高中化学 第2章 化学反应的方向、限度与速率 第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨课件4 鲁科版选修4-鲁科版高中选修4化学课件

1、 第第2 2章章 第四节第四节 化学反应条件的优化化学反应条件的优化 工业合成氨工业合成氨1785年，确定了氨的组成：氮、氢年，确定了氨的组成：氮、氢研究研究N2和和H2直接合成直接合成NH31913年实现了合成氨的工业化生产年实现了合成氨的工业化生产德国科学家哈伯在德国科学家哈伯在10年的时间内进行年的时间内进行了无数次的探索，单是寻找高效稳定了无数次的探索，单是寻找高效稳定的催化剂，的催化剂，2年间他们就进行了多达年间他们就进行了多达6500次试验，测试了次试验，测试了2500种不同的配种不同的配方，最后选定了一种合适的催化剂方，最后选定了一种合适的催化剂-铁，使合成氨的设想在铁，使合成氨

2、的设想在1913年成为工年成为工业现实。鉴于合成氨工业的实现，瑞业现实。鉴于合成氨工业的实现，瑞典皇家科学院于典皇家科学院于1918年向哈伯颁发了年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖。诺贝尔化学奖。 N2(g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)298K时：时： H= -92.2 kJmol-1 S= - 198.2JK-1mol-1 请根据正反应的焓变和熵变分析请根据正反应的焓变和熵变分析298K298K下合成氨反下合成氨反应能否自发进行？应能否自发进行？ H-TS = -33.14 kJmol-10 自发自发1 1、从反应的可逆性、热效应、气体、从反应的可逆性、热效应、气体物质系数变化的角度分析合

3、成氨的物质系数变化的角度分析合成氨的反应特点？反应特点？N2+3H2 2NH3 2 2、请利用化学平衡移动的知识分析、请利用化学平衡移动的知识分析采取什么措施有利于氨的生成？采取什么措施有利于氨的生成？降低温降低温度度、增大压、增大压强强、增大反应物浓度、增大反应物浓度、降低生成物浓度降低生成物浓度达到平衡时平衡混合物中达到平衡时平衡混合物中NHNH3 3的含量的含量（体积分数）（体积分数） V(N V(N2 2):V(H):V(H2 2)=1:3 )=1:3 0.10.1101020203030606010010020020015.315.381.581.586.486.489.989.99

4、5.495.498.898.83003002.22.252.052.064.264.271.071.084.284.292.692.64004000.40.425.125.138.238.247.047.065.265.279.879.85005000.10.110.610.619.119.126.426.442.242.257.557.56006000.050.054.54.59.19.113.813.823.123.131.431.4压强压强/ /MPaMPaNHNH3 3含含 量量/%/%温度温度/ /温度降低，氨的含量增大温度降低，氨的含量增大压强增大，氨的含量增大压强增大，氨的含量增

5、大氢氮比氢氮比外界条件化学平衡角度提高反应的平衡转化率N2、H2物质的量之比 NH3的浓度温度压强催化剂无影响高压低温为1:3时，NH3的含量最高及时转移走NH31、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？升高温度增大压强增大反应物浓度使用催化剂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？催化剂对合成氨反应速率的影响条件条件E/KJ/molK(催催)/k(无无)无催化剂无催化剂3353.41012(700k)使用使用F

6、e催化剂催化剂167 使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。外界条件化学速率角度提高合成NH3的速率N2、H2浓度和物质的量比NH3的浓度温度压强催化剂增大N2、H2的浓度,且提高氢气比例研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式为：v =kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3)及时转移走NH3高温高压催化剂【小结小结】外界条件提高平衡转化率提高化学反应速率N2:H21:31:3NH3及时转移及时转移温度低温高温压强高压高压催化剂无影响催化剂合成氨的适宜条件合成氨的适宜条件压强压强温度温度催化剂催化剂浓度浓度根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选根据反应

7、器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强择压强适宜温度，适宜温度，700K左右左右使用铁触媒作催化剂使用铁触媒作催化剂N2和和H2的物质的量比为的物质的量比为12.8的投料比，氨及时的投料比，氨及时从混合气中分离出去从混合气中分离出去铁触媒催化能力铁触媒催化能力小结：合成氨选择适宜生产条件的原则小结：合成氨选择适宜生产条件的原则1.1.既要注意外界条件对反应影响的既要注意外界条件对反应影响的一致性一致性， 又要注意外界条件对反应影响的又要注意外界条件对反应影响的矛盾性矛盾性。2.2.既要注意既要注意温度、催化剂温度、催化剂对速率影响的一致对速率影响的一致 性；又要注意催化剂的活性对温度的限制。性；又要注意催化剂的活性对温度的限制。3.3.既要注意注意既要注意注意理论理论上的需要，又要注意上的需要，又要注意 实际操作实际操作的可能性。的可能性。思考：假如你是一个化工厂的技术厂思考：假如你是一个化工厂