合成案学案.doc

第4节 化学反应条件的优化 工业合成氨学习目标 1. 使学生理解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。 2. 使学生了解应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。学习过程：引入 自1784年发现氨气以后，人们一直在研究如何利用化学方法由N2 和H2合成NH3，但直到1913年才建成了大型合成氨厂。为什么合成氨的工业化生产会经历如此漫长的发展过程呢？今天我们来学习工业合成氨生产条件的选择。思考：1. 在化学必修2中我们已经学习了工业合成氨的反应原理，是什么呢？2. 合成氨反应的特点？3. 选择生产条件的目的是什么？4. 选择生产条件的依据是什么？答案：1 原理：N2 + 3H2 D 2NH3 （正反应为放热反应）2 反应特点： 可逆反应 正反应气体体积缩小 正反应是放热反应3尽可能加快反应速率和提高产物产率4外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响练习：运用所学有关知识填写下表：使氨生产快（速率分析）使氨生产多（平衡分析）实际生产中适宜条件原因压强温度催化剂浓度教师讲解： 1压强。增大压强，有利于氨的合成，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为低压（1107Pa），中压（2107Pa3107Pa），高压（8.5107Pa1108Pa）三种类型。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700K的温度。原因：速率较快,转化率适中催化剂活性最大。 3催化剂。由于N2 分子非常稳定，N2 和H2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，使反应物在较低温度下较快的进行反应。 4 浓度。在实际生产中，不断补充N2 、H2（增大反应物的浓度），采取迅速冷却的方法（减小生成物的浓度），使气态氨变成液态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NH3的方向移动。板书设计：第4节 化学反应条件的优化工业合成氨（一）工业合成氨1 原理：N2 + 3H2 D 2NH3 （正反应为放热反应）2 反应特点： 可逆反应 正反应气体体积缩小 正反应是放热反应3使氨生产快（速率分析）使氨生产多（平衡分析）实际生产中适宜条件 原因压强高压高压1107Pa1108Pa有利于氨的合成,对动力、材料强度、设备制造要求适中温度高温低温700K速率较快,转化率适中催化剂活性最大催化剂加快无影响铁触媒使反应速率加快浓度增大浓度增大N2 、H2浓度，减小NH3浓度N2 ：H2=1：2.8，及时将NH3分离出去适当提高N2的比例，加快反应速率，有利于NH3的生成 4 生产过程简介 （1）原料气的制备： 来自空气， 来自水中 再通过 水除 ： 得原料气 。（二） 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，借以改善现有的并创造崭新的化学工艺过程。（三） 练习1、在合成氨工业中，为增加氨的日产量，下列变化过程中不能使平衡向右移动的是（ ） A. 不断将氨分离出来 B. 使用催化剂 C. 采用5000C左右的温度 D. 采用21075107Pa的压强2. 接触法制硫酸时，SO2催化氧化适宜的温度是5