高中化学-工业合成氨教学课件设计

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——工业合成氨化学热力学化学动力学反应速率反应方向反应限度反应能否自发进行促使化学平衡正向移动提高反应速率适宜的合成氨条件【工业合成氨的发展历史】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？【交流·研讨】1.常温下，氮气和氢气有可能合成氨气吗？2.若想提高氨在平衡混合气中的含量，可以采取哪些措施？3.哪些措施能够加快氮气、氢气合成氨的反应速率？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2.反应限度：①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。②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是放减小降低增大氮气、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：ν=kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3)条件△

E/kJ/molk(催)/k(无)无催化剂3353.4×1012(700K)使用Fe催化剂167（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【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】温度压强催化剂浓度450℃2×107Pa金属锇使氨气氢气循环，分离出氨气反应速率，反应限度催化剂活性钢材质量及综合指标成本实际反应情况温度压强催化剂浓度700K107-108Pa铁触媒氮气氢气物质的量之比1:2.8【课堂小结】哈伯博施【工业合成氨适宜条件】工业生产需要（3）考虑原料的价格、未转化的合成气的循环使用、反应热的综合利用等问题。【课堂小结】工业生产条件的选择与优化一般思路与方法：（1）条件的选择—反应速率和化学平衡共同作用的结果（2）既不能片面地追求高转化率，也不能只追求高反应速率，而应该寻找以较高的反应速率获得适当平衡转化率的反应条件。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】C2.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的影响（1）应该选用的温度是：

。（2）应该采用的压强是：

；

理由是：

压强/Mpa转化率%温度/℃0.10.511040099.299.699.799.950093.596.997.899.36