高二化学课件鲁科版选修四24-化学反应条件的优化-工业合成氨-公开课教学课件共-

第2章第四节鲁科版

《

化学反应条件的优化

——工业合成氨》

第2章第四节鲁科版教学目标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适宜条件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;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。教学目标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适温故知新影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些?

化学反应速率

化学平衡

温度气体压强催化剂浓度温故知新影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些?高二化学课件鲁科版选修四24-化学反应条件的优化—工业合成氨-公开课教学课件共-

弗里茨·哈伯德国

名人故事

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。弗里茨·哈伯名人故事合成氨从第一次实验室研制

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。讨论：假如你是一个化工厂的老板，对工业生产你主要应考虑哪些问题？经济效益和社会效益增大化学反应速率单位时间内产率高增大化学反应限度原料的利用率高另外还要考虑生产中的消耗能源、原料来源、设备条件、环境保护一、合成氨反应的限度

1、请根据正反应的焓变和熵变，分析298K下合成氨反应能否自发进行？P65２、请利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成？交流·研讨一、合成氨反应的限度1、请根据正反应的焓变和熵变，从反应的可逆性、热效应、气体物质系数变化的角度分析合成氨的反应特点？N2+3H22NH3（正反应放热）特点：a、可逆反应b、正反应放热c、气态物质系数的改变量⊿v<0从反应的可逆性、热效应、气体物质系数变化的角度分析合成氨的反达到平衡时平衡混合物中NH3的含量（体积分数）[V(N2):V(H2)=1:3]

0.11020306010020015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.279.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4压强/MPaNH3含量/%温度/℃温度升高，氨的含量降低压强增大，氨的含量增大达到平衡时平衡混合物中NH3的含量0.1102H2、

N2

比例H2、N2比例二、合成氨反应的速率交流·研讨1、你认为可以控制哪些条件使合成氨的速率更快？2、实验表明，合成氨的速率公式为：

V=kC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)你又可以从中得到什么结论呢？二、合成氨反应的速率交流·研讨1、你认为可以控制哪些条件使催化剂对合成氨反应速率的影响条件△E/KJ/molK(催)/k(无)无催化剂3353.4×1012(700k)使用Fe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。催化剂对合成氨反应速率的影响条件△E/KJ/molK(催提高反应的平衡转化率提高化学反应的速率反应特点措施反应特点措施放热活化能高分子数减少低温时速率低反应可逆提高原料气浓度能提高速率氨气浓度增加能降低速率综合比较提高反应的平衡转化率提高化学反应的速率反应特点措施反应特点措合成氨的反应正反应为放热反应

分析角度反应条件使合成氨的速率快使平衡混合物中氨的含量高压强温度催化剂高压高压高温低温

使用不影响一致矛盾分析选择合成氨的适宜条件分析角度使合成氨的速率快使平衡混合物铁触媒催化能力铁触媒催化能力

0.11020306010020015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.279.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4压强/MPaNH3含量/%温度/℃思考讨论即使在500℃和30MPa时，合成氨平衡混合物中NH3的体积分数也只有26.4%，转化率仍不够大，还可采取什么办法？0.11020306010020015.381外部条件工业合成氨的适宜条件压强温度催化剂浓度

据反应器及综合指标选择

适宜温度

700K左右使用铁触媒作催化剂液化氨并及时分离、补氮、氢原料气循环[n(N2):n(H2)=1:2.8]三、合成氨的适宜条件外部条件工业合成氨的适宜条件压强温度催化剂浓度◆小结◆◆小结◆

工业上利用某可逆反应生产产品：

一般要使用催化剂：这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益；选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大的温度；选择合适的压强：既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。◆小结.反思◆工业上利用某可逆反应生产产品：◆小结.反思◆◆学以致用◆◆学以致用◆C1.有如下平衡体系：

CO（g）+2H2（g）CH3OH(g)（正反应为放热反应），为了增加甲醇的日产量，应采取的正确措施是（）

A.高温、高压B.低温、低压

C.适宜的温度、高压、催化剂

D.高温、高压、催化剂◆当堂练习◆C1.有如下平衡体系：◆当堂练习◆2.下列事实中不能用化学平衡移动原理来解释的是（）A.工业制硫酸的过程中通入足量的空气,可以提高SO2的产率B.加入催化剂有利于合成氨反应C.高压有利于合成氨反应D.500℃左右比室温更有利于合成氨反应BD◆当堂练习◆2.下列事实中不能用化学平衡移动原理来解释的是（）A3、下列说法正确的是（）A、在高温下，延长反应时间或者增加氮气的浓度均可以提高合成氨中H2的转化率B、在密闭容器中，当CaCO3CaO+CO2处于平衡状态时，再加入Na2O2固体，CaCO3的量会减少。C、有固体参加的可逆反应达平衡后，若改变压强，不会影响平衡的移动D、在合成氨反应中，使用催化剂能提高反应速率，使氨的质量分数增加，从而增加氨的产量B◆当堂练习◆3、下列说法正确的是（）B◆当堂练习◆4、在一定条件下,合成氨反应达到平衡后,混合气体中NH3的体积占25%,若反应前后条件保持不变,则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的之比()◆当堂练习◆4、在一定条件下,合成氨反应达到平衡后,混合气体中NH3的体5、在合成氨反应中，入口气体体积比N2:H2:NH3为6:18:1，出口气体体积比为9:27:8，则H2的转化率为________。5、在合成氨反应中，入口气体体积比N2:H2:NH3为6

5．B◆当堂练习◆5．B◆当堂练习◆我国合成氨工业的发展情况：

解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂；

1949年全国氮肥产量仅0.6万吨；

1982年达到1021.9万吨，成为世界上产量最高的国家之一。19世纪以前，一些有远见的化学家指出：考虑到将来的粮食问题，为了使子孙后代免于饥饿，我们必须寄希望于科学家能实现大气固氮。因此将空气中丰富的氮固定下来并转化为可被利用的形式，在20世纪初成为一项受到众多