一、 速率、平衡不可兼得，理論與實(shí)際相結(jié)合選擇合成氨條件
從反應(yīng)特點(diǎn)看，合成氨反應(yīng)是一個(gè)氣體總體積縮小的正反應(yīng)放熱的可逆反應(yīng)。即：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)；ΔH<0。從反應(yīng)速率角度考慮，合成氨越快越好，所以條件適宜溫度高、壓強(qiáng)大且有催化劑。從化學(xué)平衡角度講，氨氣轉(zhuǎn)化率越大越好，所以條件適宜溫度低、壓強(qiáng)大，不斷補(bǔ)充氮?dú)鈿錃庖谱甙睔獾取?/p>
很顯然，外界條件對(duì)速率、平衡的影響有一致的，也有矛盾的，所以必須結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際進(jìn)行選擇。
溫度對(duì)速率、平衡的影響不一致，二者不可同時(shí)滿足，需要協(xié)調(diào)。工業(yè)生產(chǎn)要求較高產(chǎn)量，速率不能太低，要求轉(zhuǎn)化率盡可能大，所以應(yīng)盡量使平衡正向移動(dòng)，同時(shí)又要考慮催化劑的活性，所以工業(yè)上選擇一個(gè)適合三者較為適宜的溫度范圍500 ℃左右。增大壓強(qiáng)對(duì)速率和平衡的影響一致，所以不必協(xié)調(diào)，但壓強(qiáng)太大對(duì)設(shè)備的要求較為苛刻，故選擇適當(dāng)壓強(qiáng)即可。催化劑雖然對(duì)化學(xué)平衡沒(méi)有影響，但可縮短達(dá)到平衡所需要的時(shí)間，所以在工業(yè)生產(chǎn)中一般都使用催化劑。
綜合以上，合成氨工業(yè)的適宜條件為（1）增大氮?dú)鈿錃鉂舛�，及時(shí)將生產(chǎn)的氨分離出來(lái)。（2）溫度500 ℃左右（3）壓強(qiáng)為20 MPa~50 MPa（4）使用鐵觸媒做催化劑，用化學(xué)方
程式表示為：
二、條件并非多多益善，成本是工業(yè)效益的重要指標(biāo)
已知在硫酸工業(yè)中
①SO2轉(zhuǎn)化為SO3的反應(yīng)為2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)；ΔH<0
②經(jīng)測(cè)定，在常壓下上述反應(yīng)的平衡混合氣體中，SO3的體積分?jǐn)?shù)為91％。
③催化劑V2O5的催化效率f與溫度T有如圖關(guān)系。
④經(jīng)除塵去雜后的SO2氣體的溫度約為200 ℃，反應(yīng)后的SO3氣體的溫度約為600 ℃。
請(qǐng)根據(jù)以上信息，選擇SO2氧化為SO3的適宜生產(chǎn)條件是___________________。
解析：對(duì)2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)；ΔH<0而言，SO2氧化為SO3的適宜條件既要使反應(yīng)速率較快，又要使SO2的轉(zhuǎn)化率較高，選擇適宜條件類似于合成氨條件選擇但又有所不同。
根據(jù)信息②，在常壓下上述反應(yīng)的平衡混合氣體中，SO3的體積分?jǐn)?shù)為91％。由此可見(jiàn)，常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高了，雖然增大壓強(qiáng)可加快反應(yīng)速率，也可使平衡正向移動(dòng)，但條件的實(shí)現(xiàn)涉及動(dòng)力和設(shè)備要求等問(wèn)題，增大成本，效益不會(huì)增高，故一味增大壓強(qiáng)沒(méi)有意義。所以選擇常壓即可。
根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)，溫度高則速率高，但溫度越高SO2轉(zhuǎn)化率反而降低，從題給圖可看出，450~500 ℃左右，催化劑的催化效率較高，500 ℃以后，催化效率變化不大，并且在500 ℃左右的條件下也兼顧了反應(yīng)速率和反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率，所以選擇適宜溫度為450~500 ℃。
由信息④可見(jiàn)，假如利用熱交換裝置將該反應(yīng)放出的熱量去預(yù)熱反應(yīng)的氣體，會(huì)降低能耗，降低成本，提高效益，是一項(xiàng)有意義的措施。當(dāng)然，我們也可以加入稍過(guò)量的氧氣或空氣，即提高廉價(jià)原料的濃度，以提高SO2的轉(zhuǎn)化率。
綜上該反應(yīng)選擇的條件是：加入過(guò)量氧氣、常壓、450~500 ℃左右、使用催化劑V2O5，使用熱交換裝置等。
本文來(lái)自：逍遙右腦記憶 http://yy-art.cn/gaozhong/262635.html
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