2浓度，将氨及时从混合气中分离出去的措施来提高反应速率。
(3)有、无催化剂对合成氨反应速率影响的对比
条件
Ea/kJ·mol－1
k(催)/k(无)
无催化剂
335
有催化剂
167
3.4×1012(700
K)
说明了使用催化剂可以使合成氨反应的速率提高上万亿倍。
归纳总结]
使NH3生产得快和使NH3生产得多的条件
条件
速率分析
平衡分析
压强
高压
高压
温度
高温
低温
催化剂
使用
无影响
反应物的浓度
增大浓度
增大浓度
活学活用]
1．能使合成氨反应进行程度增大的方法是( )
A．升高温度
B．降低压强
C．使用催化剂
D．及时分离出氨气
【答案】D
2．合成氨反应中，可以提高N2转化率的措施是( )
A．尽可能延长反应时间
B．通入过量的N2
C．通入过量的H2
D．升高温度
【答案】C
探究点二 合成氨的适宜条件
工业合成氨对各种外界条件选择的理由
1．压强：高压
理由：合成氨反应是正反应气态物质系数减小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。但是压强越大，对设备的要求越高、压缩H2和N2所需要的动力越大，
因此选择压强应符合实际科学技术。
2．温度：700K
理由：(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)但是温度越低，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)催化剂要在一定温度下催化活性最大。
3．浓度：N2和H2的物质的量之比为1∶2.8的投料比，氨及时从混合气中分离出去
理由：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。从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1∶3时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2的浓度，即N2和H2的物质的量之比为1∶2.8时，更能促进氨的合成。实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化分离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使其保持一定的浓度。
4．催化剂：使用铁触媒作催化剂
理由：经济效益和社会效益要求化学反应速率要快，原料的利用率要高，单位时间的产量要高。实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂(铁触媒)，它在700_K时活性最高。
归纳总结]
合成氨的适宜条件
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来选择压强
温度
适宜温度，700
K左右
催化剂
使用铁触媒作催化剂
浓度
N2和H2的物质的量比为1∶2.8的投料比，氨及时从混合气中分离出去
活学活用]
3．合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0，在合成氨工业生产中应采取的适宜条件是( )
A．低温、高压、催化剂
B．高温、高压
C．尽可能的高温、高压
D．适宜的温度、高压、催化剂
【答案】D
4．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列变化过程不能使平衡向右移动的是( )
①不断将NH3分离出来 ②使用催化剂 ③采用700
K左右的高温 ④采用2×107～5×107
Pa的压强
A．①④
B．②③
C．①③
D．②④
【答案】B
【学习小结】
【自我检测】
1．可以判断化学平衡发生移动的是(
)
A．正、逆反应速率的改变
B．加入催化剂
C．增大压强
D．反应转化率的改变
【答案】D
2．一定量的混合气体，在密闭容器中发生如下反应：xA(g)＋yB(g)zC(g)，达到平衡后测得A气体的浓度为0.5
mol·L－1，当恒温下将密闭容器的容积扩大到2倍再达到平衡后，测得A的浓度为0.2
mol·L－1，则下列叙述不正确的是( )
A．平衡向正反应方向移动
B．x＋yC．C的体积分数降低
D．B的转化率提高
【答案】C
3．在恒容密闭容器中，进行合成氨反应，达到平衡后，将平衡体系中的各物质的浓度都增加到原来的2倍，则产生的结果是( )
A．平衡向正反应方向移动
B．平衡向逆反应方向移动
C．平衡不发生移动
D．氨的质量分数减小
【答案】A
4．在一定条件下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中氨的体积分数为25%，若反应前后条件不变，则反应后缩小的体积与原反应物体积的比值为( )
A．1/5
B．1/4
C．1/3
D．1/2
【答案】A
【解析】由合成氨的反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)可知：反应过程中缩小的体积等于生成的氨的体积，若设反应前气体的总体积为V，达到平衡后有x体积的N2转化，则生成氨的体积为2x，气体的总体积为V－2x，据题意知：×100%＝25%，解得：＝。
5．在容积相同的四个容器中，按下列要求充入各气体，并加入适当的催化剂，在673
K时分别建立平衡，四种情况下H2的转化率由大到小的顺序是____________。
①1
mol
N2＋3
mol
H2 ②2
mol
N2＋3
mol
H2 ③1
mol
N2＋4
mol
H2 ④1
mol
N2＋4
mol
H2＋0.5
mol
NH3
【答案】②＞①＞③＞④
【解析】②是在①中增加N2，故H2的转化率增大，即②＞①；③是在①中增加H2，故H2的转化率减小，即①＞③；而④是在③基础上增加氨，平衡向逆反应方向移动，H2的转化率变小，有③＞④。由此可知H2的转化率由大到小的顺序为②＞①＞③＞④。化学反应的熵变与焓变在化学中的应用
化学热力学，是研究化学变化和物理学变化中伴随发生的热量转换和传递学科。在对化学反应进行的方向和进行的程度做定量研究中，化学反应的熵变和焓变是判断化学反应能否自发进行的重要因素，它对解释化学疑难问题起着重要的理论指导作用。
化学反应方向和熵
1、焓变不能做化学反应方向的判据
事实证明，有许多化学反应是放热反应。例如：
注：：上标“”代表压力为标准压力,表示298.15K。在反应式中用“”代表气体，用“”代表液体，“”代表固体，“”代表无限稀释溶液。
这些反应的共同特点是放出热量。这些反应之所以能自发进行，皆因为体系放出热量之后热量降低了，从而处于一种稳定状态。这些热量的传导方向总是从高温到低温，水流的方向总是从高位到低位道理是一样的。体系都有从高能到低能，从不稳定到稳定状态的自发倾向。这是自然界的规律之一。上述事实说明，化学反应方向与焓变有关，自发的化学反应是向着体系焓值减少的方向进行的，反应的焓变为负值。
通过上述分析可以初步得出这样的结论：
当时，有利于化学反应向正反应方向进行。
当时，不利于化学反应向正反应方向进行，而有利于化学反应向逆反应方向进行。
但是，还不能因为上述事实存在，而简单的把焓变作为判断化学反应方向的独立根据，因为还有些是吸热反应。例如：
这些化学反应是向着吸热方向进行的，也就是向着体系焓值增加，焓变为正值的方向进行的。但也不能因为这种事实存在，而否定体系有从高能到低能，从不稳定到稳定状态的自发倾向的存在。实际上除焓变之外，还有其他因素与化学反应方向有关。
2、化学反应方向与熵变
进一步分析吸热反应的物理现象，例如：
在第一个反应中，体系由原来分子排列整齐的固体冰，熔化成分子排列比较混乱的液体水，这是一个自发的物理变化。在第二个反应中，体系由原来分子排列整齐的固体碳酸钙，分解成由两种物质分子组成的混合物，而且其中有一种是分子排列混乱的二氧化碳气体。大量的化学反应证明，化学反应方向不仅与焓变有关，而且与体系内部质点排列混乱程度有关。化学反应是向着体系内部质点混乱程度增大的方向进行的，物理过程也是如此，例如一盒大头针，落地后就自动散乱开来，向着混乱程度增大的方向进行，这是化学反应的又一自发倾向。如何用宏观物理量来量度体系内质点的混乱度呢？需要引入新概念——熵。
熵概念可以这样理解和描述：熵是体系内物质微观粒子混乱度的量度。熵用“S”表示。混乱度又叫无序度，用“”表示。这是个统计学概念。
用熵值的大小，可以来衡量体系内物质微观粒子混乱程度的大小。当体系处于某一固体状态时，其内部微观粒子混乱度是一定的，体系的熵值与之相对应，也是一个定值。体系的混乱程度越大，其对应的熵值也越大。体系的状态发生变化时，其混乱程度也发生变化，体系熵值也发生相应的变化。因此，熵的变化只与体系的状态有关，而与变化途径无关，故熵是体系的状态函数。熵与混乱度的关系可表示为：
∝
当体系的状态发生变化时，其熵值也发生变化，这个熵值的变化叫熵变，用“”表示。化学反应方向与熵变存在怎样一种关系呢？前面已经分析过一些化学反应，如果排除其他因素的影响，也就是说在孤立体系中，化学反应总是向着体系混乱度增大的方向进行，亦即化学反应向着熵变为正值的方向进行。即：
归纳起来可以得出这样的结论：在孤立体系中自发过程的结果是使体系熵值增加，而不可能发生熵值减小的过程。当体系达到平衡时，熵值最大。这就是熵增原理。这个原理可用下式表示：
当时为自发过程；时为平衡状态；时为非自发过程，而逆反应为自发过程。
但必须指出上面所谈，是指孤立体系，也就是说在体系与环境之间既没有能量交换，又没有物质交换的情况下，可用熵变判断化学反应方向。但一般化学反应是在常温常压下进行的，反应体系并非孤立体系。如果把反应体系与环境作为一个大体系来看，就成了一个大的孤立体系，此时体系的熵变就应该是反应体系与环境二者的总熵变。自发过程的方向与熵变的关系可表示如下：
当时为自发过程；时为平衡状态；时为非自发过程，而逆反应为自发过程。
3、熵变的数学表达式
体系吸收热量越多，其内部物质微观粒子的热运动就越剧烈，体系的混乱度变化就越大，其熵变量也就越大。熵变与热量之间的关系可用下式表示：
∝
如果使同一体系处于低温（绝对零度）和高温（298K）两种状态，给他们相同的热量，其熵值都要发生变化（熵值增大）。对于处于低温的体系来讲，是由原来质点排列整齐的完整晶体状态，变成具有一定混乱度的状态，其熵值增加是很明显的，对于处于高温状态来讲，是由一种具有一定混乱度的状态，变成另一种混乱度较大的状态，其熵值也有增加，但前后二者相比，前者的熵值要大于后者的熵值。这种现象可粗略表示为：
∝
经热力学数学处理，可得熵变的数学表达式：
为化学热力学可逆过程的热效应，T为体系的温度。
从熵变的数学表达式可以得出熵的化学热力学涵义，是指体系的熵变在数值上等于恒温可逆过程中的热效应被温度除的商。
现在讨论熵变能否作为化学反映方向的判据。熵增原理客观存在，但前提是孤立体系，而在一般化学反应中，反应体系并非孤立体系，如果将反应体系与环境体系看作一个大孤立体系，又必须考虑环境的熵变，这在计算上是非常复杂的。仅用反应的体系的熵变还不能准确判断化学反应的方向，但是通过对焓和熵的讨论，已经知道，体系都有焓值减小和熵值增大的自发倾向。如果能把焓和熵这两
种影响化学反应方向的因素综合利用，就能准确判断化学反应方向了。
化学反应方向与自由焓变
1、自由焓
水从高位流向低位，这是一个自发的物理过程，该过程可以作机械功，水力发电就是应用这个原理。
原电池内发生的氧化反应：
这是一个自发的化学过程，该过程在原电池内可作电功。
事实证明，自发的物理和化学过程都具有对外作功的能力。实际熵这种对外作功的能力就是自发过程的推动力。从自发过程对外作功这个角度出发，便可推导出焓和熵的组合形式。在化学热力学中把这种组合形式定义为自由焓，并用“G”表示。自由焓的定义式：
自由焓概念的意义：从其定义式看，自由焓是焓和熵的能量的组合形式，是体系内经过熵校正后的焓。从作功角度来看，自由焓就是在自发过程中提供对外作功的能量形式，也是自然过程推动力的来源。
2、自发反应的方向与自由焓变
自由焓变是自发过程中，体系自由焓的变化值，就是用来对外作功的那部分能量。因此在自发过程中，体系的自由焓是减少的，自由焓变为负值（即）
从
可得：
从上式可以看出，自由焓变在数值上等于焓变和熵变所表达能量的代数差。所以自由焓变能综合地反映出焓变和熵变对化学反应方向所起作用的最终结果。
自发过程总是向着体系自由减少的方向进行，直到自由焓变等于零为止。这就是最小自由焓原理。自由焓是一种能量组合形式，又叫自由能，最小自由焓原理又叫自由能降低原理。
自由焓变，可以作判断化学反应方向的准确判据。在恒温恒压情况下：
当时为自发过程；时为平衡状态；时为非自发过程，而逆反应为自发过程。
另外应该注意到温度对自由焓变值的影响，从可以看出，在某一温度下，可以为正值，此时反应不能自发进行，而在另一温度下，可能为负值，此时反应则能自发进行。正因为如此，人们在生产中，常常采用调节温度的方法，促进某反应进行，以达生产之目的。为了便于掌握这种情况，特列表1进行定性说明。
表1
化学反应自发性与正负的关系
正负
反应的自发性
—
—
—
自发过程
+
+
+
非自发过程
+
+
高温
—
自发过程
低温
+
非自发过程
—
—
低温
—
自发过程
高温
+
非自发过程
熵变与焓变在化学反应中的应用
1、判断化学反应是否存在
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
（6）
以上反应如果存在，与浓硫酸可做为这些气体（氢气、氦气、一氧化碳、甲烷、氯化氢、乙烯）的干燥剂这一事实是否矛盾？根据化学热力学理论，在一定温度和压力下，化学反应的时，反应正向自发进行，若忽略温度对热容的影响，并计算出化学反应的熵变与焓变，则可通过式求出化学反应正向自发时的最低（或最高）温度列于表2。
由表2可以看出，对于化学反应（2）、（5），反应温度分别在881、1297以上时才正向自由进行。所以，可以认为室温条件下这两个反应不存在。而反应（4）温度在以上时正向自发，（1）、（3）、（6）则在任何温度下均为正向自发反应。故反应（1）、（3）、（4）、（6）存在。但是，这只表明反应的可能性，而不能代表反应速率的大小，这些气体之所以能用浓硫酸做为干燥剂，是在室温条件下，它们之间的反应速率小到可以忽略不计。
所以当我们遇到未曾见过的化学反应时，用化学反应的熵变与焓变对反应的可能性进行分析判断，可以避免判断上的科学性错误出现。
2、化学反应条件的选择
现行高中化学教材第一页第168页，有这样一个化学反应
（7）
能否将反应条件“放电”改为“加热”？
由表2可知：反应（7）自发进行的最低温度为，如此高的温度通过加热条件难以实现，故不能将“放电”改为“加热”。
3、判断实验条件中“加热”最低温度
在我们见过的一些化学反应式的反应条件，通常只写符号而不写具体加热温度，例如：
（8）
（9）
（10）
实验时，能否用酒精灯进行加热？
由表2可知，（8）、（9）、（10）反应自发进行的最低温度分别为，由此可得出结论：用普通酒精灯（加热温度为～500）不可能将反应（9）实验成功。
表二
25时化学反应的
反应
说明
正向自发时候得温度
（1）
放热增熵
任何温度均自发
（2）
吸热增熵
（3）
放热增熵
任何温度均自发
（4）
吸热增熵
（5）
吸热增熵
（6）
放热增熵
任何温度均自发
（7）
吸热增熵
（8）
吸热增熵
（9）
吸热增熵
（10）
吸热增熵
参考文献：
傅献彩、沈文霞等．物理化学（第四版上册）．高等教育出版社，1990．
印永嘉、李大珍等．物理化学简明教程（第三版）．高等教育出版社，1992．
施民梅．焓变与熵变对化学反应的影响．沧州师专学报，2003年3月第19卷第1期，P44～45．
周长山．化学反应中焓变项及熵变项的相对重要性．翼东学刊，1996年第5～6期，P4～5．第2章
化学反应的方向、限度与速率
2.1
化学反应的方向
教学策略：
1、对“自发和非自发过程”这两个概念的理解是本节内容的一个关键，但是仅凭学生的自学很难真正理解“一定条件”和“外界推动力”，为了让学生理解较含糊的概念，教师先结合典型的具体事例抽象出概念。同时创设“小步距”问题情境，引导学生，注意问题的有序性和阶梯性，先理解“非自发过程”定义中的“外界推动力”要持续做功，接下来通过例子区别“自发过程”中的“一定条件”和“非自发过程”定义中的“外界推动力”。最后学生判断几个化学反应的自发性，掌握用“有无外界做功”判断自发过程的方法。
在已经建立的定义上结合实例，让学生从中总结出自发过程的特征，集中智慧用敏锐的目光发现规律。
最后让学生开阔思路，思考研究化学反应自发性的目的，自由发言。让学生感受到化学对人类生活和社会发展的贡献。
2、牛顿说：“没有大胆的猜测，就做不出伟大的发现。”事实上，科学的发展的渊源之一就是猜想的假说。从“焓变”到“熵变”的过渡是利用已学新知识形成推理，形成假设。创设情境让学生对问题的条件与结论作出猜想，引导学生在充分理解题意的基础上敢于打破常规，标新立异，从而培养学生自觉的独创意识。
通过实验推翻假设、从中获得新知识。这种强烈对比，波澜迭起的教学，形成了创新思维的问题情境，有利于训练学生思维的批判性和严谨性。
从大量例子中总结出“混合是自发过程，分离、纯净是非自发过程”“混乱度有利于自发”，再从化学史的角度从数学建模和数学计算两方面介绍熵的概念，最后得出“熵增大有利于反应”。2-4
化学反应条件的优化——工业合成氨
1．合成氨工业上采用循环操作主要是因为( )
A．加快化学反应速率
B．能提高氨的平衡浓度
C．降低氨气的沸点
D．提高氮气和氢气的利用率
【答案】D
2．将110
mL
N2和130
mL
H2在一定条件下合成氨，当达到平衡时混合气体的总体积变为200
mL，则生成氨气( )
A．10
mL
B．20
mL
C．30
mL
D．40
mL
【答案】D
【解析】运用反应前后的体积差进行分析，气体缩小的体积即为生成氨气的体积。
3．合成氨厂所需H2可由焦炭与水反应制得，其中有一步反应为CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＜0。欲提高CO的利用率，可采用的方法是( )
①降低温度 ②增大压强 ③使用催化剂 ④增大CO的浓度 ⑤增大水蒸气的浓度
A．①②③
B．④⑤
C．①⑤
D．⑤
【答案】C
4．对可逆反应4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)，下列叙述正确的是( )
A．反应达到平衡时，若两种反应物的转化率相等，则起始投入的n(NH3)∶n(O2)＝4∶5
B．反应达到平衡后，对体系一直进行加压，平衡总是逆向移动
C．反应达到平衡时，若向压强固定的密闭容器中充入稀有气体，平衡不移动
D．当v正(NH3)∶v正(NO)＝1∶1时，说明该化学反应已经达到平衡
【答案】A
【解析】平衡时，反应物的转化率相等，则起始投入量之比应该等于化学计量数之比，故A正确；当加压到一定压强时，气态水变为非气态水，平衡会向正向移动，故B错；充入稀有气体而压强不变，相当于增大容积，平衡向体积增大的方向移动，C错；NH3、NO的正反应速率都是向右方向的速率，平衡与否，其反应速率之比都等于化学计量数之比，故D错。
5．已建立化学平衡的某可逆反应，当条件改变使化学平衡向正反应方向移动时，下列叙述正确的是( )
①生成物的质量分数一定增加 ②生成物产量一定增加
③反应物的转化率一定增大 ④反应物的浓度一定降低
⑤正反应速率一定大于逆反应速率 ⑥一定使用催化剂
A．①②③
B．③④⑤
C．②⑤
D．④⑥
【答案】C
【解析】当增加某反应物的浓度使平衡正向移动，生成物的质量分数可能减小，该反应物的浓度增大；当多种物质作反应物时增加一种反应物浓度，平衡正向移动，该反应物的转化率降低，其余反应物的转化率增大；使用催化剂不影响化学平衡的移动。
6．一定条件下，在可变容积的密闭容器中进行下列可逆反应：S2Cl2（浅黄色）＋Cl2(g)2SCl2（鲜红色） ΔH＝－51.16
kJ·mol－1，下列说法正确的是( )
A．达到平衡时，抽出少量氯气，反应混合液颜色变深
B．单位时间内生成n
mol
S2Cl2，同时生成2n
mol
SCl2时，反应达到平衡状态
C．达平衡时，降低温度，混合液的颜色将变浅
D．单位时间内有n
mol
Cl2被还原，同时氧化生成n
mol
Cl2时，平衡向正反应方向移动
【答案】B
【解析】抽出Cl2，平衡不移动，混合液颜色不变，A项错误；B项正确；降温，平衡正向移动，混合液颜色变深，C项错误；n
mol
Cl2被还原，同时氧化生成n
mol
Cl2即v正＝v逆，平衡不移动，故D项错误。
7．对于平衡体系：mA(g)＋nB(g)pC(g)＋qD(g)，下列判断正确的是( )
A．若温度不变将容器的容积增大1倍，达到新平衡时A的浓度变为原来的0.45倍，则m＋n>p＋q
B．若平衡时，A、B的转化率相等，说明反应开始时，A、B的物质的量之比为m∶n
C．若升高平衡体系的温度，达到新平衡时A的浓度变为原来的0.55倍，说明该反应ΔH<0
D．若温度不变，压强增大到原来的2倍，达到新平衡时，总体积一定等于原体积的
【答案】B
【解析】将容器的容积增大1倍，A的浓度应变为原来的0.5倍，现A的浓度变为原来的0.45倍，故减小压强平衡向正反应方向移动，A项错；升高温度，达到新平衡时A的浓度变为原来的0.55倍，故升高温度平衡向正反应方向移动，C项错；若m＋n≠p＋q，增大压强平衡向体积减小的方向移动，达到新平衡时，总体积小于原体积的，若m＋n＝p＋q，才如D项所述，故D项错。
8．可逆反应A(g)＋BC(g)＋D达到平衡时，下列说法不正确的是( )
A．若增大A的浓度，平衡体系颜色加深，D不一定是具有颜色的气体
B．增大压强，平衡不移动，说明B、D必是气体
C．升高温度，C的百分含量减小，说明正反应是放热反应
D．若B是气体，增大A的浓度会使B的转化率增大
【答案】B
【解析】增大压强，平衡不移动，B、D既可以都是气体，也可以都不是气体。
9．在一定条件下，xA＋yBzC的可逆反应达到平衡：
(1)已知A、B、C都是气体，在减压后平衡向逆反应方向移动，则x、y、z的关系是____________。
(2)已知C是气体，且x＋y＝z，在加压时，如果平衡发生移动，则平衡必向__________方向移动(填“正反应”或“逆反应”)。
(3)已知B、C是气体，现增加A的物质的量(其他条件不变)，平衡不移动，则A是________态。
(4)加热后C的质量分数减少，则正反应是____热反应(填“吸”或“放”)。
【答案】(1)x＋y>z (2)逆反应 (3)固或液 (4)放
10．在密闭容器中，通入a
mol
N2和b
mol
H2，在一定条件下达到平衡，容器中还剩余c
mol
N2。
(1)生成NH3的物质的量为__________________________________________________。
(2)H2的平衡转化率为______________________________________________________。
(3)若把容器的体积缩小一半，则正反应速率________(填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，逆反应速率________，N2的转化率________。
【答案】(1)2(a－c)
mol (2)3(a－c)/b (3)增大 增大 增大
11．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，则此时氮气的转化率为( )
A．10%
B．20%
C．15%
D．30%
【答案】A
【解析】由题意设H2、N2、NH3的物质的量分别为3
mol、1
mol、1
mol。平衡时N2转化了a
mol
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
初始物质的量/mol
1
3
1
转化物质的量/mol
a
3a
2a
平衡物质的量/mol
1－a
3－3a
1＋2a
则(1－
a)/(1＋2
a)＝3/4，解之得a＝0.1
mol
N2的转化率为α(N2)＝0.1
mol/1
mol×100%＝10%。
12．下面是合成氨的简易流程示意图：
沿x路线回去的物质是( )
A．N2和H2
B．催化剂
C．N2
D．H2
【答案】A
13．在密闭容器内，使1
mol
N2和3
mol
H2混合发生下列反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
ΔH(298
K)＝－92.2
kJ·mol－1
(1)当反应达到平衡时，N2和H2的浓度之比为________。
(2)保持体积不变，升高温度，平衡________(填“正向”、“逆向”或“不”，下同)移动，密度________(填“变大”、“变小”或“不变”)。
(3)当反应达到平衡时，保持温度、体积不变，充入氩气，平衡______移动。
(4)当反应达到平衡时，保持温度、压强不变，充入氩气，平衡________移动。
(5)当反应达到平衡时，保持温度、体积不变，充入氮气，平衡________移动；氢气的转化率________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
【答案】(1)1∶3 (2)逆向 不变 (3)不 (4)逆向
(5)正向 增大
14．在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3
(g) ΔH＝－198
kJ·mol－1。下表为不同温度和压强下SO2的转化率(%)
1×105
5×105
1×106
5×106
1×107
450
97.5
98.9
99.2
99.6
99.7
550
85.6
92.9
94.9
97.7
98.3
(1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫，可控制的条件是________________。
(2)实际生产中，选定400～500
℃作为操作温度，其原因是
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
(3)实际生产中，采用的压强为常压，其原因是
________________________________________________________________________。
(4)在生产中，通入过量空气的目的是
________________________________________________________________________。
(5)尾气中有SO2必须回收是为了
________________________________________________________________________。
【答案】(1)低温、高压
(2)该温度是催化剂的活性温度，选择此温度可提高反应速率，缩短反应达到平衡所需要的时间
(3)因为在常压下，400～500
℃时，SO2的转化率已经很高了，若再加压，对设备及动力系统要求高，加大了成本和能量消耗，不适宜
(4)增大氧气的浓度，使平衡向生成SO3的方向移动，提高SO2的转化率
(5)减少对环境的污染
15．在一定温度下，在恒压容器a和恒容容器b中，分别充入体积比1∶3的N2和H2。开始时体积相同，达到平衡时两容器中N2的转化率比较( )
A．a大
B．b大
C．a、b一样大
D．无法判断
【答案】A
【解析】先假设a容器开始时也保持容积不变达到平衡时，容器a中N2的转化率α(a)与容器b中N2的转化率α(b)相等，即α(a)＝α(b)。但达到平衡时，a容器的压强比开始变小了。若要保持开始时的压强，必须缩小容器a的容积，则平衡正移。因此再达平衡时N2的转化率α1(a)变大了。即α1(a)>α(a)，则α1(a)>α(b)。
16．科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。曾有实验报道：在常温、常压、光照条件下，N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生反应，生成的主要产物为NH3。进一步研究NH3生成量与温度的关系，部分实验数据见下表(光照、N2压力1.0×105
Pa、反应时间3
h)：
T/K
303
313
323
353
NH3生成量/(10－6
mol)
4.8
5.9
6.0
2.0
相应的热化学方程式如下：
N2(g)＋3H2O(l)===2NH3(g)＋O2(g)
ΔH＝765.2
kJ·mol－1
回答下列问题：
(1)请画出上述反应在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图，并进行必要标注。
(2)与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应速率慢。请提出可提高其反应速率且增大NH3生成量的建议：
________________________________________________________________________。
(3)工业合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。设在容积为2.0
L的密闭容器中充入0.60
mol
N2(g)和1.60
mol
H2(g)，反应在一定条件下达到平衡时，NH3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为。计算：
①该条件下N2的平衡转化率；
②该条件下反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的平衡常数。
【答案】
(1)
(2)升温、增大N2浓度、不断移出生成物
(3)①66.7% ②5.0×10－3
mol2·L－2
【解析】(1)催化剂能降低反应的活化能，改变反应的历程，使一个高能变过程变为几个能量相对低的过程，使反应易发生。要点是有催化剂时能量低而反应过程中阶段多了。图见答案。
(2)加快反应速率且增大NH3生成量的方法是升温、增大N2浓度、不断移出生成物。
(3)解：①设反应过程消耗x
mol
N2(g)。
平衡时反应体系总物质的量＝(0.60－x)＋(1.60－3x)＋2x]
mol＝(2.20－2x)
mol
NH3(g)的物质的量分数＝2x÷(2.20－2x)＝
x＝0.40
N2的平衡转化率＝×100%＝66.7%；
②设反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的平衡常数为K。平衡时，NH3]＝2×0.40
mol÷2.0
L＝0.40
mol·L－1
N2]＝(0.60－0.40)
mol÷2.0
L＝0.10
mol·L－1
H2]＝(1.60－3×0.40)
mol÷2.0
L＝0.20
mol·L－1
K＝＝(0.10
mol·L－1)×
(0.20
mol·L－1)3]÷(0.40
mol·L－1)2
＝5.0×10－3
mol2·L－2。化学反应条件的优化——工业合成氨
(建议用时：45分钟)
1．合成氨反应的正反应是气体体积减小的放热反应。合成氨工业的生产流程如下：
关于合成氨工业的说法中不正确的是( )
A．混合气进行循环利用遵循绿色化学的思想
B．合成氨反应须在低温下进行
C．对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率
D．使用催化剂可以提高反应的速率，但是不能使平衡向正反应方向移动
【解析】 低温虽然有利于平衡正向移动，但低温会导致反应速率降低，不利于提高生产效率，答案选B。
【答案】 B
2．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列措施与平衡移动无关的是( )
A．不断将氨分离出来
B．使用催化剂
C．采用700
K左右的高温而不是900
K的高温
D．采用2×107～5×107Pa的压强
【解析】 把氨分离出来是减小生成物浓度，有利于平衡右移；合成氨反应是放热反应，相对较低温度(700
K)利于反应向右进行，同时该反应是气体物质的量减小的反应，尽可能采取高压利于正反应，A、C、D都符合平衡移动原理，而使用催化剂仅是为增大反应速率，与平衡无关。
【答案】 B
3．合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得，其中的一步反应为：
CO(g)＋H2O(g)
CO2(g)＋H2(g) ΔH＜0
反应达到平衡后，为提高CO的转化率，下列措施中正确的是
( )
A．增加压强
B．降低温度
C．增大CO的浓度
D．更换催化剂
【解析】 选项A，该反应为反应前后气体分子数相等的反应，压强对CO的转化率无影响；选项B，该反应为放热反应，降低温度有利于化学平衡向右移动，提高CO的转化率；增大CO的浓度会降低CO的转化率；选项D，更换催化剂不能使化学平衡发生移动。
【答案】 B
4．有关合成氨工业的说法中，正确的是
( )
A．从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占15%，所以生产氨的工厂的效率都很低
B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中是循环使用，所以总体来说氨的产率较高
C．合成氨工业的反应温度控制在700
K左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动
D．合成氨厂采用的压强是2×107
Pa～5×107
Pa，因为该压强下铁的活性最大
【解析】 合成氨的反应在适宜的生产条件下达到平衡时，原料的转化率并不高，但生成的NH3分离出后，再将未反应的N2、H2循环利用，这样处理后，可使氨的产率较高，A错误，B正确；合成氨工业选择700
K左右的温度，主要从反应速率和催化剂活性两方面考虑，合成氨的反应是放热反应，低温才有利于平衡向正反应方向移动，C错误；不论从反应速率还是化学平衡考虑，高压更有利于合成氨，但压强太大，对设备、动力的要求更高，因此选择20
MPa～50
MPa，D错误。
【答案】 B
5．对于可逆反应N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)(正反应为放热反应)，下列说法中正确的是( )
A．达到平衡后加入N2，当重新达到平衡时，NH3的浓度比原平衡的大，N2的浓度比原平衡的小
B．达到平衡后，升高温度，既加快了正、逆反应速率，又提高了NH3的产率
C．达到平衡后，缩小容器体积，既有利于加快正、逆反应速率，又有利于提高氢气的转化率
D．加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率增大了，而逆反应速率减小了
【解析】 达到平衡后，加入N2，平衡将向正反应方向移动，达到新平衡后，NH3的浓度会增大，而N2的浓度不会减小；达到平衡后，升高温度，正、逆反应速率都增大，但平衡向逆反应方向移动，不利于NH3的生成；达到平衡后，缩小容器体积即增大压强，正、逆反应速率都增大，平衡向正反应方向移动，有利于提高H2的转化率；加入催化剂，能同等程度地增大正、逆反应速率，缩短反应达到平衡的时间。
【答案】 C
6．接触法制硫酸工艺中，其主要反应2SO2(g)＋O2(g)
2SO3(g) ΔH<0，在450
℃并有催化剂存在条件下建立平衡，为使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的是( )
A．及时分离出SO3气体
B．选择高效的催化剂
C．适当升高温度
D．增大O2的浓度
【解析】 增大O2的浓度可加速反应的进行，并使平衡向正反应方向移动。
【答案】 D
7．合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应：N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g) ΔH<0,673
K、30
MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间变化的关系如图所示。下列叙述正确的是( )
A．点a的正反应速率比点b的小
B．点c处反应达到平衡
C．点d(t1时刻)和点e(t2时刻)处n(N2)不一样
D．其他条件不变，773
K下反应至t1时刻，n(H2)比图中d点的值大
【解析】 a点的反应物浓度大于b点，所以反应速率a更快；c点的时候各种物质的浓度仍在变化，并没有达到平衡；而d、e两点时达到平衡，浓度不再变化；升高温度，平衡逆向移动，氢气的浓度变大。
【答案】 D
8．将a
L
NH3通过灼热的装有铁触媒的硬质玻璃管后，气体体积变为b
L(气体体积均在同温同压下测定)。该b
L气体中NH3的体积分数是( )
A.
B.
C.
D.
【解析】 铁触媒既可以催化氨的合成反应，也能够催化氨的分解反应：N2＋3H2
2NH3
2NH3N2＋3H2 ΔV
2
1 3
2
可见，分解的氨的体积：(b－a)L，则剩余氨的体积：a
L－(b－a)L＝(2a－b)L，该b
L气体中NH3的体积分数是。
【答案】 C
9．在密闭容器内，使1
mol
N2
3
mol
H2混合发生下列反应：3H2＋N22NH3 ΔH＜0。
(1)合成氨时选择500
℃高温的目的是
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(2)当反应达到平衡时，N2和H2的浓度比是______。
(3)当反应达到平衡时，充入氩气，并保持体积不变，平衡将________移动。
(4)当达到平衡时，充入氩气，并保持压强不变，平衡将________移动，反应速率将________。
(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，保持体积不变，升高温度时，混合气体的平均相对分子质量________(选填“增大”“减小”或“不变”，下同)，密度________。
【解析】 合成氨时选择500
℃高温可以加快反应速率，而且工业上用的催化剂在该温度时活性最大；因为初始和转化的N2和H2的浓度比都是1∶3，所以当反应达到平衡时，N2和H2的浓度比是1∶3；平衡时保持体积不变，充入氩气平衡不移动；保持压强不变充入氩气，容器体积变大，反应速率将变小，平衡逆向移动；充入N2并保持压强不变，平衡将正向移动；保持体积不变，升高温度时，平衡逆向移动，混合气体的质量不变，总物质的量变大，平均相对分子质量变小，密度不变。
【答案】 (1)加快反应速率，工业上用的催化剂在该温度时活性最大
(2)1∶3 (3)不 (4)逆向 变小
(5)正向 (6)减小 不变
10．工业合成氨N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)反应过程中的能量变化如图所示，据图回答下列问题：
(1)该反应通常用活性铁作催化剂，加活性铁会使图中B点________(填“升高”或“降低”)，理由是
________________________________________________________________
_______________________________________________________________。
(2)该反应平衡常数表达式为：K＝________，当浓度商Q________K(填“<”“>”或“＝”)时，反应向右进行。
(3)450
℃时该反应的平衡常数________500
℃时的平衡常数(填“<”“>”或“＝”)。
(4)一定条件下的密闭容器中，该反应达到平衡，要提高H2的转化率，可以采取的合理措施有________(填字母代号)。
a．高温高压
b．加入催化剂 c．增加N2的浓度
d．增加H2的浓度 e．分离出NH3
【解析】 (1)催化剂能降低反应的活化能；(2)反应向右进行，说明Q℃时反应正向进行的程度大，即450
℃对应的平衡常数K大；(4)高温使化学平衡逆向移动，H2转化率降低，a不合理；催化剂对平衡无影响，b不合理；增加N2的浓度可以提高H2的转化率，c可以；d降低H2的转化率；分离出NH3，有利于平衡右移，e可以。
【答案】 (1)降低 催化剂能降低反应的活化能
(2) ＜ (3)＞ (4)ce
11．在2
L密闭容器中，合成氨反应N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)达到平衡。请回答下列问题：
(1)已知：450
℃时NH3的浓度大于550
℃时，则正反应是________热反应。
(2)反应进程中：0～2
s内N2的物质的量由2
mol变为1
mol，则v(H2)＝________________。
(3)能说明该反应已经达到平衡状态的是________。
A．c(N2)＝c(H2)＝c(NH3)
B．容器内压强保持不变
C．v(N2)＝3v(H2)
D．容器内的密度保持不变
(4)可使该反应的反应速率增大，且平衡向正反应方向移动的措施是________。
A．及时分离出NH3气体
B．适当升高温度
C．增大压强
D．选择高效的催化剂
【解析】 (1)450
℃时NH3的浓度大于550
℃时的浓度，说明温度升高，平衡向逆反应方向移动，则正反应是放热反应。
(2)v(H2)＝3v(N2)＝
＝0.75
mol·L－1·s－1。
(3)A项中浓度相等，但不一定达到平衡，只有浓度不再改变时，表示达到了平衡；该反应是反应前后气体体积不相等的反应，体积固定，故压强不变，表示该反应已达平衡；C项中未指明是正反应速率还是逆反应速率，故不能表示该反应已达平衡；D项中体积固定，质量不变，密度不变，故不能表示该反应已达平衡。
(4)及时分离出NH3，减少生成物，反应速率将减小，A不符合题意；适当升高温度，平衡向逆反应方向移动，B不符合题意；增大压强，反应速率增大，平衡向正反应方向移动，C符合题意；催化剂只改变反应速率，不影响平衡移动，D不符合题意。
【答案】 (1)放 (2)0.75
mol·L－1·s－1
(3)B (4)C
12．一定温度下，在2
L的密闭容器中发生如下反应：A(s)＋2B(g)
xC(g) ΔH<0，B、C的物质的量随时间变化的关系如甲图所示，达到平衡后在t1、t2、t3、t4时都只改变了一种条件，逆反应速率随时间变化的关系如乙图所示。
甲 乙
下列有关说法正确的是( )
A．x＝2，反应开始2
min内，v(B)＝0.1
mol·L－1·min－1
B．t1时降温，平衡逆向移动
C．t2时增大c(C)，平衡时B的物质的量分数增大
D．t3时可能是减小压强，平衡不移动；t4时可能是使用催化剂，c(B)不变
【解析】 从甲图分析，B、C在相同时间内浓度的变化量相等，则它们的系数是相等的，即x＝2，v(B)＝＝0.05
mol·L－1·min－1，A项错。ΔH<0，正反应为放热反应，降温平衡正向移动，B项错。增大c(C)，可看成是在容器上方的虚拟容器中加入C，当达到平衡时，再压入容器中，平衡不移动，则B的物质的量分数不变，故C项错。从乙图分析，其中t3和t4条件的改变，平衡不移动，则只可能是催化剂和等体积变化中的压强改变，所以D项正确。
【答案】 D
13．对于可逆反应N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g) ΔH<0，下列研究目的和示意图相符的是( )
A
B
C
D
研究目的
压强对反应的影响(p2>p1)
温度对反应的影响
平衡体系增加N2对反应的影响
催化剂对反应的影响
图示
【解析】 A项，p1达平衡时间短，所以p1>p2，压强增大时，平衡正向移动，氨气的体积分数增大，不符合；B项，合成氨反应正向放热，温度升高平衡逆向移动，氮气的转化率变小，不符合；C项，向平衡体系中加氮气，反应速率加快，平衡正向移动，符合；D项，催化剂能缩短反应达到平衡时间，不符合。
【答案】 C
14．Ⅰ.CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)＋2H2(g)
CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。该反应ΔH______(填“>”或“<”)0。实际生产条件控制在250
℃、1.3×104
kPa左右，选择此压强的理由是
________________________________________________________________
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
Ⅱ.在其他条件相同时，反应H3BO3＋3CH3OHB(OCH3)3＋3H2O中，H3BO3的转化率(α)在不同温度下随反应时间(t)的变化如图所示，由此图可得出：
(1)温度对该反应的反应速率和平衡移动的影响是
________________________________________________________________
________________________________________________________________。
(2)该反应ΔH________(填“<”或“>”)0。
【解析】 Ⅰ.从图像来看，随着温度的升高，CO的转化率变小，故ΔH<0，综合温度、压强对CO转化率的影响来看，在题给压强下，CO的转化率已经很大，再增大压强，CO的转化率提高不大，但对设备和材料的要求越高，需要的动力越大，会增加投资和能量消耗，不经济。
Ⅱ.由图示关系可看出，随着温度升高，曲线斜率增大，说明化学反应速率增大；同样由曲线变化可看出随着温度升高，H3BO3的平衡转化率增大，说明升温平衡正向移动，因升温平衡向吸热反应方向移动，可判断该反应的ΔH>0。
【答案】 Ⅰ.＜ 在250
℃、1.3×104
kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，得不偿失
Ⅱ.(1)a.温度越高，化学反应速率越快；b.温度升高，平衡正向移动 (2)＞(共27张PPT)
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500℃左右
合
成催化剂
塔铁触媒
压强
再循环
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MPa
50
MPa
冷却设备
和分离器2.4
化学反应条件的优化---工业合成氨
【教材分析】普通高中课程标准实验教科书化学反应原理（鲁科版）第2章第4节“化学反应条件的优化——工业合成氨”的内容是前三节“化学反应的方向”、“化学反应的限度”、“化学反应的速率”的延续，是对前三节知识的综合应用。合成氨工业对化学工业、国防工业和我国实现农业现代化具有重要意义，是重要的化学工业之一；同时氮气、氢气合成氨反应也是一个学生熟悉的、典型的平衡体系。本节以合成氨反应为研究对象，有利于学生应用化学平衡理论和化学反应速率理论尝试综合选择化工生产的适宜条件，从而体会化学理论的学习对生产实践的指导作用。
【学情分析】学生在前面的学习中，对化学平衡理论和化学反应速率理论有了一定程度的认识。经过高中一年的训练，学生善于质疑、主动思考、积极获取知识的学习习惯已基本养成，参与意识、合作意识已有较明显提高。他们正处于生理的高速发展期，认识能力和知识水平都达到了较高的层次，他们正经历着从习惯于感性思维、形象思维向更加关注理性思维、抽象思维的转轨期，所以在教学中注意引导学生分析、讨论，使他们的认识过程从直观的体验和想象上升到理性的思维阶段。
【设计思想】根据本节内容，先让学生就合成氨反应的热力学、动力学问题分别进行讨论，再综合考虑工业生产中的各种因素，对合成氨反应的适宜条件进行选择。将本节的教学过程分为三个环节：①分别利用学过的化学平衡和化学反应速率理论讨论合成氨的适宜条件；②综合考虑合成氨生产中动力、设备、材料、生产效率等因素，寻找工业合成氨的优化生产条件；③展望合成氨的发展前景，拓宽学生的视野。在讨论时注意问题设置的难度，利用平衡移动原理对反应转化率的探讨只局限在定性分析的水平上，而对于化学反应速率的研究则从半定量的角度进行。
【教学目标】
知识与技能：
1．了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件；
2．了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异；
3．通过对合成氨适宜条件的分析，认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要作用。
过程与方法：
1．通过对合成氨适宜条件的研究选择，学会把握主要矛盾、统筹兼顾解决问题的能力，培养理论联系实际的能力；
2．在运用理论解决问题的过程中，进一步加深对所学理论的理解，提高实际应用能力；
3．通过讨论、交流发现问题和解决问题，体验合作学习的过程和乐趣。
情感态度与价值观：
1．初步形成从多方面综合思考问题的意识；
2．认识化学反应原理在工业生产中的重要作用，提升学生对化学反应的价值的认识，从而赞赏化学科学对个人生活和社会发展的贡献。
【教学重点和难点】
重点：应用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件。
难点：如何引导学生应用化学反应原理选择化工生产条件的思路和和方法。
[教学过程]
分析:合成氨的反应特点
N2+3H2
2NH3
正反应为放热反应
正反应为气体体积减小的反应
请根据正反应的焓变和熵变分析在298K下合成氨反应能否自发进行能自发进行
[联想质疑] 利用氮、氢为原料合成氨的工业化生产曾是一个较难的课题，从第一次实验室研制到工业化投产，经历了约130年的时间。化学反应N2(g)
+
3H2(g)
2NH3(g)看起来十分简单，为什么合成氨的工业化生产会经历如此漫长的发展过程？（倾听、思考）
合成氨工厂为什么需要那么庞大而复杂的生产设备和特殊的生产条件？（创设问题情境）
[投影] 合成氨的车间外貌和生产设备图。（浏览图片）
[板书] 第四节
化学反应条件的优化——工业合成氨
一、自主获取信息
(一)合成氨的反应限度
请同学们根据合成氨反应的特点,利用影响化学平衡移动的因素,分析什么条件有利于氨生成。（降低温度、增大压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动；N2与H2的体积比为1：3时，平衡混合物中氨的含量最高）
交流·研讨参阅65页
合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)
+3H2(g)
2NH3(g)。
已知298
K时：△H==一92．2
kJ·mol-1
△S=一198．2
J·K一1·mol一1
(提示：合成氨反应的特点：①可逆反应；②熵减小的反应；③正反应气态物质系数减小；④正反应是放热反应。)
1．请你根据正反应的焓变和熵变分析298
K下合成氨反应能否自发进行。
2．请你利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成。
[结论]
高温,低压有利于化学平衡正向移动,N2,H2浓度比为1:3有利于化学平衡正向移动.
(二)合成氨反应的速率------阅读66页交流研讨
条件
Ea／kJ·mol一1
k(催)/k(无)
无催化剂
335
3.4×1012(700
K)
使用铁催化剂
167
[交流· 研讨]
1、结合影响反应速率的因素,思考什么条件
能使氨生成的快
答：升高温度
增大压强
增大反应物浓度
使用催化剂
2、实验表明,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
答：ν
=κC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)
3、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
可以采取哪些措施来提高反应速率
答：
增大N2、H2浓度、将氨及时从混合气中分离出去
二、合成氨的适宜条件
[交流·研讨]
1．根据合成氨反应的特点，应分别采取什么措施提高反应的平衡转化率和反应速率 请将你的建议填入下表。
提高反应的平衡转化率
提高化学反应速率
性质
措施
性质
措施
放热
活化能高
分子数减小
低温时反应速率低
平衡常数不大
原料气浓度增加能提高反应速率
氨气浓度增加能降低反应速率
2．请你尝试为合成氨选择适宜条件。
3．在确定合成氨的适宜条件的过程中，你遇到了哪些困难 你是怎样解决的
4．为了提高合成氨生产的能力，你认为还可以在哪些方面做进一步改进
催化剂对合成氨反应速率的影响
三、信息整合-----合成氨的适宜条件的选择
据合成氨反应的特点应分别采取什么措施提高反应的平衡转化率和反应速率讨论:
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
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
3、在合成氨工业中要使用催化剂,既然催化剂对化学平衡的移动没有影响,为什么还要使用呢
总结：合成氨适宜条件
催化剂------铁
温度-------700K左右
根据设备动力选择压强-----1×107~
1×108Pa
N2,
H2投料比--------1:2.8
及时分离----氨气
[课堂小结]
[课后作业]
【教学小结与反思】
1．新课程理念倡导学生能够从问题和任务出发，积极主动地通过交流研讨等活动，以获取知识和技能、发展能力、培养情感体验为目的的学习方式，本课例是以此为指导思想展开的。
2．本节课的重点是应用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件，教学主旨是使学生了解应用化学反应原理选择化工生产条件的思路和方法，初步形成从多方面综合思考问题的意识。
3．在教学过程中，充分利用教材中提供的“交流·研讨”组织学生展开讨论，引导学生将所学的理论知识与合成氨工业的实际问题相联系，做到学以致用。化学反应的方向
第三课时
一.教学内容：化学选修四——《化学反应原理》第二章第一节
化学反应的方向
二.教材分析：
上一节在学习了焓变和熵变分别影响化学反应的方向后，这一节重点介绍焓和熵共同影响化学反应的方向。在本节学完之后使学生对自发反应有了更充分的认识，为以后的进一步深入研究提供了知识支持。
三.设计思路:
先复习焓变和熵变分别对反应的影响，然后让学生自学焓和熵对反应方向的影响。再通过画坐标系的方式对△H和△S的情况进行讨论,进而深化对自发反应的理解。通过习题练习总结规律,最后做一定量的巩固训练，本节课即完成。
四.学习目标:
知识与技能：能通过熵焓公式△H-T△S定量判断反应的方向。
过程与方法：分别通过分析反应焓变与反应熵变与反应的方向，从而进一步了解影响因素以及各因素间的相互关联。
情感态度与价值观：在分析问题中能够体会到研究的乐趣，学会如何看待事物的多面性，并最终了解热力学理论研究的重要意义。
教学重.难点：通过△H-T△S判断反应的方向。
五.教学设计：
环节
教师活动
学生活动
设计意图
复习回顾
什么是自发反应？焓变是怎样影响反应方向的？熵变是怎样影响反应方向的？
学生思考，回答51班
单丹丹52班
徐瑞
复习回顾上节课的内容,检查掌握学情
情景创设
【提问】在一定条件下，一个化学反应能否自发进行，既与反应焓变有关，又与反应熵变有关，那么决定反应方向的究竟是反应的焓变还是熵变呢？
带着疑问阅读P37至
P39
引导学生自主学习
自主学习
给学生明确的思考方向，让学生通过讨论推出常温常压下的判据。学生在教师的指导下交流、讨论自主探索的学习成果，共享群体的智慧，拓展个体的知识视野，培养学生表现、交往、评价和批判能力，形成主动学习。【板书】三、焓变与熵变对反应方向的共同影响△H–T△S﹤0反应自发进行△H–T△S=0
反应达到平衡状态△H–T△S＞
反应不能自发进行
【总结】化学反应方向是化学反应的焓变和熵变共同影响的结果反应方向的判据为△H–T△S:△H–T△S﹤0反应自发进行△H–T△S=0
反应达到平衡状态△H–T△S＞0
反应不能自发进行
通过自主探索的学习成果，共享群体的智慧，拓展个体的知识视野，培养学生表现、交往、评价和批判能力，形成主动学习。
交流研讨
通过△H–T△S﹤0反应自发进行，温度始终T＞0，温度对焓变与熵变有影响，但是在焓变与熵变随温度变化不大的范围内，可以认为它们是定值△H△S△H-T△S反应的自发性—+﹤0一定自发+—﹥0一定不自发——低温﹤0，高温﹥0低温自发++高温﹤0，低温﹥0高温自发讲解：△H–T△S这个判据的局限性，只能用于一定温度、压强条件下的反应，不能用于其他条件（如温度、体积一定）下的反应。此外该判据指出的是在温度、压强一定的条件下自动发生的趋势并不能说明反应能否实际发生。
△H–T△S﹤0反应自发进行时讨论温度与反应方向的关系【总结】用坐标系表示出焓变和熵变与0的大小和反应是否自发的关系
通过教师的引导作用，学生自主推导温度与反应方向的关系通过学生思考与讨论，可以提高学生的思维能力与合作探究能力。
典型例题
【投影】对于反应：CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)
△H=178.2KJ·mol–1
△S=169.
62KJ·mol–1·K–1室温下能否自发进行？该反应的最低温度是多少？
学生通过计算得到结论：室温下不能自发反应，依据△H–T△S﹤0自发反应计算反应的最低温度51班
郝大威52班
杨航
体会本节课典型题型的解题思路和规范格式，并注意熵变单位的换算
概念提升
提出问题：通过以上学习，你认为怎样判断一个反应反应是否自发进行？
结合前面知识，重新认识焓变与熵变是自发反应的因素，但不是唯一因素，运用判据△H–T△S﹤0判断自发进行更符合客观规律。
通过前面一系列的学生活动引导学生参与概念的建构过程，帮助学生在建立概念、巩固概念的基础上发展概念，真正实现学生认知的螺旋式上升
迁移应用
能否使汽车尾气发生2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)转变成无毒物质？298K、100KPa△H=–746.8KJ·mol–1
△S=–197.
5KJ·mol–1·K–1
计算得△H–T△S=–687.92KJ·mol–1△H–T△S﹤0室温下反应能自发进行51班
生伟52班
刁治中
整合全节课内容，引导学生建立运用判据△H–T△S﹤0判断自发进行全面的视角，反刍知识
课堂小结
（一）焓变与熵变对反应方向的共同影响1.判据：△H-T△S2.判据与反应的自发性：
<
0
反应自发△H-T△S
=
0
达平衡状态
>
0
反应不能自发3.适用判据应注意的问题：（1）判断反应的自发性要结合△H和△S，利用△H-T△S（2）条件是温度、压强一定条件下（3）反应具有自发性，只能说明这个反应有进行的趋势，但这个反应到底能不能反应，那还要看反应进行的限度和反应进行的速率。
由学生来课堂小结，构建自己的知识网络
从三维目标的角度进行小结，让学生养成反复琢磨，提高知识概括的能力。
巩固练习
1．下列关于化学反应的自发性叙述中正确的是（
）A.焓变小于0而熵变大于0的反应肯定是自发的B.焓变和熵变都小于0的反应肯定是自发的C.焓变和熵变都大于0的反应肯定是自发的
D熵变小于0而焓变大于0的反应肯定是自发的2.电子工业中清洗硅片上的SiO2(s)的反应是：
SiO2(s)+4HF(g)==SiF4(g)+2H2O(g)△H(298.15K)=-94.0kJ·mol-1
△S(298.15K)=-75.8J·mol-1·K-1
（设△H和△S不随温度而变化）试求此反应自发进行的温度条件。
学生独立完成练习并展示结果51班
姜山
杨欣然52班
许路
魏璇
通过对习题的思考及分析对焓变与熵变对自发反应的影响作进一步认识和理解
作业设计
1.课本P40第3题2.在互联网查阅资料加深对熵、熵变的理解，运用复合判据判断自发方向
学生记录作业，总结、整理和反思全堂课内容
创新作业形式，留给学生自我反思的时间
教学反思
本节课知识难度不大，学生容易理解。结合一些常见的反应，学生学习积极性较大,激发出学生学习的兴趣。通过设计问题层层递进，学生思维广度和深度都很大。从学生学习效果和综合能力提高方面来看，这是一节很好的课。需要改进有1、实体设计要更有针对性2、课堂能够提供更多的空间，让更多的学生动手参与。总的来讲，本节课还是收到了预期中的效果。(共30张PPT)
第4节：化学反应条件的优化—工业合成氨
第二章
：化学反应方向，限度与速率
激
情
巩
固
：
化学反应速率的定义？
影响化学反应速率的因素有哪些？
什么是化学平衡？
化学平衡的特点？
什么是化学平衡的移动？
影响化学平衡的因素有哪些？
第一次世界大战爆发后,英国从海上完全封锁了与之为敌的德国,硝石不能从智利进口了.农田没有肥料,就会缺粮食;缺乏硝酸就会缺少炸药,德国就会投降.可是两年过去了，1916年德国的农田仍一片葱绿,前线的炮火反而更加猛烈了.这是怎么回事 是谁创造了这个奇迹呢
----以费里兹·哈伯为首的一批德国科学家,二十世纪初就研究固氮,利用空气、水和煤为原料,生产氢和氮,再把氮气和氢气制成了氨.他们为寻找合成氨的催化剂和适宜条件,曾花费了不知多少个春秋,终于获得成功.
合成氨的发现史
弗里茨.哈伯：德国化学家，出生于一个犹太富商家中。1900年获得博士学位。1908年7月首次合成氨气，1909年7月建成每小时生产90克氨气的实验装置，1918年获得诺贝尔化学奖。
哈伯首创了使用化学毒剂的化学战，在第一次世界大战中有130万人受到化学战的伤害，其中9万人死亡。
请同学们写出合成氨的化学反应方程式,并说明这个反应有什么特点
N2
+
3H2
2NH3
H<0
可逆反应
正反应为放热反应
正反应为体积缩小方向
假如你是一位化工厂的
厂长,对畅销产品的生产
效率、成本有何要求
基本要求：
a、反应快、单位时间内产量高
（速率）
b、原料利用率高、成本低
（平衡）
1
.
从速率角度分析：
合成氨反应
N2+3H2
2NH3（正反应放热）
分析角度
反应条件
化学反应速率
化学平衡
浓
度
压
强
温
度
催化剂
增大N2、H2浓度
高
压
使
用
高
温
2，请分析下表，结合化学平衡的知识，从有利于氨生成、分析合成氨的合适条件。
N2+3H2
2
NH3（正反应放热）
压强
氨含量
氨含量
温度
合成氨反应
N2+3H2
2NH3（正反应放热）
分析角度
反应条件
化学反应速率
化学平衡
浓
度
增大N2、H2浓度
压
强
高压
温
度
高温
催化剂
使用
减小NH3浓度
无
影
响
低
温
高
压
2.
从平衡角度分析
A.从反应速率的角度看：
增大反应物浓度、
压强越大、
温度越高，
使用催化剂；
均可使反应加快、
提高单位日产量
B.从化学平衡的角度看：
减小生成物浓度
高压、
低温，
均可使平衡时NH3含
量高、N2、H2转化率高
结
论
1.
压强是否越大越好？
2.
是否温度越低越好？
3.要不要使用催化剂呢？
讨论
N2+3H2
2NH3(放热反应)
1、压强怎么选？
分析：①合成氨反应是体积缩小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能提高平衡混合物中氨的含量，所以理论上压强越大越好。
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，因此压强也不宜过高。
综合以上两点，实际生产中压强一般选择在20MPa---50MPa之间。
2、温度怎么选择？
a.因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量。
b.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。
综合以上因素，实际生产中温度一般选择在500℃左右。
3、用不用催化剂？
使用催化剂能否提高合成氨的转化率？
使用催化剂对反应速率有何影响？
实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在500℃时活性较高。
4、浓度怎么定？
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。因此可以用保持一定的氮、氢浓度，减少氨气的浓度的方法，提高合成氨的效率和产量。
实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化而分离出去；及时补充氮气和氢气，使其保持一定的浓度。
结论：工业上合成氨的合适条件到底怎样？还应结合实际综合考虑如下：
选择合适的温度：一般500℃左右，该温度是为合成氨催化剂的活性温度；
合成氨的适宜条件
选择合适的压强：一般20MPa~50MPa，该压强下进行生产，对动力、材料、设备等正合适；
使用催化剂：虽不影响平衡含量（转化率），但可大大加快反应速率，提高生产效率和经济效益.
及时分离出NH3，并不断补充N2和H2：既增大了速率，又有利于提高转化率；
1.合成氨分几个阶段进行
2.
N2取自于什么物质
3.H2又来源于哪里
合
成
氨
工
业：
原料气的制取—净化—压缩—合成—分离
N2
H2
三、合成氨工业简介：
1、合成氨工业的流程
—液氨
原料气的制取
N2：液化空气，蒸发分离出氮气
H2：用水和燃料在高温下制取。如：
C
+
H2O（g）
CO+H2
CO+H2O（g）
CO2+H2
三、合成氨工业简介：
1、合成氨工业的流程
原料气的制取—净化—压缩—合成—分离
N2
H2
—液氨
四、合成氨工业的发展前景：
耐高压的材料．
新型催化剂的催化合成．
化学模拟生物固氮．
1.
合成氨反应中，使用催化剂的最主要的理由是（
）。
（A）使平衡向正反应方向移动
（B）没有催化剂该反应不能发生
（C）使化学反应速率增大
（D）遏止逆反应的发生
C
巩固练习：
2．合成氨时采用500℃左右的温度进行，主要是因为在该温度(
)
A．合成氨的化学反应速率
B．N2的转化率最高
C．催化剂的活性最大
D．NH3在平衡混合气体中的
体积分数最大
C
3.
能使合成氨反应进行程度增大
的方法(
)
A．升高温度
B．降低压强
C．使用催化剂
D．及时分离出NH3
D
4．合成氨时，既要使N2、H2的转化率增大，又使反应速率增快，可采取的办法是
(
）
A．不断充入N2
H2
B．升高温度
C．增大压强
D．分离出
NH3
C2-1
化学反应的方向
教学目标
知识与技能:
了解焓变、熵变与反应方向的关系；
能通过△H-T△S及给定的△S数据定量判断反应的方向。
过程与方法:
分别通过分析反应焓变与反应熵变与反应的方向，从而进一步了解影响因素以及各因素间的相互关联。
情感、态度与价值观:
在分析问题中能够体会到研究的乐趣，学会如何看待事物的多面性，并最终了解热力学理论研究的重要意义。
教学重点：
根据定量关系△H-T△S及给定数据判断反应方向
教学难点：
根据定量关系△H-T△S及给定数据判断反应方向
教学过程：
【导入】为了减轻汽车尾气造成的大气污染，人们提出通过2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)来处理，这一方案是否可行，反应物之间是否可以发生反应？你的依据是什么？
【板书】第一节
化学反应的方向
自发反应：
【教师】大家预习P35—P39，看看反应的自发性与哪些因素有关？
【学生】预习P35—P39（10分钟）
【教师】科学家根据自然界中能量有由高到低的自发性和混乱的程度有有序到无序的规律来研究化学反应……
【板书】一、反应焓变与反应方向
反应焓变是反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一因素。
一般的讲，放热反应容易自发进行。
【讲解】阅读P36并思考：NH4NO3(s)
、NaOH(s)、
NaC1(s)和蔗糖都能溶于水，它们的溶解过程与焓变有关吗？是什么因素决定它们的溶解能自发进行？固体溶解过程中的共同特点是：
【板书】二、反应熵变与反应方向
1.熵：描述体系混乱度的物理量
2.符号：S
单位：J mol-1 K-1
3.大小判据：
（1）物质的混乱度：体系混乱度越大，熵值越大；
（2）同一条件：不同物质的熵值不同；
（3）物质的存在状态：S(g)
>
S(l)
>
S(s)。
4.反应熵变
(1)符号：△S
(2)表达式:△S
=
S总和(生成物)
–
S总和(反应物)
(3)正负判断：
①气体体积增大的反应，△S>0,熵增加反应
②气体体积减小的反应，△S<0,熵减小反应
【过渡】那么决定反应方向的因素是什么呢？经许多化学家在研究大量的化学反应后得出化学反应的方向与反应的焓变及熵变都由关系。
【板书】三、焓变与熵变对反应方向的共同影响
【板书】1.判据：△H-T△S
2.判据与反应的自发性：
<
0
反应自发
△H-T△S
=
0
达平衡状态
>
0
反应不能自发
3.适用判据应注意的问题：
（1）判断反应的自发性要结合△H和△S，利用△H-T△S
（2）条件是温度、压强一定条件下
（3）反应具有自发性，只能说明这个反应有进行的趋势，但这个反应到底能不能反应，那还要看反应进行的限度和反应进行的速率。
【练习】阅读P38内容，填写：
化学反应变化
△H-T△S
能否自发
2KClO3(s)
==
2KCl(s)＋3O2(g)
CO(g)
==
C(s,石墨)＋1/2O2(g)
4Fe(OH)2(s)＋2H2O(l)＋O2(g)
==
4Fe(OH)3(s)
NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)
==
CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)
【板书】恒T恒P下
△H
△S
△H-T△S
反应的自发性
—
+
—
一定自发
+
—
+
一定不能自发
—
—
低温—，高温+
低温自发
+
+
高温—，低温+
高温自发
【小结】
△S
△H
【作业】P40
2、3
【板书设计】
一、反应焓变与反应方向
反应焓变是反应能否自发进行的一个因素，但不是唯一因素。
一般的讲，放热反应容易自发进行。
二、反应熵变与反应方向
1.熵：
2.符号：
单位：
3.大小判据：
（1）物质的混乱度：
（2）同一条件：不同物质的熵值不同
（3）物质的存在状态：S(g)
>
S(l)
>
S(s)
4.反应熵变
(1)符号：
(2)表达式:
(3)正负判断：
三、焓变与熵变对反应方向的共同影响
1.判据：△H-T△S
2.判据与反应的自发性：
<
0
反应自发
△H-T△S
=
0
达平衡状态
>
0
反应不能自发
3.适用判据应注意的问题：
（1）判断反应的自发性要结合△H和△S，利用△H-T△S
（2）条件是温度、压强一定条件下
（3）反应具有自发性，只能说明这个反应有进行的趋势，但这个反应到底能不能反应，那还要看反应进行的限度和反应进行的速率。
【作业】P40
2、3(共31张PPT)
普通高中课程标准实验教科书
化学反应原理（选修四）
第二章
化学反应的方向、限度与速率
第四节
化学反应条件的优化--工业合成氨
自从1809年在南美州的智利发现了硝酸钠矿床之后，智利硝石很快就成为当时世界上无机矿物含氮肥料的主要来源，据估计，在1850-1900年间，全世界无机氮肥有70%来自智利硝石，但矿产资源是有限的，这就迫使人们去思考：如何使大气中游离态氮，用人工的方法转变成可为植物吸收的化合态氮，即人工固氮，一直是化学家探索的有关国计民生的重大课题，特别是如何利用空气中氮和水中的氢直接合成氨一直十九世纪化学家研究的焦点之一。但由于长期未获成功，以至有人得出“由氮和氢直接合成氨是不可能的”的错误结论。直到1909年，德国化学哈伯取得了突破性进展，成功地建立了每小时能产生80克氨的装置，从而使人们看到了解决这一问题的曙光，开创了合成氨的历史，哈伯也因此获得了1918年的诺贝尔化学奖。
工业合成氨的巨大成功，改变了世界粮食生产的历史，解决了世界因人口增长而需要的粮食，以合成氨为基础原料的化肥工业，对粮食增产的贡献率占50%左右。
【交流·研讨1】
合成氨反应是一个可逆反应:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)
已知298K时:
△H=
-92.2KJ·mol-1
△S
=
-198.2J·mol-1.K-1
请根据正反应的焓变和熵变分析298K下合成氨反应能否自发进行？
298K下合成氨反应的平衡常数K为４.１×１０６
（mol·L-1)-2
书P65
合成氨反应的特点：
①可逆反应
③正反应气态物质系数减小
④正反应是放热反应
②熵减小的反应
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)
△H
＝-92.2kJ/mol
(1体积)
(3体积)
(2体积)
△S
=
-198.2J·K-1·mol-1
合成氨工业生产时主要考虑的生产条件？
（1）要使氨生成得更多（即提高平衡混合物里氨的含量）
——化学平衡问题
（2）要使氨生成得更快（即提高单位时间里氨的产量）
——化学反应速率问题
【交流·研讨2】
请利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成．
书P65
一、合成氨反应的限度
1:1
1:2
1:3
1:4
1:5
1:6
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
NH3%
N2:H2
___温度、___压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动，N2、H2体积比为_____时平衡混合物中氨的含量最高。
增大
降低
1：3
研讨结果
【交流·研讨3】
1、你认为可以通过控制那些反应条件来提高合成氨反应的速率？
2、实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应速率与反应的物质的浓度的关系为:
ν
=κC(N2)C1.5(H2)C-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？可以采取哪些措施来提高反应速率？
二、合成氨反应的速率
3、请你根据下表所给的数据分析催化剂对合成氨反应速率的影响：
催化剂对合成氨反应速率的影响
条件
△
E
/KJ/mol
k(催)/k(无)
无催化剂
335
3.4×1012(700k)
使用Fe催化剂
167
1.升高温度
2.增大压强
3.使用催化剂
使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。
4.增大N2和H2浓度,将氨及时从混合气中分离出去
研讨结果
研讨的内容
研讨的问题
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，那么生产中温度是否越低越好？
3
、催化剂对化学平衡的移动没有影响，
在合成氨工业中要不要使用催化剂，为什么？
温度怎么选择？
要不要用催化剂？
【交流·研讨4】
1、压强怎么选？
分析：
①合成氨反应是气态物质系数减小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。
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科学技术。
综合以上两点:根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。实际生产中压强一般选择在200～500大气压之间。
2、温度怎么选择？
分析：
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催化剂要在一定温度下催化活性最大。
综合以上因素:实际生产中温度一般选择在700K左右（主要考虑催化剂的活性）。
3、用不用催化剂？
实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在700K时活性最高。
分析:
经济效益和社会效益要求化学反应速度要快，
原料的利用率要高，单位时间的产量要高。
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。从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大，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1：2.8时，更能促进氨的合成。
实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化分离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使其保持一定的浓度。即N2和H2的物质的量比为1：2.8
（阅读书本67页）
研讨的内容
研讨的问题
研讨结果
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
、催化剂对化学平衡的移动没有影响，
在合成氨工业中要不要使用催化剂，为什么？
要不要用催化剂？
根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。实际生产中压强一般选择在200～500大气压之间
综合因素:实际生产中温度一般选择在700K左右（主要考虑催化剂的活性）。
实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在700K时活性最高。
外部条件
工业合成氨的适宜条件
压强
温度
催化剂
浓度
根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强200~500个大气压
适宜温度700K右左
使用铁触媒作催化剂
N2和H2的物质的量比为1：2.8的投料比,
氨及时从混合气中分离出去
研讨总结
合
成
氨
流
程
简
图
合
成
塔
氨
分
离
器
液氨
水
冷
器
循环气体
压缩机
循环压缩机
氢氮混合气
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0.6万吨；
2000年达到3363.7万吨，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.
通过本节课的学习
您有什么收获？
【总结】2-2-2
平衡转化率
教学目标
知识与技能:
1.了解平衡转化率的含义。
2.学会平衡浓度的求算。
3.能根据化学平衡计算的方法思路，进行平衡常数、平衡转化率的计算。
过程与方法:
1.通过平衡转化率的计算，培养学生的计算能力。
2.通过对数据分析，培养学生分析、处理数据的能力，提高学生逻辑归纳能力。
情感、态度与价值观:
通过平衡转化率的计算，培养学生严谨求实、积极实践的科学作风。
教学重点：
平衡转化率的含义及计算。
教学难点：
平衡转化率的计算。
教学过程：
【提问】浓度商Q和平衡常数K的关系是怎么影响反应的方向的？什么时候达到平衡状态？
【教师】观察下面两个表，想想影响K值大小的因素是什么？
【学生】观察、思考
表一：H
2(g)＋I2
(g)
2HI
(g)
，△Ｈ<
0
温度(K）
序号
初始浓度（mol/L）
平衡浓度（mol/L）
c0(H2)
c0(I2)
c0(HI)
H2]
I2]
HI]
698.6
①
0.01067
0.01196
0
0.001831
0.003129
0.01767
54.4928
②
0
0
0.01069
0.001141
0.001141
0.008410
54.3060
798.6
③
0.01135
0.00904
0
0.00456
0.00195
0.00859
8.2883
④
0
0
0.01655
0.00339
0.00339
0.00977
8.3013
表二：N2O4
(g)2NO2
(g)
△Ｈ>
0
无色
红棕色
温度(K)
初始浓度(mol/L
平衡浓度(mol/L)
K
c0(N2O4)
c0(NO2)
N2O4]
NO2]
298
0.050
0
0.02175
0.05650
0.1468
333
0.050
0
0.00488
0.0901
1.664
①请计算相应温度的平衡常数。
②分析表中数据，判断K值随温度的变化关系？
【板书】5.影响K的因素仅是温度，与压强、体积等其他因素无关
正向吸热反应，升高温度，K值增大；
正向放热反应，升高温度，K值减小。
【交流 研讨】
化学反应
K表达式
单位
1
1/2N2(g)
+
3/2
H2(g)
NH3(g)
2
N2(g)+
3
H2(g)
2NH3(g)
3
2NH3(g)
N2(g)
+
3
H2(g)
4
NH3 H2O(aq)
NH4+(aq)
+
OH—(aq)
5
FeO(s)
+
CO(g)
Fe(s)
+
CO(g)
6
AgCl(s)
Ag+(aq)
+
Cl-(aq)
【板书】6.K的书写：
（1）平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关
（2）对于给定的化学方程式，正逆反应的平衡常数互为倒数
（3）平衡常数的单位与化学方程式的表示形式一一对应
（4）固体或纯液体和液态水不列入平衡常数的表达式中
（因其浓度为常数，可认为为“1”，带入表达式中，可消去。）
【教师】用平衡常数来表示化学反应的限度有时不够直观，因此在实际应用中，常用平衡转化率α来表示反应限度。对于aA（g）+bB（g）cC（g）+
dD（g），反应物A的平衡转化率可以表示为：
【板书】二、平衡转化率
α=
x100%
=
x100%
在密闭容器中或反应体系体积不变的情况下：
=
x100%
【例1】
【例2】主要要让学生知道“三步法”解题的格式和步骤。
【教师】还可以用产率β来表示，对于aA（g）+bB（g）cC（g）+
dD（g），产物C的产率可以表示为：
β=
x100%
=
x100%
在密闭容器中或反应体系体积不变的情况下：
=
x100%
【交流研讨】P46表2-2-2
【结论】提高某种反应物的浓度，可以提高另一种反应物的转化率，但却降低了该种反应物的转化率。实际中可以增大某种便宜的反应物的量从而达到提高较贵的反应物的转化率，获得更多产物的目的。
【作业】P52
3平衡转化率
【板书设计】
5.影响K的因素仅是温度，与压强、体积等其他因素无关
正向吸热反应，升高温度，K值增大；
正向放热反应，升高温度，K值减小。
6.K的书写：
（1）平衡常数的表达式与化学方程式的书写方式有关
（2）对于给定的化学方程式，正逆反应的平衡常数互为倒数
（3）平衡常数的单位与化学方程式的表示形式一一对应
（4）固体或纯液体和液态水不列入平衡常数的表达式中
二、平衡转化率
α=
x100%
=
x100%
在密闭容器中或反应体系体积不变的情况下：
=
x100%
β=
x100%
=
x100%
在密闭容器中或反应体系体积不变的情况下：
=
x100%
【作业】P52
4、5题。化学平衡常数
化学平衡常数是指在一定温度下,可逆反应无论从正反应开始,还是从逆反应开始,也不管反应物起始浓度大小,最后都达到平衡,这时各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积除以各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积所得的比值是个常数,用K表示,这个常数叫化学平衡常数
（1）平衡常数表达式及其意义
对于化学反应
mA+nBpC+qD
在一定温度下达到化学平衡时，其平衡常数表达式为：
K=[c^p(C)·c^q(D)]/[c^m(A)·c^n(B)]
在书写平衡常数表达式时，要注意以下问题：
①
在应用平衡常数表达式时，稀溶液中的水分子浓度可不写。因为稀溶液的密度接近于1
g／mL。水的物质的量浓度为55.6
mol／L。在化学变化过程中，水量的改变对水的浓度变化影响极小，所以水的浓度是一个常数，此常数可归并到平衡常数中去。
对于非水溶液中的反应，溶剂的浓度同样是常数。
②
当反应中有固体物质参加时，分子间的碰撞只能在固体表面进行，固体的物质的量浓度对反应速率和平衡没有影响，因此，固体的“浓度”作为常数，在平衡常数表达式中，就不写固体的浓度。
③
化学平衡常数表达式与化学方程式的书写方式有关。同一个化学反应，由于书写的方式不同，各反应物、生成物的化学计量数不同，平衡常数就不同。但是这些平衡常数可以相互换算。
④
不同的化学平衡体系，其平衡常数不一样。平衡常数大，说明生成物的平衡浓度较大，反应物的平衡浓度相对较小，即表明反应进行得较完全。因此，平衡常数的大小可以表示反应进行的程度。
（2）平衡常数的测定
平衡常数可以用实验方法测定，也可以利用热力学数据计算而得。
实验方法通常有化学方法和物理方法。
化学方法是通过化学分析法测定反应达到平衡时各物质的浓度。但必须防止因测定过程中加入化学试剂而干扰了化学平衡。因此，在进行化学分析之前必须使化学平衡“冻结”在原来平衡的状态。通常采用的方法是采取骤冷、稀释或加入阻化剂使反应停止，然后进行分析。例如，要测定反应2H2+O22H2O在2
000
℃达到平衡时的平衡常数，可以将一定量的水置于耐高温的合金管中加热，在2
000
℃时保持一段时间，使之达到化学平衡。然后，将管子骤然冷却，再分析其中H2O、H2、O2的含量，便可计算出在2
000
℃时这个反应的平衡常数。
物理方法就是利用物质的物理性质的变化测定达到平衡时各物质浓度的变化，如通过测定体系的折光率、电导、颜色、压强或容积的改变来测定物质的浓度。物理方法的优点是在测定时不会干扰或破坏体系的平衡状态。
（3）平衡常数的单位
平衡常数有标准平衡常数和非标准平衡常数之分，前者的量纲为一，后者的量纲取决于平衡常数的表达式。
根据标准热力学函数算得的平衡常数是标准平衡常数，记作K?,又称之为热力学平衡常数；用平衡时生成物对反应物的压力商或浓度商表示的平衡常数是经验平衡常数（Kp或Kc）,或称作非标准平衡常数。中学教材中涉及的平衡常数是经验平衡常数。
大家知道，一些重要的热力学函数，如U、H、F、G等的绝对值是无法确定的。为了计算它们的相对大小，需要统一规定一个状态作为比较的标准，这样才不致引起混乱。所谓标准状态是指在温度T和标准压力
(101
325
Pa)下物质的特定状态，简称标准态。热力学数据表中的标准态，国际上都已有明确规定。
对于反应物计量系数之和等于生成物计量系数之和的反应，其经验平衡常数是无量纲的纯数，与压力、浓度所用的单位无关，而且也等于标准平衡常数之值。
对于反应物计量系数之和不等于生成物计量系数之和的反应，则其经验平衡常数是有量纲的量，其数值就与压力、浓度所用的单位有关。也只有当压力、浓度的单位与热力学数据表中对应标准态的单位相同时，所计算的经验平衡常数数值才能与标准平衡常数数值相同。2-4
化学反应条件的优化——工业合成氨
教学目标
知识与技能:
了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件；
了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异；
通过对合成氨适宜条件的分析，认识化学反应速率和化学平衡的控制在工业生产中的重要作用。
过程与方法:
在化学反应的方向、限度、速率等理论为指导的基础上带领学生选择适宜的反应条件，引导学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:
认识化学反应原理在工业生产中的重要作用，提升学生对化学反应的价值的认识，从而赞赏化学科学对个人生活和社会发展的贡献。
教学重点：
应用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件。
教学难点：
应用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件。
教学过程：
【提问】影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些？
【学生】回答
【注意】催化剂只能改变化学反应速率，不能改变化学平衡状态。
【教师】今天这节课我们就看看如何利用化学反应的有关知识将一个化学反应实现工业化，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化投产经历了约150年的时间。德国科学家哈伯在10年的时间内进行了无数次的探索，单是寻找高效稳定的催化剂，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化剂，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，瑞典皇家科学院于1918年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖。
【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298K时:
△H=
-92.2KJ·mol—1
，
△S
=
-198.2J·K—1·mol—1
请根据正反应的焓变和熵变分析298K下合成氨反应能否自发进行？
298K下合成氨反应的平衡常数K为4.1×106（mol·L—1)—2
【学生】假设△H和△S不随温度变化，算得T<465.2K
。
【提问】观察合成氨的化学反应，说明合成反应的特点：
【投影】N2(g)
+
3H2(g)
2NH3(g)
△H
＝-92.2kJ/mol
(1体积)
(3体积)
(2体积)
【学生】①可逆反应
②熵减小的反应
③正反应气态物质系数减小
④正反应是放热反应
【板书】第四节 化学反应条件的优化——工业合成氨
一、合成氨反应的限度
【交流·研讨】请利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成。P65
【投影】
【学生回答】
降低
温度、
增大
压强有利于化学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来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
=κC(N2)C1.
5(H2)C—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？可以采取哪些措施来提高反应速率？
3、请你根据下表所给的数据分析催化剂对合成氨反应速率的影响：
催化剂对合成氨反应速率的影响
条件
△
E
/KJ/mol
k(催)/k(无)
无催化剂
335
3.4×1012(700k)
使用Fe催化剂
167
【学生回答】
1.升高温度
增大压强
增大反应物浓度
使用催化剂
2.增大N2、H2浓度,将氨及时从混合气中分离出去
3.使用催化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
催化剂
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
、催化剂对化学平衡的移动没有影响，
在合成氨工业中要不要使用催化剂，为什么？
要不要用催化剂？
【分析】1、压强怎么选？
①合成氨反应是气态物质系数减小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。
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科学技术。
【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来选择压强。
【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催化剂要在一定温度下催化活性最大。
【结论】综合以上因素:实际生产中温度一般选择在700K左右（主要考虑催化剂的活性）。
【分析】3、用不用催化剂？
经济效益和社会效益要求化学反应速度要快，
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化剂（铁触媒），它在700K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。从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大，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1：2.8时，更能促进氨的合成。
【结论】实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化分离出去；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来选择压强
温度
适宜温度
700K左右
催化剂
使用铁触媒作催化剂
浓度
N2和H2的物质的量比为1：2.8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、一般要使用催化剂：这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益；
2、选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大的温度；
3、选择合适的压强：既要考虑化学反应速率和化学平衡，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0.6万吨；
2000年达到3363.7万吨，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、催化剂
合成氨的铁催化剂
这一类合成氨催化剂以还原铁为催化剂主要活性成分，并掺加
各种促进剂和载体的催化剂.
促进剂：稀土金属及其氧化物
关于稀土金属及其氧化物的作用，我国也进行了一些研究。国外也报
道了一些含钐、锆、钯、铑的催化剂研究结果，发现稀土金属及其氧化物是对氨合成非常有效的促进剂。我国有丰富的钛、锆、铌等稀有金属资源，因此，
以稀有金属氧化物为促进剂，有希望成为我国改进工业合成氨的铁催化剂的研究方向之一。
合成氨的钌催化剂
合成氨熔铁型催化剂要在高温、高压和耗能高的苛刻条件下使用，且催化剂的活性并不是很高。而合成氨的钌催化剂可能是一种较好的催化剂。它在低温低压下活性很高，常压下比合成氨的铁催化剂的活性高10—20倍，且对水、CO和CO2不敏感，但合成氨的钌催化剂在高压下未必比合成氨的铁催化剂来得优越。
2.化学模拟生物固氮
现在，世界上好多国家（包括我国）的科学家，都在研究模拟生物固氮，即寻找人工制造的有固氮活性的化合物。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化合物有可能作为可溶性的固氮催化剂。
3.超声波固氮：
氮气在通常状态下十分稳定，一般难以发生化学反应，但在超声波作用下，可以使氮分子中的化学键削弱，从而在较温和的条件下就可以发生化学反应。在室温下用超声波辐射溶有空气的饱和水溶液后，可以测到处理过的水中含有亚硝酸、硝酸等；如果处理溶有氮气、氢气和一氧化碳的饱和水溶液，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=-197.8
KJ/mol
①
SO3(g)
+
H2O(l)
===
H2SO4
(aq)
②
反应①的平衡常数K随温度升高而减小.
所用催化剂的主要成分为V2O5(6％-12％)
、K2SO4(17％-20％)
、SiO2(50％-70％),能使催化剂中毒的物质有砷、硒、氟等.
请根据以上信息讨论二氧化硫氧化反应的工艺条件(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其实验数据见表
（1）应选用的温度是
450℃
。
（2）应采用的压强是
常压
，理由是
因为常压下SO2的转化率已经很高，若采用较大压强，SO2的转化率提高很少，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）原料气必需净化的原因是
。
(5)尾气中有SO2必须回收是为了
。
板书设计
第四节 化学反应条件的优化——工业合成氨
一、合成氨反应的限度
二、合成氨反应的速率
ν
=κC(N2)C1.
5(H2)C—1(NH3)
三、合成氨的适宜条件
1、一般要使用催化剂：这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高
了经济效益；
2、选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大的温度；
3、选择合适的压强：既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、
设备等。
化学热力学
化学动力学
化学反应的方向
化学反应的限度
化学反应的速率
工艺流程
化学工艺学
高压对设备材质、
加工制造的要求、温度
的催化剂活性的影响等
合成氨反应能否自发
怎样能促使化学反应向合成氨方向移动
怎样能提高合成氨反应速率
适宜的合成氨条件
NH3%
0.60.50.4
0.3
0.2
0.1
1：1
1：2
1：3
1：4
1：5
1：6
n(N2):n(H2)第4节
化学反应条件的优化——工业合成氨
一、教材分析
本章教材前三节教材内容安排的是化学反应的方向、限度与速率的理论知识，分别从化学热力学角度介绍化学反应方向的判据以及浓度、温度等外界条件对化学平衡的影响，从化学动力学角度介绍影响化学反应速率的因素并进行定量研究和理性分析。而在实际生产中，从化学热力学角度实现高转达化率所需的条件往往与从化学动力学角度实现高速率所需的条件相互矛盾。为了以较高速率获得适当的转化率，人们通常对这两方面的研究结果进行综合分析，即进行反应条件的优化。本节内容就是对前两部分知识的综合应用，以工业合成氨为例探究化学反应条件优化的选择方法，体现化学反应的方向、限度、速率等理论在优化选择化学反应条件方面的作用，初步尝试利用理论分析化工生产中的实际问题，引导学生考虑合成氨生产中动力、设备、材料生产效率等因素；再结合生产中的数据向学生介绍合成氨的实际生产条件，对合成氨的适宜条件进行选择，使他们在解决实际问题的过程中提升对化学反应的价值的认识；课堂中通过“动手”“动脑”“动口”等师生互动的方法来完成教与学的任务，达成教与学的目标。
二、教学设计思路
三、教学过程
课题
化学反应条件的优化——工业合成氨
授课人
刘传武
课时：1
课时
时间：11.28
教学目标
知识与技能
应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件。过程与方法
1.认识合成氨的化学原理，应用化学反应速率和化学平衡原理来选择合成氨的适宜条件。学生通过丰富的资料及问题探讨培养抽象思维能力和分析推理能力。2.了解合成氨生产的主要流程。情感、态度与价值观
1.学生在多媒体的交互式学习环境中，充分发挥学习的主动性，培养检索、处理、获取信息的终身学习能力。
2.培养用辩证唯物主义观点（对立统一的观点）看待物质、看待世界。树立环境保护的意识和爱国主义的观点。
重点难点
应用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件
教学方法
学生自主学习
问题讨论总结
教学用具
实物投影、电脑
教学过程
教师活动预设
学生活动预期
设计意图
新课引入提问讲解
【引入】这节课我们将讨论怎样应用学过的化学反应速率和化学平衡的知识来研究有关合成氨工业的问题。【投影】展示工业合成氨图片两幅：
合成氨工厂为什么需要那么庞大而复杂的生产设备和特殊的生成条件呢？
这就要求我们从动力学角度与化学平衡移动原理分析如何提高氨的产量。【板书】化学反应条件的优化——工业合成氨【过渡】现在工厂合成氨气，应怎样选择生产条件呢？【设问】利用化学反应速率和化学平衡移动知识，从生产目的、选择的依据和原则角度考虑这个问题，选择生产条件的目的是什么？选择生产条件的依据是什么？
回忆速率、平衡理论；认真观察图片并思考与理论联系。
由图片引入新课，激发学习兴趣。 通过事例分析指出本节重点及学习方法，明确学生的学习方向
判断合成氨反应能否自发进行
【交流·研讨】合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已知298K时，△H=-92.2kJ·mol-1
△S=-198.2J·K-1·mol-1
请根据正反应的焓变和熵变分析298K下合成氨反应能否自发进行。
学生讨论分析反应特点：
合成氨反应为放热、气态物质系数减少的可逆反应。△H-T△S=-92.2kJ·mol-1-298K×（-198.2J·K-1·mol-1）＜0298K时，合成氨反应是可以自发进行的。
为讨论合成氨适宜生产条件做准备。使学生体会一般的研究思路：第一步是进行化学热力学分析。先判断反应的方向，再利用平衡移动
合成氨反应的限度
【活动探究】请同学们根据合成氨反应的特点，利用影响化学平衡移动的因素，分析什么条件有利于氨的合成？【板书】一、合成氨反应的限度 【点拨】如图2-4-3所示，在不同反应温度、压强下反应达平衡时，平衡混合物中氨含量的测定结果与上述理论分析结果一致。
进一步研究发现，在一定的温度、压强下，反应物氮气、氢气的体积比为1：3时平衡混合物中氨的含量最高。（注意控制变量：定一议二，即寻找等压线、等温线。）
学生讨论回答：
降低温度、增大压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动；N2、H2的体积比为1：3时平衡混合物中氨的含量最高。学生观看图2-4-3进行分析。
用化学平衡原理分析如何提高氨的产量。
合成氨反应的速率
【过渡】在寻找最佳的生产条件时，除了考虑反应的限度时，还需要研究采取哪些措施来提高化学反应速率。【板书】二、合成氨反应的速率【交流·研讨】1.结合影响反应速率的因素，思考什么条件能提高合成氨反应的速率？
2.实验表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系为v
=kc(N2)c1.5(H2)c-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？可以采取哪些措施来提高反应速率？请你根据下表所给的数据分析催化剂对合成氨反应速率的影响：
学生分析回答：1.升高温度增大压强增大反应物浓度使用催化剂2.增大N2、H2浓度，将氨及时从混合气中分离出去3.分析下表所给的数据使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。条件Ea/kJ.mol-1K(c催)/k(无)无催化剂3353.4×1012(700k)使用铁催化剂167表2-4-1
让学生从整体上对影响化学反应速率的各种影响进行定性分析，发挥理论的积极指导作用。
结合生产实际选择合成氨的适宜条件
【板书】三、合成氨的适宜条件【交流·研讨】根据合成氨反应的特点，应分别采取什么措施提高反应的平衡转化率和反应速率？请将你的建议填入下表。
在合成氨生产中，达到高转化率与高反应速率所需要的条件有时是相互矛盾的。由理论分析再结合生产实际（高压对设备材质、加工制造的要求和所需能耗多少、温度对催化剂活性的影响等）讨论：⑴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？⑵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？【点拨】师生：讨论得出选择适宜生产条件的原则：（1）既要注意外界条件对二者影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性。（2）既要注意温度、催化剂对速率影响的一致性，又要注意催化剂对温度的限制。（3）既要注意理论上的需要，又要注意实际可能性。【总结】合成氨的适宜条件：选择铁做催化剂；反应温度在700K左右；根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强，大致分为低压（1×107Pa）、中压（2×107～3×107Pa）和高压（8.5×107～1×108Pa）三种类型；n(N2)：n(H2)=1：2.8。（注意：这里的低压、中压，其实也是高压。）
学生讨论后完成下表外界条件使NH3生产的多使NH3生产的快平衡分析速率分析压强高压高压温度低温高温催化剂无影响使用反应物浓度增大增大生成物浓度减小减小
复习、整理关于化学反应的方向、限度和速率的理论知识并查阅资料回答：⑴低温虽然有利于平衡向生成氨的方向移动，但低温时反应速率低，所以生产中温度不是越低越好。考虑到催化剂活性，应选择适宜的温度使催化剂的活性最大。⑵虽然增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，但是我们应该考虑到反应器材质及综合指标来选择压强，并非是越大越好。
通过交流研讨使学生体会这是用理论解决实际总是的一个重要步骤，需要综合评价热力学与动力学的研究结果，还必须考虑实际工艺技术等各方面因素。归纳出合成氨生产的适宜条件，引导思考的方向，结合生产数据介绍合成氨实际生产条件，使学生在解决实际总是的过程中进一步加深对所学理论的理解。
合成氨的生产流程
【板书】合成氨的生产流程（三部曲）造气→净化→合成氨，即（1）原料气的制备：
N2来自空气，H2
来自水中CH4+H2O=CO+3H2
CO+H2O=CO2+H2净化：
消除造气过程中夹带着的杂质，防止催化剂中毒。合成氨【知识拓展】简单介绍我国合成氨工业的发展情况。
学生认真听讲，观看课本及ppt上的合成氨工艺生产流程图。
加深学生对化工生产的了解。 让学生了解我国合成氨工业发展历程，目前我国合成氨工业从生产能力和产量上都位居世界前列，对他们进行情感态度与价值观教育。
【知识前沿】化学模拟生物固氮根瘤菌，生物固氨。常温常压下进行。成本低、转化率高、效率高。模拟生物的功能，把生物的功能原理用于化学工业生产过程。
学生展望，思考。
让学生了解科学前沿和科技发展动态，体会学无止境。
课堂小结
结合理论依据和生产实际，适宜的合成氨条件为：铁催化剂，700K，根据反应器选择压强，n(N2)：n(H2)=1：2.8，实际生产中还需将生成的氨气及时从混合气中分离出来，并且不断地向循环气中补充氮气、氢气。
课堂达标练习
【投影】1．下列有关合成氨工业的叙述，可用化学平衡移动原理来解释的是( )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2．.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中3.已知SO3的合成反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3
(g)
△H＜0，其实验数据见下表：（1）应选用的温度是
。应采用的压强是常压，理由是
。
（3）在生产中，通入过量空气目的是
。（4）原料气必需净化的原因是
。
(5)尾气中有SO2必须回收是为了
。
学生思考、回答迁移应用能力
通过当堂达标练习，学生实际分析解答，进一步加深了本节课理论指导实践的认识。
作业布置
《自主学习丛书》第71页第5题
板书设计：第4节化学反应条件的优化——工业合成氨一、合成氨反应的限度有利于化学平衡向生成氨的方向移动的影响因素：降低温度、增大压强二、合成氨反应的速率有利于加快生成氨速率的影响因素：升高温度、增大压强、使用催化剂、提高氮氢的比例、降低氨的浓度。三、合成氨的适宜条件结合生产实际，适宜的合成氨条件为：铁催化剂；700K；根据反应器材质、动力设备选择压强；n(N2)：n(H2)=1：2.8
课后反思：
合成氨工业条件的选择是一个综合性很强的问题，它涉及速率、平衡理论知识与合成氨工业实际相结合，是学以致用的好案例。
新课程理念倡导学生能够从问题和任务出发，积极主动地通过交流研讨等活动，以获取知识和技能、发展能力、培养情感体验为目的的学习方式，本案例是以此为指导思想展开的。2．本节课的重点是应用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件，教学主旨是使学生了解应用化学反应原理选择化工生产条件的思路和方法，初步形成从多方面综合思考问题的意识。3．在教学过程中，充分利用教材中提供的“交流·研讨”组织学生展开讨论，引导学生将所学知识学以致用。4.通过当堂达标训练，学生的实际分析解答，学生会进一步加深理论对指导实践的认识。第四节
化学反应条件的优化
--工业合成氨
教材分析
本节教材体现了化学反应速率和平衡移动原理等理论对工业生产实践的指导作用，同时在运用理论的过程中，也可进一步加深学生对所学理论的理解。
教材分为两部分：第一部分主要是通过讨论引导学生运用化学反应速率和化学平衡原理等知识，并考虑合成氨生产中动力、设备、材料等的实际情况，合理地选择合成氨的生产条件。第二部分是拓宽思路方面的内容，主要是探讨合成氨的发展前景。
在第一部分内容中，教材针对合成氨的反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应，首先要求学生利用已学过的知识，讨论为使合成氨的化学反应速率增大所应采取的方法。在此基础上，又据实验数据讨论为提高平衡混合物中
的含量所应采取的方法。在两个讨论的基础上，教材又结合合成氨生产中动力、材料、设备、催化剂的活性等实际情况，较具体地分析了合成氨时压强、温度、催化剂等的选择情况。此外，还结合合成氨生产过程示意图，简单提及浓度等条件对合成氨生产的影响，以及原料的循环使用等问题，以使学生理解合成氨条件的选择应以提高综合经济效益为目的。
第二部分教学在第一部分的基础上讨论合成氨的发展前景，拓宽学生的思路，主要目的不在于知识本身，而更多地应侧重于培养学生的创新精神和训练科学方法。
教学建议
第一部分“合成氨条件的选择”的教学：
1．提出问题：针对合成氨的反应，首先需要研究如何在单位时间里提高的产量，这是一个化学反应速率问题。
2．复习提问：浓度、压强、温度、催化剂对化学反应速率影响的结果。
3．组织讨论：
①为使合成氨的反应速率增大，应采取的方法。
②合成氨反应是可逆反应，在实际生产中，仅仅考虑单位时间里的产量问题（化学反应速率问题）还不行，还需要考虑如何最大限度地提高平衡混合物中
的含量问题（化学平衡的移动问题）。
③针对合成氨的反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应，要求学生利用已学过的知识，讨论为最大限度地提高平衡混合物中
的含量所应采取的方法。
4．阅读图表实验数据印证理论：学生通过阅读表2－4的实验数据可知，应用平衡移动原理得出的结论与科学实验的结果是完全一致的，这会大大提高学生的学习兴趣。
5．综合上面的讨论情况，同时综合考虑合成氨生产中动力、设备、材料等的实际情况，具体地研究合成氨条件的选择问题。此外，要结合合成氨生产过程示意图，简单提及浓度对合成氨生产的影响以及原料的循环使用等问题，以使学生理解合成氨条件的选择应以提高综合经济效益为目的。
第二部分“合成氨工业发展前景”的教学
1．从合成氨工业的发展简况入手，以压强选择的变化为例，说明合成氨条件的选择是与科技进步、动力、材料、设备等条件的改善紧密相联系的，并仍将随之而作相应的改变。
2．目前研究课题简介：结合简介，可向学生提出一些问题，启发学生思考，拓宽学生的思路，使学生的科学方法得到训练，如研究催化剂的目的是什么？新催化剂的研制成功，使合成氨反应可在较低温度下进行，是否会减缓合成氨生产中对压强的要求而减少设备制造的投资？等等。
配合目前研究课题的简介，教材编写有“化学模拟生物固氮”的阅读材料，可让学生阅读，要求学生拓宽思路、设想甚至想象。
合成氨条件的选择
1．压强。增大压强，有利于
的合成，但在实际市产中，压强不可能无限制的增大，因为压强越大，需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，势必增大生产成本，降低综合经济效益。因此，受动力、材料、设备等条件的限制，目前我国合成氨厂一般采用的压强是
。
2．温度。合成氨为放热反应，低温有利于氨的生成。但是温度越低，反应速率就慢，到达平衡所需要的时间越长，因而单位时间内产量低，这在工业生产中是很不经济的。综合考虑各种因素，在实际生产上，采用500℃的温度，此时催化剂的活性最大。
3．催化剂。由于
分子非常稳定，
与
的化合十分困难，即使采用了加热与高压的条件，合成氨的反应还是十分缓慢。为了加快化合反应速率，降低反应所需要的能量，合成氨工业普遍使用铁触媒作催化剂。
在实际生产中，不断补充
、
（增大反应物浓度），采取迅速冷却的方法（减小生成物浓度），使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去，以促使化学平衡不断地向着生成
的方向移动。
合成氨化学发展史上的“水门事件”
在探索合成氨崎岖的道路上，它不仅使两位杰出的化学家勒沙特列和能斯特折戟蒙羞，而且使一位对人类社会发展作出巨大贡献并因此获得诺贝尔化学奖的哈伯堕落成为助纣为虐与人民为敌的可耻下场。后来人民把合成氨称为化学发展史上的“水门事件”。
1900年，法国化学家勒沙特列在研究平行移动的基础上通过理论计算，认为
和
在高压条件下可以直接化合生成氨，接着，他用实验来验证，但在实验过程中发生了爆炸。他没有调查事故发生的原因，而是觉得这个实验有危险，于是放开了这项研究工作，他的合成氨实验就这样夭折了。后来才查明实验失败的原因，是他所用混合气体中含有
，在实验过程
和
发生了爆炸的反应。
稍后，德国化学家能斯特通过理论计算，认为合成氨是不能进行的。因此人工合成氨的研究又惨遭厄运。后来才发现，他在计算时误用一个热力学数据，以致得到错误的结论。
在合成氨研究屡屡受挫的情况下，哈伯知难而进，对合成氨进行全面系统的研究和实验，终在1908年7月在实验室用
和
在600℃，200个大气压下合成出氨，产率仅有2％，却也是一项重大突破。当哈伯的工艺流程展示之后，立即引起了早有用战争吞并欧洲称霸世界的野心的德国军政要员的高度重视，为了利用哈伯，德国皇帝也屈尊下驾请哈伯出任德国威廉研究所所长之职。而恶魔需要正好迎合了哈伯想成百万富翁的贪婪心理。从1911年到1913年短短的两年内，哈伯不仅提高了合成氨的产率，而且合成了1000吨液氮，并且用它制造出3500吨烈性炸药TNT。到了1913年的第一次世界大战时，哈伯已为德国建成了无数个大大小小的合成氨工厂、为侵略者制造了数百万吨炸药因而导致并蔓延了这场殃祸全球的世界大战。这就是第一次世界大战德国为什么能坚持这么久的不解之谜的谜底。
当事实真相大白于天下时，哈伯受到了世界各国科学家的猛烈抨击，尤其当他获得1918年诺贝尔化学奖时，更激起世界人民的愤怒。
人工合成氨实验的成功令人欢心鼓舞，它对工业，农业生产和国际科技的重大意义是不言而喻的。但对三位杰出的科学家而言则是黑色的“水门事件”。勒沙特列和能斯特的失误则给人们有益的启示，那就是：搞学问要有锲而不舍的精神，坚韧不拔的毅力和一丝不苟的工作作风，而哈伯堕落使人们清楚看到一个对人类发展有着巨大贡献的科学家由于自己的贪婪而堕落成为人民的公敌，历史的罪人。2-2-1
化学平衡常数
教学目标
知识与技能:
1.理解化学平衡常数的含义。
2.能利用化学平衡常数进行简单的计算。
过程与方法:
1.通过化学平衡常数的计算教学，培养学生的计算能力。
2.通过对数据分析，培养学生分析、处理数据的能力，提高学生逻辑归纳能力。
情感、态度与价值观:
通过对实验数据的分析，培养学生严谨求实、积极实践的科学作风。
教学重点：
化学平衡常数表达式的书写、化学平衡常数的含义。
教学难点：
化学平衡常数的应用
教学过程：
【复习提问】什么叫熵？
什么叫熵变？
如何判断一个反应能否自发进行？
【教师】我们利用△H-T△S来判断一个反应的自发性时，如果它小于0，我们只能说这个反应有反应的可能性，有反应的趋势。在实际上到底能不能进行反应，还要看有多少反应物发生反应转变成了生成物，另外还要看反应的速率。如果反应物只有很少的量转变成生成物或反应的速率很小很小，那么我们只能说这个反应虽有自发进行的趋势，但仍然没有发生反应。所以要研究一个反应，首先要研究它的自发性问题，接下来就要看它进行的程度，也就是限度的问题，最后看反应速率的问题。好，这节我们就来看看反应限度的问题。
【板书】第2节
化学反应的限度
【提问】那么如何来表示化学反应的限度呢？或用什么来反映反应的限度呢？
【学生】思考，预习
【教师】化学反应的限度是指有多少反应物转变为生成物的，所以最好用生成物与反应物的物质的量或浓度的比值来反应。那么我们来看下面这个表。
【学生】观察，计算：
交流研讨:
已知反应H2(g)＋I2(g)
2HI
(g)
，△Ｈ<
0。现在698.6K和798.6K时分别用不同起始浓度的H2、I2(g)、HI进行反应，平衡后得到以下实验数据。
温度(K）
序号
初始浓度（mol/L）
平衡浓度（mol/L）
c0(H2)
c0(I2)
c0(HI)
H2]
I2]
HI]
698.6
①
0.01067
0.01196
0
0.001831
0.003129
0.01767
②
0.01135
0.009044
0
0.003560
0.001250
0.01559
③
0
0
0.01069
0.001141
0.001141
0.008410
798.6
④
0.01135
0.00904
0
0.00456
0.00195
0.00859
⑤
0
0
0.01655
0.00339
0.00339
0.00977
⑥
0
0
0.01258
0.00258
0.00258
0.00742
c
(B)表示反应体系中物质B任意状态时的浓度；
c0(B)表示物质B的初始浓度；
B]表示物质B在化学平衡时的浓度
【教师】为了便于比较，我们选定的浓度的比值一定要有恒定性，故我们把后一组数据即定义为该反应的平衡常数。即生成物HI浓度的系数次幂与反应物H2浓度的系数次幂和I2浓度的系数次幂的乘积的比值叫着这个反应的化学平衡常数。
【练习】1、写出反应：2SO2(g)
+
O2(g)
2SO3(g)的化学平衡常数表达式，并判断K的单位。
2、对于任一可逆反应：aA（g）+bB（g）cC（g）+
dD（g），试写出其化学平衡常数的表达式。
【学生】完成
【板书】一、化学平衡常数
1.定义：在一定温度下，对于任何可逆反应：
aA（g）+bB（g）cC（g）+
dD（g），
无论起始浓度如何改变，反应达到平衡状态后各生成物物质的量浓度的系数次方的
乘积与各反应物物质的量浓度的系数次方的乘积的比值
2.表达式：K
=
3.单位：（mol L—1）c+d-a-b
【练习】298K时，向某密闭容器中充入N2、O2发生反应N2(g)
+
O2(g)2NO(g)
达到平衡。
①写出该反应的平衡常数表达式
；
②若298K时，K=1×10-30，测得平衡时N2与O2的浓度均为1mol/L，
试求NO的平衡浓度； 若K=1×1030呢？
【板书】4.K的意义：
（1）K的大小反应了化学反应进行的限度
【练习】③保持温度不变，测得某一时刻，N2、O2、NO浓度分别为10mol/L、10mol/L、1
×10-5mol/L，此时该反应是否达到平衡状态？若要达到平衡，反应应向
方向进行，为什么？
【教师】现定义一个反应体系aA（g）+bB（g）cC（g）+
dD（g）中，任
意时刻（状态）时，各生成物物质的量浓度的系数次方的乘积与各反应物物质的量浓度的系数次方的乘积的比值为浓度商Q，即：
Q
=
，我们可以结合Q
和
K的大小来判断反应是否达到平衡或反应进行的方向
【板书】（2）判断反应是否达到平衡或反应进行的方向
Q
<
K
反应向正向进行
V正
>
V逆
Q
=
K
处于平衡状态
V正
=
V逆
Q
>
K
反应向逆向进行
V正
<
V逆
【作业】P52
3
【板书设计】
第2节
化学反应的限度
一、化学平衡常数
1.定义：在一定温度下，对于任何可逆反应：aA（g）+bB（g）cC（g）+
dD（g），
无论起始浓度如何改变，反应达到平衡状态后各生成物物质的量浓度的系数次方的乘积与各反应物物质的量浓度的系数次方的乘积的比值
2.表达式：K
=
3.单位：（mol L—1）c+d-a-b
4.K的意义：
（1）K的大小反应了化学反应进行的限度
（2）判断反应是否达到平衡或反应进行的方向
浓度商：Q
=
Q
<
K
反应向正向进行
V正
>
V逆
Q
=
K
处于平衡状态
V正
=
V逆
Q
>
K
反应向逆向进行
V正
<
V逆
【作业】P52
3
求平衡常数2-2-4
浓度、压强对化学平衡的影响
教学目标
知识与技能:
1.
理解浓度、压强对化学平衡影响的规律。
2.
能根据勒·夏特列原理(化学平衡移动原理)判断化学平衡移动的方向。
过程与方法:
通过实验探究，了解认识、解决问题的一般程序与方法。
情感、态度与价值观:
在学习、研究、解决问题的过程中，体验化学学习的乐趣。
教学重点：
浓度、压强对化学平衡影响的规律。
教学难点：
勒·夏特列原理(化学平衡移动原理)的理解及应用。
教学过程：
【提问】温度是怎么影响化学平衡的？
【教师】这节课我们主要来看看浓度与压强对化学平衡的影响。
【教师】下面我们看看浓度对化学平衡的影响，我们看一下实验：
实验内容
实验现象
实验结论
1
向Fe3+
+
3SCN-
=
Fe(SCN)3这个平衡体系中加入少量的KSCN溶液
红色加深
平衡正向移动
2
向Fe3+
+
3SCN-
=
Fe(SCN)3这个平衡体系中加入少量的FeCl3溶液
红色加深
平衡正向移动
3
再向试管中各滴加0.01mol/LNaOH溶液3～5滴,观察现象.
红色变浅
平衡逆向移动
【分析】Fe
3+
+
3SCN-
Fe(SCN)3
浅黄色
红色
温度一定时，K是一个定值。
达平衡时，Q=
K=
改变条件浓度时：
当增大反应物的浓度时，Q’<
K
，达到新的平衡时，有Q’=
K
，则：
Q’=c(Fe(SCN)3)/c(Fe
3+
)c(SCN-)3
减小
增大
即：平衡正向移动
当减小生成物的浓度时，Q’<
K
，达到新的平衡时，有Q’=
K
，则：
Q’=c(Fe(SCN)3)/c(Fe
3+
)c(SCN-)3
减小
增大
即：平衡正向移动
当减小反应物的浓度时，Q’>
K
，达到新的平衡时，有Q’=
K
，则：
Q’=c(Fe(SCN)3)/c(Fe
3+
)c(SCN-)3
减小
增大
即：平衡逆向移动
当增大生成物的浓度时，Q’>
K
，达到新的平衡时，有Q’=
K
，则：
Q’=c(Fe(SCN)3)/c(Fe
3+
)c(SCN-)3
减小
增大
即：平衡逆向移动
通过以上可知：
在其它条件不变的情况下，
增大反应物浓度或减小生成物浓度时,平衡向正向（或向右）移动。
减小反应物浓度或增大生成物浓度时,平衡向逆向（或向左）移动。
【板书结论】2.浓度的影响
在其它条件不变的情况下，
增大反应物浓度或减小生成物浓度时,平衡向正向（或向右）移动。
减小反应物浓度或增大生成物浓度时,平衡向逆向（或向左）移动。
【练习】1.已知在K2Cr2O7的溶液中存在如下平衡：
Cr2O72-
+
H2O
2CrO42-
+
2H+
（橙色）
（黄色）
分析加入NaOH溶液（6mol/L）或稀H2SO4溶液有何现象？
2.Cl2
+
H2O
HCl+HClO达平衡后:
A、加入少量氢氧化钠平衡如何移动？
B、加入少量HCl平衡如何移动？
C、久置氯水的成分是什么？为什么？
D、为什么氯气不溶于饱和食盐水？
大家预习一下P49的《交流 研讨》
【学生】预习一下P49的《交流 研讨》
【补充】在讲到压强对平衡的影响时，大家要注意：压强只对有气体参与或生成的化学反应的平衡有影响。因为压强对固体或液体的影响不大。那么气体的压强还与哪些因素有关呢？我们先来补充一下有关气体压强的相关知识。
PV
=
nRT
温度一定，气体的物质的量一定时：
P
=
,
即:
=
(1)
温度一定，体积一定时：
P
=
=
cRT
即:
=
=
(2)
温度一定，压强一定时：
V
=
即:=
(3)
对于aA（g）+bB（g）cC（g）+
dD（g）这个有气体参与和生成的反应：现定义气体物质系数的变化值△vg=
c+d-a-b
【交流研讨】填表
编号
反应
气态物质系数的该变量△vg
K
1
N2+O2
2NO
0
NO]2/N2]O2]
2
N2+3H2
2NH3
-2<0
NH3]2/N2]H2]3
3
N2O4
2NO2
1>0
NO2]2/N2O4]
【实验现象】A→b→c红棕色先变红后变深
【分析】对于N2O4
2NO2
,
达平衡时，K=
体积缩小一半，压强增大一倍，浓度增大一倍，故红棕色先变深，此时
Q=
因为浓度的增大幅度一样，但分子NO2的浓度的指数不分母N2O4的浓度的指数大，故分子的值的增大的幅度更大。即此时：Q>K，要达到新的平衡，则Q值要减小，即c(NO2)减小，c(N2O4)增大，平衡左向，向气态物质系数减小的方向移动。故后红棕色变浅。
【实验】迅速将活塞有5cm3处拉至20cm3处，
【现象】红棕色先变浅后变红
【分析】对于N2O4
2NO2
,
达平衡时，K
=
.
体积增大，压强减小，浓度减小，故红棕色先变浅，此时
Q
=
因为浓度的减小幅度一样，但分子NO2的浓度的指数不分母N2O4的浓度的指数大，故分子的值的减小的幅度更大。即此时：Q【举例】再如：4500C时N2与H2反应合成NH3的数据
N2(g)
+
3H2(g)
2NH3(g)
压强(Mpa)
1
5
10
30
60
100
ωNH3
(%)
2.0
9.2
16.4
35.5
53.6
69.4
【练习】在一个密闭容器中，发生以下反应：N2+3H2
2NH3
，讨论以下情况下的平衡如何移动。
（1）使容器的体积减小
（2）保持容器体积不变，充入一定量的N2
（3）保持容器体积不变，充入一定量的NH3
（4）保持容器体积不变，充入一定量的He
注意利用K、Q的大小判断。
【总结】只涉及固体或液体的反应，忽略压强改变的影响。
对于气体，改变压强，就是改变浓度，若改变压强没有引起浓度的变化，那么平衡也不一定。
【板书结论】3.压强的影响
在其它条件不变的情况下，
△vg≠0,
增大压强，平衡向气态物质系数减小方向移动
增大压强，平衡向气态物质系数减小方向移动
改变压强一定要改变浓度，否则平衡不发生移动
【练习】1.分析下列两个可逆反应达到平衡后，当改变压强平衡是否移动？怎样移动？
①H2
+
I2(g)2HI
②CO2
+
C(s)
2CO
反应
增大压强
减小压强
①
不移动
不移动
②
向逆反应方向移动
向正反应方向移动
【答案】
【板书】△vg=0，改变压强，平衡不移动。
【练习】2.已知NO2能形成二聚分子2NO2(g)
N2O4(g)
△H
=
-57.2kJ mol-1
。现在要测定NO2的相对分子质量，应采用的适宜条件为（
A
）
A、高温低压
B、低温高压
C、低温低压
D、高温高压
【板书小结】化学平衡移动规律
升高温度,平衡向吸热反应方向移动；
降低温度,平衡向放热反应方向移动。
增大反应物浓度或减小生成物浓度时,平衡向正向（或向右）移动；
减小反应物浓度或增大生成物浓度时,平衡向逆向（或向左）移动。
△vg≠0，增大压强，平衡向气态物质系数减小方向移动
增大压强，平衡向气态物质系数减小方向移动
△vg=0，
改变压强，平衡不移动。
【教师】介绍“勒 夏特列原理”，也叫化学平衡移动原理：
改变影响化学平衡的一个因素，平衡将向能够减弱（不是消除）这种改变的方向移动。
【举例】aA（g）+bB（g）cC（g）+
dD（g）
△H>0
升高温度
降低温度
增大反应物的浓度或减小反应物的浓度
减小反应物的浓度或增大反应物的浓度
若a+b>c+d:
压缩体积，使压强增大
增大体积，使压强减小
若a+b=c+d:
注意：其适用条件：封闭体系中只改变一个条件。而用KQ的大小比较判据时，一切条件都可适用（改变两个以上的条件都
可以）。
【练习】1．某一化学反应，反应物和生成物都是气体，改变下列条件一定能使化学平衡向正反应方向移动的是(
A
)
A．增大反应物浓度
B．减小反应容器的体积
C．增大生成物浓度
D．升高反应温度
2．已知化学反应2A( )+B(g)
2C( )达到平衡，当增大压强时，平衡向逆反应方向移动，则(
D
)
A．A是气体，C是固体
B．A、C均为气体
C．A、C均为固体
D．A是固体，C是气体
【板书设计】
2.浓度的影响
在其它条件不变的情况下，
增大反应物浓度或减小生成物浓度时,平衡向正向（或向右）移动。
减小反应物浓度或增大生成物浓度时,平衡向逆向（或向左）移动。
3.压强的影响
在其它条件不变的情况下，
△vg≠0,
增大压强，平衡向气态物质系数减小方向移动
增大压强，平衡向气态物质系数减小方向移动
△vg=0，
改变压强，平衡不移动。
4.小结：化学平衡移动规律
升高温度,平衡向吸热反应方向移动；
降低温度,平衡向放热反应方向移动。
增大反应物浓度或减小生成物浓度时,平衡向正向（或向右）移动；
减小反应物浓度或增大生成物浓度时,平衡向逆向（或向左）移动。
△vg≠0，增大压强，平衡向气态物质系数减小方向移动
增大压强，平衡向气态物质系数减小方向移动
△vg=0，
改变压强，平衡不移动。
5.勒 夏特列原理
改变影响化学平衡的一个因素，平衡将向能够减弱这种改变的方向移动。
【作业】
1.在一个1L的密闭容器中，充入3.6mol的SO2和1.8molO2，在适当温度和催化剂的作用下发生如下反应：2SO2(g)+
O2(g)
2SO3(g)
K=200，求达到平衡时各物质的浓度。
2.在一个1L的密闭容器中，充入3.6mol的SO3，在适当温度和催化剂的作用下发生如下反应：2SO2(g)+
O2(g)
2SO3(g)
K=200，求达到平衡时各物质的浓度。第四节
化学反应条件的优化——工业合成氨
【学习目标】
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。
【重点·难点】
应用化学反应速率和化学平衡移动原理选择合成氨的适宜条件。
【复习回顾】1．若使化学平衡3A(g)＋2B(g)
2C(g)
ΔH<0，向正反应方向移动，可采取的措施通常有：增大______或____的浓度，降低________，增大________，从混合气体中分离出气体____(减小生成物的浓度)等。
2．加快化学反应速率的措施通常有增大反应物的________，升高________，使用__________，有气体参与的反应还可以采取增大________等。
【自主学习】一、合成氨反应的限度
1．合成氨的反应：N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)
，在
298K
时，ΔH(298
K)＝－92.2
kJ·mol－1，ΔS(298
K)＝－198.2
J·K－1·mol－1。合成氮反应是
反应，同时也是气体的物质的量减小的
反应．计算
△H
–TΔS=
kJ·mol－1，由此得出合成氮反应在298K时_______自发进行。
2．合成氮反应的限度分析
__________温度、_________压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动；在一定温度、压强下。反应物氮气、氢气的体积比为__________时平衡混合物中氨的含量最高。
二、合成氨反应的速率
1．实验研究表明，在特定的条件下，合成氮反应的速率与参与反应的物质的浓度关系式为，其中k是速率常数，k与浓度_______，但受________、___________、______________等因素的影响。根据该关系式可知，合成氨反应的速率（）与__________一次方成正比，与______的1.5次方成正比，与________的一次方成反比；在反应过程中，随着氨的浓度的增大．反应速率会逐渐降低．为了保持足够高的反应速率，应在反应达到一定的转化率时，将________从混合气中分离出去。
2．在其他条件相同的情况下，使用催化剂可以使合成氨反应的速率提高上____________倍。
3．温度越高，反应进行得________________。
三、合成氨的适宜条件
1．使用催化剂可以大幅度提高反应速率，目前合成氨生产一般选择________作催化剂。
2．温度越高，反应速率越大，但不利于氨的合成，在实际生产中一般控制反应温度在_________左右，在此温度时催化剂的活性最大。
3．压强越大越有利于合成氨，但在实际生产中．根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强，大致分为______、________、________三种类型。
4．合成氨生产通常采用
N2和
H2的物质的量之比为________的投料比，及时将氨气从反应混合物中分离出去。
【合作探究】
1、合成氮的工业化生产，为粮食的丰收生成提供了有力保障，但在中等压强工艺条件下，合成氨厂出口气中氨气含量一般为13%～14%
．产量非常低。降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，有利于提高产量，那么生产中是否温度越低越好呢？
2、反应物的浓度与化学反应的速率之间存在着某些定量关系，观察合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度关系式，这个关系式能不能根据反应的化学方程式的系数直接写出呢？从合成氨反应的速率方程来看，增大反应速率应采取什么措施？
3、合成氨工业生产中．为什么将未转化的合成气（氮气和氢气）循环使用？
【课堂检测】1、反应N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)
△H<0，在不同温度、不同压强（）下，达到平衡时，混合气体中NH3的百分含量随温度变化的曲线正确的是（
）
2、在N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)．仅从要使反应速率加快来考虑，可采取的措施是（
）
①减压；
②加压；
③升温；
④降温；⑤补充N2；⑥加催化剂；
⑦减小N2或H2的量
A
．③④⑤⑦
B
．②④
C
．①②⑥
D
．②③⑤⑥
3、合成氨的反应是：N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)
，ΔH＝－92.2
kJ·mol－1，从化学反应速率和化学平衡两方面考虑，在合成氨的生产中采用的适宜条件是（
)
A．低温、高压、适当的催化剂
B．高温、常压
C．尽可能高温、高压
D．适当的温度、适当的高压，适立的催化剂
4、在合成氨工业中，与采用1×107Pa
700K温度、差的催化剂的情况下来比较．下列柑施可以提高原料气的转化率的是（
）
①使用更好的催化剂；
②采用
900K左右的温度：
③采用
5×107~1×108Pa的压强；
④不断将氨分离出来
A．
①②④
B．②③
C．③④
D．①④
5、合成氨反应N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)，在下列情况下，不能使反应速率加快的是
(
)
A．加入氮气
B．减小压强，扩大容器体积
C．
加人催化剂
D．适当升高温度
6、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，反应尽可能在高压下进行
B．温度越高越有利于工业合成氨
C．在工业合成氨中
N2、
H2的循环利用可提高其利用率，降低成本
D．及时从反应体系中分离出氨气，有利于平衡向正反应方向移动
7、工业上合成氨是在一定条件下进行如下反应：N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g)
ΔH＝－92.44
kJ·mol－1，其部分工艺流程如图所示：
气体
氮气
氢气
氨
熔点/℃
－210.01
－252.77
－77.74
沸点/℃
－195.79
－259.23
－33.42
反应体系中各组分的部分性质见下表
回答下列问题：
(1)写出该反应的化学平衡常数表达式：K＝_________。随着温度升高，K值________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(2)K值越大，表明________(填字母)。
A．其他条件相同时N2的转化率越高
B．其他条件相同时NH3的产率越大
C．原料中N2的含量越高
D．化学反应速率越快
(3)在工业上采取气体循环的流程，即反应后通过把混合气体的温度降低到________使________分离出来；继续循环的气体是________。2-2-3
温度对化学平衡的影响
教学目标
知识与技能:
1.了解化学平衡的建立，会判断化学平衡移动的方向。。
2.会判断化学反应是否处于平衡状态。
3.知道温度影响化学平衡移动的规律。
过程与方法:
通过实验探究，了解认识、解决问题的一般程序与方法。
情感、态度与价值观:
在学习、研究、解决问题的过程中，体验化学学习的乐趣。
教学重点：
1.判断化学反应是否处于平衡状态。
2.温度影响化学平衡移动的规律。
教学难点：
温度影响化学平衡移动的规律
教学过程：
【教师】一定条件下
条件改变
新条件下，
某化学平衡
化学平衡破坏
新的化学平衡
V正=V逆
V正≠V逆
V正′=V逆′
各组分浓度
各组分浓度
各组分浓度
保持不变
随时间改变
保持新的不变
【板书】三、反应条件对化学平衡的影响
（一）平衡移动：
1.定义：由于温度、压强、浓度这些反应条件的变化而使可逆反应由一个平衡状态变为另一个平衡状态的过程，称为化学平衡移动
2.研究对象：已建立平衡状态的体系
【教师】对于一个任意的化学反应：aA（g）+bB（g）cC（g）+
dD（g），若改变条件使得产物的量或浓度变大，则称之为平衡正向移动或向右移动；反过来，若改变条件，使得反应物饿量或浓度变大，则称之为平衡逆向移动或向左移动。
下面我们就来看看具体的反应条件的改变对平衡产生什么样的影响。首先看看温度的影响。
【板书】3.平衡移动的标志：（1）反应混合物中各组分的浓度发生改变
（2）V正≠
V逆
4.平衡移动的方向：正向（或向右）移动
逆向（或向左）移动
【活动 探究】学生先预习，教师演示，学生观察。
【实验现象】2NO2(g)
N2O4(g)
△H
=
-57.2kJ mol-1
实验内容
实验现象
结论
将充有NO2的烧瓶放入冷水中
红棕色变浅
平衡正向移动
将充有NO2的烧瓶放入热水中
红棕色变深
平衡逆向移动
【分析】
吸热
2NO2(g)
N2O4(g)
放热
红棕色
无色
达到平衡时，Q
=
K
=
在其它条件不变的情况下,
升高温度，放热反应的K降低，达到新的平衡时，有Q’=
K，则：
Q=c(N2O4)/c(NO2)2
减小
增大
即：平衡逆向移动，向吸热方向移动；
降低温度，放热反应的K增大，达到新的平衡时，有Q’=
K，则：
Q=c(N2O4)/c(NO2)2
增大
减小
即：平衡正向移动，向放热方向移动；
升高温度，吸热反应的K增大，达到新的平衡时，有Q’=
K，则：
Q=c(NO2)2/(N2O4)
增大
减小
即：平衡正向移动，向放热方向移动；
降低温度，放热反应的K降低，达到新的平衡时，有Q’=
K，则：
Q=c(NO2)2/c(N2O4)
减小
增大
即：平衡逆向移动，向放热方向移动；
通过以上可知：
升高温度，吸热方向平衡常数K增大，说明平衡逆向移动；
降低温度，正反应（放热）方向平衡常数K增大，说明平衡正向移动。
【板书结论】（二）反应条件对平衡的影响
1.温度的影响
其它条件不变的情况下，
升高温度,平衡向吸热反应方向移动。
降低温度,平衡向放热反应方向移动。
【练习】化学反应：2A+
B2C，达到化学平衡后，升高温度时，C
的量增加，此反应（
)
A.是放热反应
B.没有显著的热量变化
C.是吸热反应
D.原化学平衡没有发生移动
【板书设计】
三、反应条件对化学平衡的影响
（一）平衡移动：
1.定义：由于温度、压强、浓度这些反应条件的变化而使可逆反应由一个平衡状态变为另一个平衡状态的过程，称为化学平衡移动
2.研究对象：已建立平衡状态的体系
3.平衡移动的标志：（1）反应混合物中各组分的浓度发生改变
（2）V正≠
V逆
4.平衡移动的方向：正向（或向右）移动
逆向（或向左）移动
（二）反应条件对平衡的影响
1.温度的影响
其它条件不变的情况下，
升高温度,平衡向吸热反应方向移动。
降低温度,平衡向放热反应方向移动。第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨
1．知道如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件。(重点)
2．初步学会应用化学原理选择化工生产条件的思想和方法。(难点)
工
业
合
成
氨
教材整理1 合成氨反应的限度
1．反应原理
N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g) 298
K时 ΔH＝－92.2
kJ·mol－1 ΔS＝－198.2
J·mol－1·K－1。
2．反应特点
合成氨反应是一个能自发进行的、放热的、气体体积减小的可逆反应。
3．有利于氨生成的措施
(1)降低温度、增大压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动。
(2)在一定的温度和压强下，反应物中N2和H2的体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。
教材整理2 合成氨反应的速率
1．浓度
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＝k
c(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)，由关系式可知，增大N2或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于提高合成氨的速率。
2．催化剂
使用催化剂，可显著降低反应的活化能，使反应速率提高上万亿倍。
3．温度
温度对合成氨反应的速率也有显著影响：温度越高，反应进行得越快。
4．压强
压强越大，反应进行得越快。
教材整理3 合成氨的适宜条件
1．合成氨反应条件的选择
工业生产中，必须从反应速率和反应限度两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。
2．合成氨的适宜条件
反应条件
压强
温度
催化剂
浓度
1×107～1×108Pa
700
K左右
铁触媒(铁)
使气态NH3变成液态NH3并及时从平衡混合物中分离出去，及时补充N2和H2
在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：
2SO2(g)＋O2(g)
2SO3(g) ΔH＝－198
kJ·mol－1。(已知催化剂是V2O5，在400～500
℃时催化效果最好)下表为不同温度和压强下SO2的转化率(%)：
压强转化率温度
1×105Pa
1×106Pa
5×106Pa
1×107Pa
450
℃
97.5%
99.2%
99.6%
99.7%
550
℃
85.6%
94.9%
97.7%
98.3%
问题思考：
(1)根据化学理论和以上数据综合分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫，可控制的条件是什么？
【提示】 常压、450
℃、催化剂。
(2)在实际生产中，选定400～500
℃作为操作温度，其原因是什么？
【提示】 在此温度下催化剂的活性最高。
(3)根据上表中的数据分析：制取SO3时为什么不采用高压？
【提示】 在常压下SO2的转化率就已经很高了(97.5%)，若采用高压，平衡能向右移动，但效果并不明显，且采用高压时会增大设备的成本，得不偿失。
(4)在生产中，通入过量空气的目的是什么？
【提示】 增大反应物O2的浓度，提高SO2的转化率。
(5)尾气中的SO2必须回收的目的是什么？
【提示】 防止污染环境。
工业生产中化学反应条件优化的原则
外界条件
有利于加快速率的条件控制
有利于平衡移动的条件控制
综合分析结果
浓度
增大反应物的浓度
增大反应物的浓度，减小生成物的浓度
不断地补充反应物，及时地分离出生成物
催化剂
加合适的催化剂
无影响
加合适的催化剂
温度
高温
ΔH<0
低温
兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度
ΔH>0
高温
在设备条件允许的前提下，尽量采取高温并选取适宜的催化剂
压强
高压(有气体参加)
Δνg<0
高压
在设备条件允许的前提下，尽量采取高压
Δνg>0
低压
兼顾速率和平衡，选取适宜的压强
题组1 合成氨
1．可逆反应N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g) ΔH<0，达到平衡后，为了使氢气的转化率增大，下列选项中采用的三种方法正确的是
( )
A．升高温度、降低压强、增加氮气
B．降低温度、增大压强、加入催化剂
C．升高温度、增大压强、增加氮气
D．降低温度、增大压强、分离出部分氨气
【解析】 要使氢气的转化率增大，需使平衡向正反应方向移动，根据合成氨反应的特点，由于正反应为放热反应，需降低温度；正反应为气体总体积减小的反应，需增大压强；另外还可通过及时分离出部分氨气，减小生成物浓度的方法，促使平衡右移，故选D。
【答案】 D
2．对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施以高压，下列叙述中正确的是( )
A．都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响
B．都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用的时间
C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化学平衡状态有影响
D．催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而压强无此作用
【解析】 对化学反应N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)，催化剂只能提高反应速率，使反应达到平衡状态所用的时间缩短，不能使化学平衡发生移动。高压能提高反应速率，使反应达到平衡状态所用的时间缩短，也能使化学平衡向生成NH3的反应方向移动。
【答案】 C
3．合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨生产示意图如图所示。
(1)X的化学式为________。
(2)图中条件选定的主要原因是________(填字母编号)。
A．温度、压强对化学平衡的影响
B．铁触媒在该温度时活性大
C．工业生产受动力、材料、设备等条件的限制
(3)改变反应条件，会使平衡发生移动。如图表示随条件改变，氨气的百分含量的变化趋势。当横坐标为压强时，
变化趋势正确的是________，当横坐标为温度时，变化趋势正确的是______(填字母编号)。
【解析】 (1)原料气N2和H2经一定条件下的反应，生成的NH3(X)冷却后从设备中分离出来，同时尾气中含有的N2(Y)和H2(Y)进行循环利用。(2)中A温度选择在500
℃并不是从化学平衡的影响分析的，而是因为催化剂在此温度时活性大，而且还可以适当提高化学反应速率，压强选择20
MPa～50
MPa是从化学平衡理论分析的压强越大，平衡向生成NH3的方向移动，但不能过大，因为压强过大，对设备、材料的要求高，投资大，这样就不经济。(3)中考查压强、温度对化学平衡的影响。
【答案】 (1)NH3 (2)B、C (3)c a
题组2 工业生产条件的选择
4．有平衡体系：CO(g)＋2H2(g)
CH3OH(g) ΔH<0，为了增加甲醇(CH3OH)的产量，应采取的正确措施是( )
A．高温，高压
B．适宜温度，高压，催化剂
C．低温，低压
D．高温，高压，催化剂
【解析】 该反应是一个正向放热，气体体积减小的反应，为增加甲醇的产量，需平衡正向移动，理论上可采用低温、高压的方式，但在实际生产中还需考虑反应速率，设备承受的压力及催化剂的活性等因素的影响。
【答案】 B
5．某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g)
2M(g) ΔH<0。下列有关该工业生产的说法正确的是( )
A．工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成
B．若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B以提高A和B的转化率
C．工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高
D．工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高M的日产量
【解析】 工业上合成M可能采用常压，如H2SO4工业中SO3的生成；加入过量B只能提高A的转化率，B的转化率降低；温度越高，平衡逆向移动，反应物的转化率降低；使用催化剂可降低反应的活化能，提高反应速率。
【答案】 D
6．下列有关工业生产的叙述正确的是( )
A．合成氨生产过程中将NH3液化分离，可加快正逆反应速率，提高N2、H2的转化率
B．硫酸厂靠近原料产地比靠近硫酸消费中心更为有利
C．由于2SO2(g)＋O2(g)
2SO3(g)，所以硫酸生产中常采用高压条件提高SO2的转化率
D．充分利用硫酸厂生产过程中产生的“废热”，可使硫酸厂向外界输出大量的能量
【解析】 本题考查常见化学工业原理。从原理上讲，合成氨时将氨液化使正逆反应速率都减小，A错；厂址的选择要综合考虑，B错；对于二氧化硫与氧气催化氧化为三氧化硫的反应，在常压下二氧化硫的转化率已相当高，不用再提高成本采取高压，C错；要充分合理地利用能源，D对。
【答案】 D
【规律总结】 解答适宜条件选择题关注两点(1)抓住反应特点。(2)把外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响和实际情况有机结合起来。
