高中化学 第2章 化学反应的方向、限度与速率 2.4 化学反应条件的优化——工业合成氨课件5 鲁科版选修4.ppt

第四节化学反应条件的优化 工业合成氨 我们为什么会缺氮 生命元素 氮 蛋白质缺乏的儿童 含氮食品 n 植物 动物 葡萄缺氮 氮气78 人类用氮的历史 德国哈伯 fritzhaber 人类向空气要面包成功了 合成氨是历史上最伟大的成就之一 哈伯与合成氨 合成氨从第一次实验室研制到工业化投产经历了约150年的时间 德国科学家哈伯在10年的时间内进行了无数次的探索 单是寻找高效稳定的催化剂 2年间他们就进行了多达6500次试验 测试了2500种不同的配方 最后选定了一种合适的催化剂 使合成氨的设想在1913年成为工业现实 鉴于合成氨工业的实现 瑞典皇家科学院于1918年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖 问题1 化学反应能否自发进行受哪些因素影响 化学反应的方向 焓变和熵变 问题2 分析合成氨反应的焓变和熵变 h 0 s 0 资料卡片 选修4 p38科学视野 合成氨反应是一个可逆反应 n2 g 3h2 g 2nh3 g h t s 33 1kj mol 1 0 问题1 化学反应能否自发进行受哪些因素影响 化学反应的方向 焓变和熵变 问题2 分析合成氨反应的焓变和熵变 h 0 s 0 g 0 反应自发进行 问题3 根据你所学的知识 分析合成氨反应难以发生的原因是什么 从反应物性质考虑 n n键能很大 n2很不活泼 3 便宜 4 绿色 2 快 1 多 交流 即提高平衡混合物里氨的含量 化学平衡问题 即提高单位时间里氨的产量 化学反应速率问题 成本低 如对耐高温设备所需材料的要求 即注意环境保护 反应物利用率接近百分之百 假如你是化工厂的厂长 在合成氨的工业生产过程中 你有什么要求 交流 研讨 根据此反应特点从理论上分析 1 什么条件有利于提高合成氨的速率 化学反应的速率和限度 2 用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于提高nh3的含量 h 0 s 0 理论分析合成氨的适宜条件 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 增大反应物浓度 平衡分析 使nh3生产得多 高压 低温 无影响 增大反应物浓度或减小生成物浓度 原料气氮氢物质的量比与平衡混合气中nh3 的关系图 数据分析1 浓度选择 思考 浓度怎么定 n2和h2的比例怎么定 从平衡的角度 在n2和h2的物质的量比为1 3时 平衡转化率最大 实验测得适当提高n2的浓度 即n2和h2的物质的量比为1 2 8时 更能促进氨的合成 实际生产中的处理方法 及时将气态氨冷却液化分离出去 及时将氮气和氢气循环利用 使其保持一定的浓度 数据分析2 压强和温度选择 反应达到平衡状态时平衡混合气中氨的含量与t p有什么关系 工业合成氨是否压强越高越好 理论采用 压强越大越好 压强越大 对设备的要求高 压缩h2和n2所需要的动力大 成本高 因此选择压强应符合实际科学技术 实际采用 20mpa 50mpa 压强选择 理论采用 高转化率和高速率所用条件矛盾 实际采用 500 在500 条件下 催化剂活性最高 转化率也适当 温度选择 使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍 数据分析3 催化剂选择 降低活化能 归纳 高压 20mpa 50mpa 适宜温度 500 左右 使用铁触媒作催化剂 n2和h2的物质的量比为1 2 8的投料比 及时分离出液态氨 合成氨工厂 新技术1 电化学 1998年两位希腊化学家提出了电解合成氨的新思路 采用高质子导电性的scy陶瓷 能传递h 为介质 实现了高温 570 常压下高转化率的电解法合成氨 装置如下图 钯电极a是电解池的极 填 阳 或 阴 该极上的电极反应式是 阴 n2 6e 6h 2nh3 78 新技术2 利用原电池原理 有人设想以n2和h2为反应物 以溶有a的稀盐酸为电解质溶液 可制造出既能提供电能 又能固氮的新型燃料电池 装置如图所示 电池正极的电极反应式是a是 n2 8h 6e 2nh4 nh4cl 科学家用一种含钼的化合物作催化剂 在常温下就能完成氨的合成 从而大大降低了生产成本 使得液氨有望取代液氢成为新一代绿色能源 常温