【第4节化学反应条件的优化工业合成氨每课一练(鲁科版)】在化学学习中，理解化学反应条件对反应进行的影响是掌握化学原理的重要环节。本节课围绕“化学反应条件的优化”展开，重点分析工业上合成氨的过程及其影响因素。通过本课的学习，学生应能掌握勒沙特列原理的应用、温度、压强、催化剂等对合成氨反应速率和产率的影响，并能够结合实际工业生产情况，分析如何优化反应条件以提高经济效益。

一、选择题

1. 合成氨的反应式为：N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)，ΔH < 0。下列说法正确的是（ ）

A. 升高温度有利于提高氨的产率

B. 增大压强不利于氨的生成

C. 使用催化剂可以加快反应速率，但不影响平衡

D. 反应达到平衡时，各物质的浓度不再变化

答案：C、D

2. 在工业合成氨过程中，通常采用高温高压并使用铁触媒作为催化剂。以下关于这些条件的说法错误的是（ ）

A. 高温是为了加快反应速率

B. 高压是为了提高氨的产率

C. 催化剂可以改变反应的限度

D. 催化剂可以降低活化能，加快反应速率

答案：C

二、填空题

1. 合成氨的反应是一个________（放热/吸热）反应，因此在工业生产中通常采用________（较高/较低）温度来控制反应的进行。

答案：放热；较低

2. 在合成氨过程中，为了提高氮气和氢气的转化率，常采用________（加压/减压）操作。

答案：加压

三、简答题

1. 为什么工业上合成氨一般选择500℃左右的温度？请从反应速率和平衡移动两个角度进行解释。

答：合成氨的反应是放热反应，根据勒沙特列原理，升高温度会使平衡向左移动，不利于氨的生成。因此，理论上应选择较低的温度以提高产率。然而，低温会显著降低反应速率，导致生产效率低下。因此，工业上通常选择500℃左右的温度，这是在保证一定反应速率的前提下，尽可能减少温度对平衡的不利影响，实现较高的产率与合理的生产效率之间的平衡。

2. 为什么工业上要使用催化剂？催化剂在合成氨过程中起什么作用？

答：催化剂的作用是加快反应速率，使反应更快达到平衡，从而提高生产效率。在合成氨过程中，铁触媒作为催化剂，可以降低反应的活化能，使氮气和氢气在较温和的条件下就能发生反应，提高了反应的经济性和可行性。

四、拓展思考

假设你是一名化工工程师，正在设计一个合成氨的工厂。请你结合本节课所学知识，提出几个优化反应条件的建议，并说明理由。

答：建议如下：

1. 控制温度在合理范围内：虽然低温有利于平衡向右移动，但过低的温度会导致反应速率太慢，影响产量。因此，选择适当的温度（如500℃左右）可以在反应速率与产率之间取得平衡。

2. 提高系统压力：由于反应物气体的总物质的量大于产物气体的总物质的量，增加压强有助于提高氨的产率，因此应尽量提高反应体系的压力。

3. 使用高效催化剂：选择活性高、稳定性好的催化剂（如铁触媒），可以有效提升反应速率，缩短达到平衡的时间，提高整体生产效率。

4. 及时分离产物：通过冷凝或吸收等方式将生成的氨及时移出反应体系，可以促使反应向生成氨的方向进行，提高转化率。

通过以上措施，可以有效优化合成氨的反应条件，提高生产效率和产品质量。

总结：本节课通过对合成氨反应的深入分析，帮助学生理解了化学反应条件对工业生产的重要性。掌握勒沙特列原理的应用、温度、压强、催化剂等因素对反应的影响，不仅有助于提高解题能力，也为今后学习其他化工过程打下坚实的基础。