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课件10 鲁科版选修4.ppt

化学反应条件的优化 工业合成氨 第一次世界大战爆发后 英国从海上完全封锁了与之为敌的德国 硝石不能从智利进口了 农田没有肥料 就会缺粮食 缺乏硝酸就会缺少炸药 德国就会投降 可是两年过去了 1916年德国的农田仍一片葱绿 前线的炮火反而更加猛烈了 这是怎么回事 是谁创造了这个奇迹呢 回顾一段历史 早在19世纪以前 为了满足人们对氮肥 含氮的化合物日益增长的需求 英国物理学家克鲁克斯率先发出了 向空气中要氮肥 的号召 哈伯 实验室合成氨 1918年诺贝尔化学奖 博施 实现工业合成氨 1931年诺贝尔化学奖 克鲁克斯 回顾一段历史 弗里茨 哈伯 德国化学家 出生于一个犹太富商家中 1900年获得博士学位 1908年7月首次合成氨气 1909年7月建成每小时生产90克氨气的实验装置 1918年获得诺贝尔化学奖 用空气制造面包的圣人 合成氨之父 他在1914年研制生产了硝酸铵和黄色炸药tnt 解决了德军的军火问题 在1915年1月 首次将氯气用于战场 后来又研制出了剧毒气体光气用于战场 首创了使用化学毒剂的化学战 在第一次世界大战中有130万人受到化学战的伤害 其中9万人死亡 现代化学战之父 回顾一段历史 毁誉参半的哈伯 天使 与 恶魔 哈伯 哈伯 实验室合成氨的条件 n2 g 3h2 g 2nh3 g 该反应能不能发生 在什么样的条件下能更快 更多的获取氨气 反应方向 反应限度 反应速率 1 反应方向 298k时 h t s 0反应能自发进行 298k时 k 4 1 106 mol l 1 2 哈伯 实验室合成氨的条件 哈伯 交流 研讨 p65页 请根据正反应的焓变和熵变分析在298k下合成氨反应能否自发进行 已知 298k时 h 92 2kj mol 1 s 198 2j k 1 mol 1 2 反应限度 合成氨反应的特点是什么 1 反应可逆反应 2 正反应是热的 3 正反应是气体体积的反应 采取哪些措施有利于提高合成氨反应的限度 1 温度 2 压强 3 增大浓度 减小浓度 哈伯 哈伯 实验室合成氨的条件 n2 g 3h2 g 2nh3 g h 92 2kj mol 1 降低 增大 氮气 氢气 氨气 哈伯 哈伯 实验室合成氨的条件 3 反应速率 合成氨反应速率与反应物浓度关系 kc n2 c1 5 h2 c 1 nh3 1 温度 2 压强 3 增大浓度 减小浓度 4 催化剂 升高 增大 使用 可增大合成氨反应速率的措施 氮气 氢气 氨气 高压 高压 低温 高温 使用 无影响 增大浓度 增大浓度 减小浓度 减小浓度 小结 矛盾 平衡分析 速率分析 压强怎么选 问题 用不用催化剂 问题2 温度怎么选择 问题3 问题4 转化率仍不够大 还可采取什么办法 资料一 锇是一种贵重金属 储量较少 开发成本高 粉末状的金属锇 常温下会逐渐氧化成四氧化锇 四氧化锇在48 时熔化 在130 时沸腾 锇蒸汽有剧毒 强烈刺激人眼黏膜 严重会造成失明 资料二 高温高压条件下 氢气会使钢脱碳 导致氢腐蚀 使钢的机械性能下降 氢气会渗透到钢材内部 使钢材出现裂纹 资料三 当氮气与氢气体积比为1 3时平衡混合物中氨的含量最高 但是氮气在催化剂上吸附是反应中最难发生的步骤 是影响反应速率的关键步骤 资料四 合成氨出气口氨的含量较低 原料不能得到充分利用 博施 博施团队 工业合成氨适宜条件 寻找合适的催化剂 降低成本 制造耐高温高压设备 调整氮 氢比例 使未反应气体循环利用 工业生产要注重 原料易得 成本低 利用率高 生产效率高等 博施 博施团队 工业合成氨适宜条件 交流 研讨 1 为什么不尽可能使用更高的压强 2 为什么反应温度控制在700k左右 3 为什么氮气与氢气物质的量之比是1 2 8而不是1 3 催化剂fe在700k时催化活性最强 实验室合成氨的条件 课堂小结 哈伯 博施 启示 1 理论必须与实践相结合 2 工业生产要追求效益最大化 1 关于合成氨的反应 下列说法正确的是 a 温度越高 反应速率越快 所以合成氨反应的温度越高越好b 压强越大合成氨反应速率越大 工业上不采用过高的压强主要是考虑反应的限度问题c 使用催化剂可以提高单位时间内氨气的产量d 浓度越大 反应速率越快 所以不必把氨从混合物中分离出来 巩固练习 c 2 根据二氧化硫催化氧化为三氧化硫的反应特点和下表数据 选择工业上制硫酸中二氧化硫接触氧化的适宜条件 1 2so2 g o2 g 2so3 g h 0 2 温度和压强对二氧化硫的平衡转化率