高中化学 第二章 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（第2课时）课件 鲁科版选修4-鲁科版高二选修4化学课件

1、第第4 4节节 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 第第2 2章章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率 弗里茨弗里茨哈伯：哈伯：用空气制造面包的天使 自自1784年发现氨以后，年发现氨以后，人们一直在研究如何利用人们一直在研究如何利用化学方法由氮气和氢气合化学方法由氮气和氢气合成氨，但直到成氨，但直到1913年哈伯年哈伯领导的科研团队实现了合领导的科研团队实现了合成氨的工业生产，大大提成氨的工业生产，大大提高了粮食的产量。高了粮食的产量。考试说明解读考试说明解读u了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的

2、适宜条件。合成氨的适宜条件。u了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产的选择与理论分析的差异。和方法，体验实际生产的选择与理论分析的差异。u通过对合成氨适宜条件的分析，认识化学反应速通过对合成氨适宜条件的分析，认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要作用。率和化学平衡的调控在工业生产中的重要作用。教学重点、难点教学重点、难点l应用化学反应速率和化学平衡原理选择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合成氨的适宜条件 假如你是一个工厂的厂长，对工业生产你主要假如你是一个工厂的厂长，对工业生产你主要应考虑哪些问题？

3、应考虑哪些问题？增大化学反应速率增大化学反应速率单位时间内产率高单位时间内产率高增大化学反应限度增大化学反应限度原料的利用率高原料的利用率高 另外还要考虑生产中的消耗能源、原料另外还要考虑生产中的消耗能源、原料来源、设备条件、环境保护等因素。来源、设备条件、环境保护等因素。 H= -92.2 kJmol-1 S= - 198.2JK-1mol-1 1.1.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下合成氨反应能否下合成氨反应能否自发进行？自发进行？ (只需要估算即可只需要估算即可)H-TS = -33.14 kJmol-10 自发自发N2(g) + 3H2 (g)

4、 2NH3 (g)合成氨反应原理合成氨反应原理已知已知298K时：时：交流交流研讨研讨1（课本（课本65页）页）2.2. 请利用化学平衡移动的知识分析采取什么措施有利于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？氨的生成？一一. .合成氨反应的限度合成氨反应的限度数据分析数据分析1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 0.60.50.40.30.20.1NH3%N2:H2N2、H2体积比对产率的影响体积比对产率的影响1 1、你认为可以通过控制哪些反应条件来提高合成氨反应、你认为可以通过控制哪些反应条件来提高合成氨反应的速率？的速率？二二.合成氨反应的速率合成氨反应的速率交流

5、交流研讨研讨2（课本（课本P66页）页）2.2.实验表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反实验表明，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为应的物质的浓度的关系为v v =kc(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？响？可以采取哪些措施来提高反应速率？3. 3. 请你根据下表所给的数据分析催化剂对合成氨反应速请你根据下表所给的数据分析催化剂对合成氨反应速率的影响：率的影响：条件条件E aKJmol-1k(催催)/k(无无)无催化剂

6、无催化剂3353.41012(700k)使用使用Fe催化剂催化剂167 反应限度反应限度 反应速率反应速率适宜条件适宜条件 无影响无影响 降温降温高压高压增大增大c(N2）、）、c(H2)，减小，减小c(NH3），保，保持持N N2 2，H H2 2体积体积比为比为1:31:3催化剂催化剂浓度浓度温度温度压强压强使用使用升温升温高压高压增增c(N2）、）、c(H2)，减，减小小c(NH3)使用使用铁触媒铁触媒做做催化剂催化剂适宜高温适宜高温700K700K左右左右保持保持n(Nn(N2 2):n(H):n(H2 2)=)=1:2.81:2.8的投料比，将氨气的投料比，将氨气及时液化从体系中及时

7、液化从体系中分离出去分离出去。 适当高压适当高压 2050 MPa在中压的工艺条件下，合成氨厂出口气中的氨在中压的工艺条件下，合成氨厂出口气中的氨含量一般为含量一般为13%14%，那么剩余的，那么剩余的N2和和H2该如何处理呢？该如何处理呢？P69合成氨工业生产流程示意图合成氨工业生产流程示意图选择合成氨的条件时，既不能选择合成氨的条件时，既不能.也不也不能能，而应该，而应该为了提高合成氨生产的能力，还可以为了提高合成氨生产的能力，还可以在哪些方面做进一步改进？在哪些方面做进一步改进？仿生固氮酶催化剂仿生固氮酶催化剂抗毒能力的新型催化剂抗毒能力的新型催化剂我国合成氨工业开始于我国合成氨工业开始

8、于2020世纪世纪3030年代，年代，19491949年新年新中国成立时合成氨厂只有中国成立时合成氨厂只有3 3家，年生产能力不到家，年生产能力不到0.60.6万吨。经过几十年的努力，我国已经拥有多种万吨。经过几十年的努力，我国已经拥有多种原料、不同流程的大原料、不同流程的大、中中、小合成氨厂小合成氨厂10001000多家；多家；到到20002000年，合成氨年产量达到年，合成氨年产量达到3363.73363.7万吨，从生万吨，从生产能力和产量上都位居世界前列。产能力和产量上都位居世界前列。化学反应的方向化学反应的方向化学反应的限度化学反应的限度化学反应的速率化学反应的速率理论依据理论依据实际

9、生产实际生产指导指导1.1.工业合成氨反应是工业合成氨反应是700 K700 K左右进行的，这主要原因是左右进行的，这主要原因是（ ） 700 K 700 K 时氨的平衡浓度最大时氨的平衡浓度最大 700 K 700 K 时此反应速率最快时此反应速率最快C.700 K C.700 K 时氨的转化率最高时氨的转化率最高D.700 K D.700 K 该反应的催化剂能发挥最大的作用该反应的催化剂能发挥最大的作用D2. 2. 在合成氨工业中，下列操作使平衡向右移动的是在合成氨工业中，下列操作使平衡向右移动的是（ ）（A）不断将）不断将NH3分离出来分离出来（B）使用催化剂）使用催化剂（C）采用）采用

10、700K左右的高温左右的高温（D）采用）采用21075107Pa的压强的压强当堂训练当堂训练 AD 3.3.有关合成氨工业的说法中，正确的是（有关合成氨工业的说法中，正确的是（ ）A.A.从合成塔出来的混合气体，其中从合成塔出来的混合气体，其中NHNH3 3只占约只占约13%13%14 % ，所以生产氨的工厂效率都很低。，所以生产氨的工厂效率都很低。B.B.由于氨易液化，由于氨易液化，N N2 2、H H2 2在实际生产中是循环使在实际生产中是循环使用，所以总体来说氨的产率很高。用，所以总体来说氨的产率很高。C.C.合成氨工业的反应温度控制在合成氨工业的反应温度控制在700K700K左右左右,

11、 ,目的是目的是使化学平衡向正反应方向移动。使化学平衡向正反应方向移动。D.D.合成氨厂采用的压强是合成氨厂采用的压强是202050 MPa50 MPa，因为该压，因为该压强下铁触媒的活性最大。强下铁触媒的活性最大。B 4.已知2SO2SO2 2(g)+O(g)+O2 2(g)(g) 2SO2SO3 3 (g) (g) H H0 0。催化剂催化剂V V2 2O O5 5在在400400500 500 时催化效果最好。时催化效果最好。(1) 应选用的温度是_。应采用的压强是_，理由是_450常压常压因为常压下因为常压下SO2的转化率已经很高，若采用较大压强，的转化率已经很高，若采用较大压强，SO2的转化率的转化率提高很少，但需要的动力更大