2018年高中化学第2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10鲁科版选修4.ppt

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1、第2章 第四节 化学反应条件的优化工业合成氨,1914年，第一次世界大战爆发,原来德国以哈伯为首的一批化学家克服了当时的世界化学难题以廉价的空气、水和煤炭合成了重要的制造肥料和炸药的化工原料氨气。因为哈伯对合成氨工业所取得的重大成就，哈伯获得了1918年的诺贝尔化学奖，人们赞扬他为用空气制造出面包的天使。,德国化学家 弗里茨哈伯,氨气的用途,假如将来你是一个合成氨工厂的厂长，对工业生产你会考虑哪些问题？,畅想未来,交流研讨（P65 ）：已知N2(g)+3H2 (g) 2NH3 (g) H0。在298K时:,_反应,正反应为_反应,正反应为气体体积_的反应,反应特点,可逆,放热,减小,_自发进行

2、的反应,能,从热力学角度分析：,HTS = 33.14 kJmol1,【自主探究】,根据合成氨反应的特点应分别采取什么措施提高反应的平衡转化率和反应速率？请填写下表,高压,高压,高温,低温,使用,无影响,增大反应物浓度,增大反应物浓度 减小生成物浓度,实验研究表明，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关系式为：则各物质浓度对反应速率有何影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？,增大氮气和氢气的浓度，减小氨气的浓度,【自主探究】,【合作探究】,据合成氨反应的特点应分别采取一些措施提高反应的平衡转化率和反应速率，但是二者能否一致？,高压,高压,高温,低温,使用,无影响,增大反应物浓度

3、,增大反应物浓度 减小生成物浓度,一致,矛盾,一致,减小生成物浓度,结合外界条件对合成氨反应的平衡和速率的影响，请小组探究，工业中合成氨的适宜条件。,【合作 探究】,三、合成氨的适宜条件,温馨提示:经济效益和社会效益要求化学反应速度要快，原料的利用率要高，单位时间的产量要高。,温馨提示：既然增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强选择多大比较合适？是不是越大越好？,压强怎么选？,2合成氨反应的适宜条件 (1)压强 适宜条件理论依据：压强越大，要求动力越大，对材料和设备的制造要求就越高。,用不用催化剂？,催化剂对合成氨反应速率的影响,根据使用催化剂可使合成氨反应的速率提

4、高上万亿倍分析，在合成氨工业中我们到底需不需要使用催化剂？,答：需要，因为使用催化剂虽然不能提高合成氨的限度，但是可大大提高合成氨反应的速率，大大的缩短到达平衡的时间。,温度怎么选择？,温馨提示：既然降低温度有利于平衡向合成氨的方向移动，但是合成氨的速率会降低，那么温度我们应该如何选择？,浓度怎么选择？,增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2的浓度，可提高H2的转化率，即N2和H2的物质的量比为1：2.8时，更能促进氨的合成。,浓度怎么选择？,即使在700K和30M

5、Pa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？,资料：,合 成 氨 流 程 简 图,合 成 塔,氨 分 离 器,液氨,水 冷 器,循环气体,压缩机,循 环 压 缩 机,氮氢混合气,实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化分离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使其保持一定的浓度（1：2.8 ）。,小 结,1、合成氨的工业条件的选择 反应速率和化学平衡共同作用的结果 2、选择合成氨的条件时，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,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_,铁触媒,700

6、K左右,低压(1107Pa) 、 中压(2107Pa (3107Pa) 、 高压(8.5107Pa 1108Pa )、,1:2.8,氨气,?,浓度：,三、合成氨的适宜条件,1、关于氨的合成工业的下列说法正确的是 （ ） (A)从合成塔出来的气体，其中氨一般占15%，所以生产氨的工业的效率都很低 (B)由于NH3易液化，N2、H2可循环使用，则总的说来氨的产率很高 (C)合成氨工业的反应温度控制在500 左右，目的是使平衡向正反应方向进行 (D)合成氨工业采用20 MPa - 50MPa ，是因该条件下催化剂的活性最好,B,应用探究,C,应用探究,3、合成氨所需的H2可由煤和水蒸气反应而制得，其

7、中一步的反应为： CO + H2O CO2 + H2 (正反应放热)，下列措施中，能提高CO转化率的是（ ）A增大压强 B升高温度C增大水蒸气浓度 D增大浓度,C,应用探究,已知2SO2(g)+O2(g) 2SO3 (g) H0其实验数据见表：,(1) 应选用的温度是_。,应采用的压强是_，理由是_ _,450,常压,延伸 探究：,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】,四、合成氨工业简述：,1、主要流程：,2、原料气制取：,制氮气:,（造气）,（净化）,（合成氨）,（N2、H2）,制氢气:,CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g) CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g),H2O(气),