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2鲁科版选修4.ppt

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1、化学条件的优化工业合成氨,化学反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)看起来十分的简单，为什么合成氨的工业化生产会经历如此漫长的过程？合成氨工厂为什么需要那么庞大而复杂的生产设备和特殊的生产条件？,合成氨技术的发明使工业化人工固氮成为现实。要实现合成氨的工业化生产，必须从化学热力学和化学动力学两个方面选择合成氨的反应条件。,联想质疑,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,【问题】分析工业生产主要要考虑哪些问 题？,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。,影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些?,温度越高

2、,反应速率越大,压强越大,反应速率越大,正催化剂加快反应速率,反应物浓度越大,反应速率越大,升高温度,平衡向吸热反应方向移动,增大压强,平衡向气体体积减小的方向移动,催化剂对平衡无影响,增大反应物浓度,平衡正移动,合成氨反应是一个可逆反应:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)已知298K时，H=-92.2KJmol-1 S=-198.2JK-1mol-1 1、请根据正反应的焓变和熵变分析298K下合成氨反应是否自发进行。2、请利用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的合适条件。,【交流研讨】,一、合成氨的反应限度,氢氮比,平衡时NH3含量,不同条件下平衡混合气中氨的含量(体积分数)(原料其

3、中N2和H2的体积比是1:3 ),二、合成氨反应的速率,交流研讨,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?,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, =C(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：,催化剂对合成氨反应速率的影响,1、催化剂能降低反应的活化能、增大速率常数 2、使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。,第67页 1、填写表格 2、请尝试为合成氨选择合适的条件,【交流研讨】,三、合成

4、氨的适宜条件的选择,未参与反应的原料气应循环使用,加压有利,反应器材质要求高,低温有利,热量回收,综合利用,研究提高氮活性的催化剂,升高反应温度,增加原料气浓度,此反应 为加压,及时将氨气移走,生成氨的浓度,反应物的浓度,催化剂,温度,压强,速率分析,提高反应速率,外界条件,高压,高温,使用,增大浓度,减小浓度,平衡分析,提高转化率,高压,低温,无影响,增大浓度,减小浓度,小结：,选择适宜生产条件的原则：,(1)既要注意外界条件对二者影响一致性,又要注意对二者影响的矛盾性。 (2)既要注意温度、催化剂对速率影响的一致性,又要注意催化剂的活性对温度的限制。 (3)既要注意理论上的需要,又要注意实

5、际可能性。,【交流研讨】,1、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是否越大越好？,压强怎么定？,2、既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？,3、 催化剂对化学平衡的移动没有影响， 在合成氨工业中要不要使用催化剂，为什么？,温度怎 么选择？,要不要用催化剂？,浓度怎么定？H2和N2的比例怎么定？,讨论：能否用过量氮气提高氢气转 化率？工业合成氨是否采用此方法？,研讨的结果,适宜温度700K左右,使用铁触媒作催化剂,1107 1108Pa,氮气与氢气投料比：1:2.8 氨气及时分离，氮氢原料气循环使用并不断补充。,已知2SO2(g)+O2(g) 2SO3 (g) H0其实验数据见下表,(1)应选用的温度是_。,应采用的压强是_，理由是_。,