4、化学反应条件的优化——工业合成氨.ppt

第2章第四节 化学反应条件的优化 工业合成氨 亳州市涡阳县第二中学张珍 鲁科版选修 化学反应原理 19世纪以前 有远见的化学家曾指出 考虑到将来的粮食问题 为使子孙后代免于饥饿 必须寄希望于科学家能实现大气固氮 将空气中丰富的氮固定下来并转化为可被利用的形式 德国化学家哈伯在1913年实现了合成氨的工业生产 因此人们赞扬哈伯是 用空气制造面包的圣人 弗里茨 哈伯 学习目标 知识与技能 应用化学平衡原理和化学反应速率分析合成氨的适宜条件 过程与方法 运用化学反应原理和化工生产条件选择的的思路和方法分析问题 解决问题 体验实际生产条件的选择与理论分析的差异 情感态度与价值观 认识化学平衡的原理和化学反应速率在工业生产中的重要作用 提升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 回顾 影响化学平衡和化学反应速率的重要因素有哪些 升高温度 反应速率加快 增大压强 反应速率加快 催化剂加快反应速率 增大反应物浓度 反应速率加快 升高温度 平衡向吸热方向移动 增大压强 平衡向气态物质系数减小的方向移动 催化剂对平衡无影响 增大反应物浓度 平衡正向移动 假如你是一个工厂的厂长 对工业生产你主要应考虑那些问题 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 1 请根据正反应的焓变和熵变分析298K成氨反应能否自发进行 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 一 合成氨反应的限度 降低温度 增大压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动 在温度压强一定时 N2 H2体积比为1 3时平衡混合物中氨的含量最高 交流 研讨 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 C 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 催化剂对合成氨反应速率的影响 3 催化剂是对合成氨反应速率的影响程度如何 三 合成氨的适宜条件的选择 生成物的浓度 反应物的浓度 催化剂 温度 压强 速率分析 使NH3生产得快 外界条件 高压 高温 使用 平衡分析 使NH3生产得多 高压 低温 无影响 增大反应物浓度 减小生成物浓度 N2 H2体积比为1 3 研讨的结果 适宜温度700K左右 催化剂活性最大 铁 N2和H2的物质的量比为1 2 8的投料 氨及时从混合气中分离出去 未转化的N2和H2进行循环利用 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 中压 高压 为了提高合成氨的生产能力 还可以在那些方面做进一步改进 仿生固氮酶催化剂 抗毒能力的新型催化剂 四 工业流程 工业上利用某可逆反应生产产品 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 选择合适的温度 该温度是催化剂活性最大的温度 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 小结 反思 1 工业合成氨的反应是在700k左右进行 主要原因是 A 700K时反应速率最快B 700K时NH3的平衡浓度最大C 700K时N2的转化率最高D 700K时催化剂活性最好 D 巩固提升 2 在合成氨时 可以提高H2转化率的措施是 A 延长反应时间 B 充入过量H2 C 充入过量N2 D 升高温度 C 巩固提升 3 下列反应达到平衡时 哪种条件下生成物的含量最高 X2 g 2Y2 g X2Y4 g 正反应为放热反应 A 高温高压B 低温低压C 高温低压D 高压低温 D 巩固提升 1 应选用的温度是 应采用的压强是 理由是 450 常压 试一试 4 尾气中有SO2必须回收是为了 增大氧气浓度 提高SO2的利用率 防止SO2污染空气 3 在生产中 通入过量空气的目是 试一试 5 对于反应 2SO2 g O2 g 2SO3 g 下列判断正确的是 A 2体积SO2和足量O2反应 必定生成2体积SO3B 其他条件不变 增大压强 平衡向右移动C 平衡时 SO2消耗速率必定等于