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——工业合成氨课件鲁科选修4.ppt

第4节 化学反应条件的优化 ——工业合成氨 第2章 化学反应的方向、限度与速率 弗里茨·哈伯： 用空气制造面包的天使 自1784年发现氨以后，人们一直在研究如何利用化学方法由氮气和氢气合成氨，但直到1913年哈伯领导的科研团队实现了合成氨的工业生产，大大提高了粮食的产量。 考试说明解读 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。 教学重点、难点 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 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？ 　 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、环境保护等因素。 △H= -92.2 kJ·mol-1 △S= - 198.2J·K-1·mol-1 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？ (只需要估算即可) △H-T△S = -33.14 kJ·mol-10 自发 N2(g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) 合成氨反应原理 已知298K时： 交流·研讨1（课本Ｐ65页） 2. 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？ 一.合成氨反应的限度 数据分析 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 NH3% N2:H2 N2、H2体积比对产率的影响 1、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？ 二.合成氨反应的速率 交流·研讨2（课本P66页） 2.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？ 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： 条件 E a KJ·mol-1 k(催)/k(无) 无催化剂 335 3.4×1012(700k) 使用Fe催化剂 167 反应限度 反应速率 适宜条件 无影响 降温 高压 增大c(N2）、c(H2)，减小c(NH3），保持N2，H2体积比为1:3 催化剂 浓度 温度 压强 使用 升温 高压 增c(N2）、c(H2)，减小c(NH3) 使用铁触媒做催化剂 适宜高温 700K左右 保持n(N2):n(H2)=1:2.8的投料比，将氨气及时液化从体系中分离出去。 适当高压 20～50 MPa 在中压的工艺条件下，合成氨厂出口气中的氨含量一般为13%——14%，那么剩余的N2和H2该如何处理呢？ P69合成氨工业生产流程示意图 选择合成氨的条件时，既不能…..也不能……，而应该…… 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？ 仿生固氮酶催化剂 抗毒能力的新型催化剂 我国合成氨工业的发展情况： 我国合成氨工业开始于20世纪30年代，1949年新中国成立时合成氨厂只有3家，年生产能力不到0.6万吨。经过几十年的努力，我国已经拥有多种原料、不同流程的大、中、小合成氨厂1000多家；到2000年，合成氨年产量达到3363.7万吨，从生产能力和产量上都位居世界前列。  化学反应的方向 化学反应的限度 化学反应的速率 理论依据 实际生产 指导 1.工业合成氨反应是700 K左右进行的，这主要原因是（ ） 700 K 时氨的平衡浓度最大 700 K 时此反应速率最快　　　　 C.700 K 时氨的转化率最高　　　　 D.700 K 该反应的催化剂能发挥最大的作用 D 2. 在合成氨工业中，下列操作使平衡向右移动的是（ ） （A）不断将NH3分离出来 （B）使用催化剂 （C）采用700K左右的高温 （D）采用2×107～5×107Pa的压强 当堂训练 ??AD? 3.有关合成氨工业的说法中，正确的是（ ） A.从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占约13%～14 % ，所以生产氨的工厂效率都很低。 B.由于氨易液化，N2、H2在实际生产中是循环使用，所以总体来说氨的产率很高。 C.合成氨工业的反应温度控制在700K左右,目的是使化学平衡向正反应方向移动。 D.合成氨厂采用的压强是20～50 MPa