鲁科版高中化学《化学反应条件的优化——工业合成氨》精品课件.ppt

第4节化学反应条件的优化 工业合成氨 于1931年获诺贝尔化学奖 于1918年获诺贝尔化学奖 于2007年诺贝尔化学奖 格哈德 埃特尔 分析该反应的特点 n2 g 3h2 g 2nh3 g 已知298k时 h 92 2kj mol 1 s 198 2j k 1 mol 1 问题 如果你是合成氨工厂的厂长的话 工业生产时你主要考虑哪些问题 经济效益和社会效益 增大化学反应速率 单位时间内产率高 增大化学反应限度 原料的利用率高 另外还要考虑生产中的消耗能源 原料来源 设备条件 环境保护等因素 影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些 温度越高 反应速率越大 压强越大 反应速率越大 催化剂加快反应速率 反应物浓度越大 反应速率越大 升高温度 平衡向吸热反应方向移动 增大压强 平衡向气体体积减小的方向移动 催化剂对平衡无影响 增大反应物浓度 平衡正向移动 合成氨的适宜条件的选择 反应物的浓度 催化剂 温度 压强 增大反应速率 外界条件 增大反应限度平衡分析 学以致用 n2 g 3h2 g 2nh3 g h 92 2kj mol 1 交流 研讨 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 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 讨论结束后 1 2 3组分别展示第1 2 3个问题答案 4 5 6组分别对1 2 3组进行评价补充 1 压强怎么选 1组展示 4组进行评价补充 2 用不用催化剂 2组展示 5组进行评价补充 催化剂对合成氨反应速率的影响 使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍 数据支持 3 温度怎么选择 3组展示 6组进行评价补充 课本68页第二自然段 研讨的结果 信息支持 一定温度压强下 氮气 氢气的投料比与平衡时氨气含量的关系 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 c n2 c1 5 h2 c 1 nh3 分析 1 各物质的浓度对反应速率有哪些影响 2 增大哪种反应物的浓度对反应速率影响更大一些 氨为什么要及时分离 3 氮气和氢气投料比为什么是1 2 8 4 氮气氢气为什么循环使用 阅读课本第67页最后一自然段至68页 表四 研讨的结果 适宜温度700k左右 使用铁触媒作催化剂 氮气和氢气投料比1 2 8氨及时分离 氮气氢气循环利用 浓度 高压107 108pa 加压 抽离液氨 分离液氨 除去气体中的油雾 水 防止催化剂中毒 合成氨车间外貌 一般要使用催化剂 选择合适的温度 选择合适的压强 小结 反思 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 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 该温度是催化剂活性最大的温度 工业生产中化学反应条件优化的原则 合成氨反应是一个可逆反应 n2 g 3h2 g 2nh3 g 已知常温时 h 92 2kj mol 1 s 198 2j k 1 mol 1 常温下合成氨反应的平衡常数k为 mol l 1 2 信息支持 从反应条件的选择的角度分析 你认为合成氨工业的发展方向是怎样的 提出固氮酶活性中心的结构模型 卢嘉锡 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 高 低 温 高 低 压 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