魯科版選修4 2.4化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨 課件（39張）.ppt

第2章第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化 工業(yè)合成氨 高中化學(xué)選修 化學(xué)反應(yīng)原理 回顧一段歷史 勒夏特列 能斯特 氨 nh3 理論計(jì)算 高壓條件下 勒夏特列 德國(guó)物理學(xué)家 化學(xué)家能斯特 理論計(jì)算 合成氨是不能進(jìn)行的 熱力學(xué)數(shù)據(jù) 快找哈伯來(lái) 我要成為百萬(wàn)富翁啦 啦 1908年7月 哈伯在實(shí)驗(yàn)室用n2和h2在600 200個(gè)大氣壓下合成出氨 產(chǎn)率僅有2 德國(guó)化學(xué)家弗里茨 哈伯 1911年到1913年 合成了1000噸液氨 并且用它制造出3500噸烈性炸藥tnt 討論1 假如你是一個(gè)工廠的廠長(zhǎng) 對(duì)工業(yè)生產(chǎn)你主要應(yīng)考慮哪些問(wèn)題 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 增大化學(xué)反應(yīng)速率 單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)率高 增大化學(xué)反應(yīng)限度 原料的利用率高 另外還要考慮生產(chǎn)中的消耗能源 原料來(lái)源 設(shè)備條件 環(huán)境保護(hù)等因素 提高綜合經(jīng)濟(jì)效益 原理探討 實(shí)際論證 單位時(shí)間里提高合成氨的產(chǎn)量 從化學(xué)反應(yīng)的速率考慮 提高平衡混合物中氨的含量 從化學(xué)平衡的移動(dòng)考慮 從生產(chǎn)成本 動(dòng)力 材料 設(shè)備等對(duì)上述理論探討進(jìn)一步論證 以得出合理的結(jié)論 一 合成氨反應(yīng)的限度 1 請(qǐng)根據(jù)正反應(yīng)的焓變和熵變 分析 k下合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行 資料 交流研討 請(qǐng)利用化學(xué)平衡移動(dòng)的知識(shí)分析什么條件有利于氨的合成 討論2 請(qǐng)同學(xué)們寫(xiě)出合成氨的化學(xué)反應(yīng)方程式 并討論說(shuō)明這個(gè)反應(yīng)方程式有什么特點(diǎn) n2 3h22nh3 正反應(yīng)放熱 特點(diǎn) a 可逆反應(yīng)b 正反應(yīng)放熱c 正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng) 達(dá)到平衡時(shí)平衡混合物中nh3的含量 體積分?jǐn)?shù) v n2 v h2 1 3 資料 二 合成氨反應(yīng)的速率 1 結(jié)合影響反應(yīng)速率的因素 思考什么條件能使氨生成得快 升高溫度增大壓強(qiáng)增大反應(yīng)物濃度使用催化劑 資料 交流研討 討論 請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)合成氨的特點(diǎn) 從化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡兩個(gè)角度來(lái)綜合分析 合成氨應(yīng)采取什么反應(yīng)條件 高壓 高壓 高溫 低溫 使用 不影響 高壓 高壓 高溫 低溫 使用 不影響 一致 矛盾 既然增大壓強(qiáng)既可提高反應(yīng)速率 又可提高氨的產(chǎn)量 那么在合成氨工業(yè)中壓強(qiáng)是否越大越好 既然降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動(dòng) 那么生產(chǎn)中是否溫度越低越好 思考 在合成氨工業(yè)中要使用催化劑 既然催化劑對(duì)化學(xué)平衡的移動(dòng)沒(méi)有影響 為什么還要使用呢 交流 研討 1 既然增大壓強(qiáng)既可提高反應(yīng)速率 又可提高氨的產(chǎn)量 那么在合成氨工業(yè)中壓強(qiáng)是否越大越好 壓強(qiáng)怎么定 2 既然降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動(dòng) 那么生產(chǎn)中是否溫度越低越好 3 催化劑對(duì)化學(xué)平衡的移動(dòng)沒(méi)有影響 在合成氨工業(yè)中要不要使用催化劑 為什么 溫度怎么選擇 要不要催化劑 壓強(qiáng)怎么選 分析 合成氨反應(yīng)是體積縮小的氣體反應(yīng) 增大壓強(qiáng)既可以增大反應(yīng)速率 又能使平衡正向移動(dòng) 所以理論上壓強(qiáng)越大越好 但是壓強(qiáng)越大 對(duì)設(shè)備的要求高 壓縮h2和n2所需要的動(dòng)力大 因此選擇壓強(qiáng)應(yīng)符合實(shí)際科學(xué)技術(shù) 綜合以上兩點(diǎn) 實(shí)際生產(chǎn)中壓強(qiáng)一般選擇在200 500大氣壓之間 思考 問(wèn)題 溫度怎么選擇 分析 因?yàn)檎磻?yīng)方向是放熱的反應(yīng) 所以降低溫度有利于平衡正向移動(dòng) 可是溫度越低 反應(yīng)速率越小 達(dá)到平衡所需要的時(shí)間越長(zhǎng) 因此溫度也不宜太低 催化劑要在一定溫度下催化活性最大 綜合以上因素 實(shí)際生產(chǎn)中溫度一般選擇在700k左右 主要考慮催化劑的活性 思考 問(wèn)題 鐵觸媒催化能力 用不用催化劑 思考 問(wèn)題 催化劑對(duì)合成氨反應(yīng)速率的影響 使用催化劑可使合成氨反應(yīng)的速率提高上萬(wàn)億倍 用不用催化劑 實(shí)際生產(chǎn)中選用鐵為主體的多成分催化劑 鐵觸媒 它在500 時(shí)活性最高 分析 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益要求化學(xué)反應(yīng)速度要快 原料的利用率要高 單位時(shí)間的產(chǎn)量要高 思考 問(wèn)題 思考 問(wèn)題 即使在500 和30mpa時(shí) 合成氨平衡混合物中nh3的體積分?jǐn)?shù)也只有26 4 轉(zhuǎn)化率仍不夠大 還可采取什么辦法 實(shí)驗(yàn)表明 在特定條件下 合成氨反應(yīng)的速率與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系為 c n2 c1 5 h2 c 1 nh3 n2 3h22nh3 正反應(yīng)放熱 分析 保持一定的n2 h2濃度 減少氨氣的濃度 可以提高合成氨的效率和產(chǎn)量 實(shí)際生產(chǎn)中的處理方法 及時(shí)將氣態(tài)氨冷卻液化而分離出去 及時(shí)補(bǔ)充氮?dú)夂蜌錃?使其保持一定的濃度 思考 問(wèn)題 即使在500 和30mpa時(shí) 合成氨平衡混合物中nh3的體積分?jǐn)?shù)也只有26 4 轉(zhuǎn)化率仍不夠大 還可采取什么辦法 還可以在哪些方面做進(jìn)一步的改進(jìn) 增大反應(yīng)物的濃度可以增大反應(yīng)速率也可以減小生成物的濃度使平衡正向移動(dòng) 從化學(xué)平衡的角度分析 在氮?dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量比為1 3時(shí) 平衡轉(zhuǎn)化率最大 但是實(shí)驗(yàn)測(cè)得適當(dāng)提高n2的濃度 即n2和h2的分壓比為1 2 8時(shí) 更能促進(jìn)氨的合成 既不能片面地追求高轉(zhuǎn)化率 也不能只追求高反應(yīng)速率 而應(yīng)該 研討的結(jié)果 高壓200 500大氣壓 適宜溫度700k左右 使用鐵觸媒作催化劑 液化氨并及時(shí)分離 補(bǔ)氮?dú)湓蠚庋h(huán) n n2 n h2 1 2 8 合成氨廠的實(shí)地照片 合成氨工業(yè)流程 原料氣的制取 凈化 壓縮 合成 分離 液氨 小結(jié) 1 合成氨的工業(yè)條件的選擇 反應(yīng)速率和化學(xué)平衡共同作用的結(jié)2 選擇合成氨的條件時(shí) 既不能片面地追求高轉(zhuǎn)化率 也不能只追求高反應(yīng)速率 而應(yīng)該 合成氨選擇適宜生產(chǎn)條件的原則 1 既要注意外界條件對(duì)反應(yīng)影響的一致性 又要注意外界條件對(duì)反應(yīng)影響的矛盾性 2 既要注意溫度 催化劑對(duì)速率影響的一致性 又要注意催化劑的活性對(duì)溫度的限制 3 既要注意注意理論上的需要 又要注意實(shí)際操作的可能性 小結(jié) 工業(yè)上利用某可逆反應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品 一般要使用催化劑 這樣可以大大加快化學(xué)反應(yīng)速率 提高生產(chǎn)效率 也提高了經(jīng)濟(jì)效益 選擇合適的溫度 該溫度是催化劑活性最大的溫度 選擇合適的壓強(qiáng) 既要考慮化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡 還要考慮動(dòng)力 材料 設(shè)備等 小結(jié) 反思 課堂 反思 1 知識(shí)收獲 2 方法收獲 3 我的疑惑 c 2 下列事實(shí)中不能用勒夏特列原理來(lái)解釋的是 a 工業(yè)制硫酸的過(guò)程中通入足量的空氣 可以提高so2的產(chǎn)率 b 加入催化劑有利于合成氨反應(yīng) c 高壓有利于合成氨反應(yīng) d 500 左右比室溫更有利于合成氨反應(yīng) bd 3 密閉容器中的可逆反應(yīng) co no2co2 no 正反應(yīng)為放熱反應(yīng) 達(dá)到平衡后 只改變下列的一個(gè)條件 填寫(xiě)有關(guān)的空白 增大容器的體積