2.4化学反应条件的优化-工业合成氨课件（共26张）2026-2027学年第一学期鲁科版（选择性必修一）高二化学

第二章第4节化学反应条件的优化——工业合成氨学习目标1.结合生产实例，讨论化学反应条件的选择和优化，形成从限度、速率、能耗的多角度综合调控化学反应的基本思路，发展“绿色化学”的观念和辩证思维的能力。2.能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题。化工生产过程中反应条件的优化

反应条件优化的目的：

降低生产成本，提高经济效益②化学反应的限度③化学反应的速率生产的高效益生产的高效率④生产条件对生产设备的要求等投资成本经济效益①化学反应的方向生产的科学性合成氨反应的方向合成氨反应是一个可逆反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已知298K时:△H=-92.2KJ·mol-1

△S=-198.2J·K-1·mol-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？交流研讨△H－T△S=－92.2KJ·mol-1－298K×(－198.2×10-3KJ·K-1·mol-1)

=－33.1KJ·mol-1＜0反应能自发进行根据合成氨反应的特点,利用影响化学平衡移动的因素,分析什么条件有利于氨的合成？降低温度、增大压强有利于化学平衡正向移动，N2、H2浓度比为1：3，平衡混合物中氨的含量最高。一、合成氨反应的限度N2和H2比对产率的影响N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92.2KJ·mol-1

1.结合影响反应速率的因素，你认为通过控制哪些反应条件来提高合成氨反应的速率？(1)温度：(2)压强：(3)浓度：(4)催化剂：二、合成氨反应的速率升高温度

增大压强增大浓度使用催化剂交流研讨：2.实验表明，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：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响？可以采取哪些措施来提高反应速率？增大N2、H2浓度,

将氨及时从混合气中分离出去阅读课本第85-86页3、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：催化剂对合成氨反应速率的影响条件Ea/KJ·mol-1K(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。阅读课本第88页《化学与技术》，了解工业合成氨的催化历程阅读课本第86页《化学与技术》，了解工业合成氨的催化历程合成氨反应适宜条件的选择生成物氨的浓度反应物的浓度催化剂温度压强速率分析使NH3生产得快外界条件高压高温使用增大浓度减小浓度平衡分析使NH3生产得多高压低温无影响增大浓度减小浓度【思考】工业生产上温度与压强应如何选择？还要考虑哪些因素？合成氨反应适宜条件的选择

温度的选择①因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于平衡正向移动。②可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。

③催化剂要在一定温度下催化活性最大。合成氨反应适宜条件的选择压强的选择①合成氨反应是气态物质系数减小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。②但是压强越大，对设备的要求高，因此选择压强应符合实际科学技术。合成氨适宜条件催化剂_________

温度____________________________根据设备动力选择压强________________N2、H2投料比______及时分离________，氮气、氢气循环利用铁（铁触媒）700K左右(催化剂的活性高）1×107~1×108Pa1:2.8氨气三、合成氨的适宜条件P87-P88四.合成氨的生产流程P88造气、净化、合成氨防催化剂中毒净化压缩合成分离H2:N2（2.8:1)造气液氨N2和H2循环利用简要流程冷凝1.合成氨反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)

ΔH＝－92.2kJ·mol－1，K＝6.6×105mol－2·L2。(1)从平衡常数来看，反应的限度已经很大了，还需要使用催化剂的原因是

。(2)试分析实际生产中采取700K左右的温度的原因是：_________________________________________________________________________________________________________________________________________________。深度思考为了加快化学反应速率，提高单位时间内的产量温度高于700K，会使平衡逆向移动，降低反应物的转化率，温度低于700K，反应速率小，并且在此温度时，催化剂的活性最大，有利于提高单位时间内的产量⇌(3)压强越大越有利于合成氨平衡正向移动，提高反应速率，而实际采用的最高压强为8.5×107～1×108Pa，不采用更高的压强，其原因是_______________________________________________________________________。(4)N2和H2原料气在送入合成塔之前必需先净化的主要原因是

。(5)在合成氨生产中采取循环利用的原因是_________________________

。实际生产中，从动力消耗、设备要求、生产成本综合考虑，不是压强越大越好防止催化剂中毒合成氨的平衡转化率较小，为提高原料的利用率采取循环操作2.已知2SO2(g)＋O2(g)

2SO3(g)

ΔH＜0的实验数据如下表：温度不同压强下SO2的转化率(%)1×105Pa5×105Pa1×106Pa5×106Pa1×107Pa450℃97.598.999.299.699.7550℃85.692.994.997.798.3

该反应是放热反应，升高温度，转化率降低；在450℃时，反应物的转化率较高450℃(1)应选择的温度是

，理由是_____________________________________________________________________。

常压下SO2的转化率已经很高，采用较大的压强，SO2的转化率提高很少，但会提高生产成本(2)应采用的压强是

，理由是________________________________________________________________________________。1×105Pa(3)生产中通入过量空气的目的是

。增大O2浓度，提高SO2的转化率3、CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)+2H2(g)CH