高中化學(xué) 第2章 化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率 2.4 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨課件3 魯科版選修4-魯科版高二選修4化學(xué)課件

1、化學(xué)反應(yīng)的方向化學(xué)反應(yīng)的限度化學(xué)反應(yīng)的速率合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進行怎樣能促使化學(xué)平衡向合成氨方向移動怎樣能提高合成氨反應(yīng)速率適宜的合成氨條件工藝流程化學(xué)工藝學(xué)高壓對設(shè)備材質(zhì)、加工制造的要求、溫度的催化劑活性的影響等【交流交流研討研討】 課本課本P65 P65 一、合成氨反應(yīng)的限度一、合成氨反應(yīng)的限度合成氨反應(yīng)合成氨反應(yīng): N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)已知已知298K298K時時: : H= -92.2KJmolH= -92.2KJmol-1-1 S = -198.2JKS = -198.2JK-1-1molmol-1-1請根據(jù)正反應(yīng)的焓變和熵變分析請根據(jù)正反應(yīng)的焓變和熵變分析298K

2、298K下下合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進行？合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進行？自發(fā)分析合成氨反應(yīng)的特點：分析合成氨反應(yīng)的特點：可逆反應(yīng)可逆反應(yīng)正反應(yīng)正反應(yīng)氣體的物質(zhì)的量減小氣體的物質(zhì)的量減小正反應(yīng)是正反應(yīng)是298K時自發(fā)的放熱反應(yīng)時自發(fā)的放熱反應(yīng)熵減小的反應(yīng)熵減小的反應(yīng)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H -92.2kJ/mol S = -198.2JKS = -198.2JK-1-1molmol-1-11:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 0.60.50.40.30.20.1NH3%n(N2:H2) 2、增大壓強、增大壓強 1、降低溫度、降低溫度3、氮氣和氫氣的體積比、氮氣和氫氣的體積比 1

3、：3請利用化學(xué)平衡移動的知識分析請利用化學(xué)平衡移動的知識分析: :什么條件有利于合成氨？什么條件有利于合成氨？【交流交流研討研討】1、你認為可以通過控制那些反應(yīng)條件來、你認為可以通過控制那些反應(yīng)條件來提高合成氨反應(yīng)的速率？提高合成氨反應(yīng)的速率？2、實驗研究實驗研究表明表明，在特定條件下，合成，在特定條件下，合成氨反應(yīng)的速率與各物質(zhì)的濃度的關(guān)系為氨反應(yīng)的速率與各物質(zhì)的濃度的關(guān)系為: =C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)請根據(jù)關(guān)系式分析：各物質(zhì)的請根據(jù)關(guān)系式分析：各物質(zhì)的濃度濃度對對反反應(yīng)應(yīng)速率有哪些影響？可以采取哪些措施來提速率有哪些影響？可以采取哪些措施來提高反應(yīng)速率？高反應(yīng)速率？課本

4、課本P66 P66 二、合成氨反應(yīng)的速率二、合成氨反應(yīng)的速率T,C,P,T,C,P,催催增大反應(yīng)物濃度，減小生成物濃度增大反應(yīng)物濃度，減小生成物濃度3、請你根據(jù)下表所給的數(shù)據(jù)分析催化、請你根據(jù)下表所給的數(shù)據(jù)分析催化劑對合成氨反應(yīng)速率的影響：劑對合成氨反應(yīng)速率的影響：使用催化劑可使合成氨反應(yīng)的速率提使用催化劑可使合成氨反應(yīng)的速率提高高上萬億上萬億倍。倍。1.升高溫升高溫度度2.增大壓增大壓強強3.增大增大 N N2 2、H H2 2 濃度濃度, ,將氨及時從混合氣體將氨及時從混合氣體中分出去中分出去4.使用催化劑使用催化劑請利用化學(xué)反應(yīng)速率的知識分析請利用化學(xué)反應(yīng)速率的知識分析: :什么條件有利

5、于合成氨？什么條件有利于合成氨？高壓高壓高溫高溫使用使用增大濃度增大濃度減小濃度減小濃度高壓高壓低溫低溫?zé)o影響無影響增大濃度增大濃度減小濃度減小濃度 1 1、壓強怎么選？、壓強怎么選？分析：分析： 合成氨反應(yīng)是氣體的物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，合成氨反應(yīng)是氣體的物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，增大增大壓強既可以壓強既可以增大增大反應(yīng)速率，又能使反應(yīng)速率，又能使平衡正平衡正向向移動，所以理論上壓強越大越好。移動，所以理論上壓強越大越好。 但是壓強越大，對但是壓強越大，對設(shè)備設(shè)備的要求高、壓縮的要求高、壓縮 H H2 2 和和 N N2 2所需要的所需要的動力動力越大，因此選擇壓強應(yīng)符越大，因此選擇壓強應(yīng)符合實際科學(xué)

6、技術(shù)。合實際科學(xué)技術(shù)。 綜合以上兩點綜合以上兩點: :根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來選擇壓強。實際生產(chǎn)中質(zhì)量及綜合指標(biāo)來選擇壓強。實際生產(chǎn)中壓強一般選擇在壓強一般選擇在1 110107 71110108 8PaPa之間。之間。 2 2、溫度怎么選擇？、溫度怎么選擇？ 分析：分析： 因為正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以因為正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，所以降低降低溫度有溫度有利于平衡利于平衡正向正向移動。移動。 但是溫度越低，反應(yīng)但是溫度越低，反應(yīng)速率越小速率越小，達到平衡，達到平衡所需要的時間越所需要的時間越長長，因此溫度也不宜太低。，因此溫度也不宜太低。催化劑催化劑要在一定溫度下要在

7、一定溫度下活性活性才最大。才最大。 綜合以上因素綜合以上因素: :實際生產(chǎn)中溫度一般選實際生產(chǎn)中溫度一般選擇在擇在700K700K左右左右（主要考慮催化劑的活性）（主要考慮催化劑的活性）。 3 3、用不用催化劑？、用不用催化劑？ 實際生產(chǎn)中選用實際生產(chǎn)中選用鐵鐵為主體的多成為主體的多成分催化劑（鐵觸媒），它在分催化劑（鐵觸媒），它在700K700K時時活性最高。活性最高。 分析分析: : 經(jīng)濟效益經(jīng)濟效益和和社會效益社會效益要求化學(xué)反應(yīng)速要求化學(xué)反應(yīng)速率要率要快快, ,原料的利用率要原料的利用率要高高，單位時間內(nèi)，單位時間內(nèi)的產(chǎn)量要的產(chǎn)量要高高。 4 4、濃度怎么定？、濃度怎么定？ N N2

8、2 和和 H H2 2的比例怎么定？的比例怎么定？ 增大增大反應(yīng)物的濃度可以反應(yīng)物的濃度可以增大增大反應(yīng)速率，反應(yīng)速率，減小減小生成物的濃度可以使平衡生成物的濃度可以使平衡正向正向移動。氮氣和氫氣移動。氮氣和氫氣的物質(zhì)的量比為的物質(zhì)的量比為1 1 ：3 3時，平衡時，平衡轉(zhuǎn)化率最大轉(zhuǎn)化率最大，但是，但是實驗測得實驗測得適當(dāng)提高適當(dāng)提高 N N2 2的濃度，即的濃度，即 N N2 2和和 H H2 2的物質(zhì)的物質(zhì)的量比為的量比為1 1 ：2.82.8時，更能促進氨的合成。時，更能促進氨的合成。 實際生產(chǎn)中的處理方法：實際生產(chǎn)中的處理方法：及時將氣態(tài)氨及時將氣態(tài)氨冷卻冷卻液化分離液化分離出去；及時

9、將氮氣和氫氣出去；及時將氮氣和氫氣循環(huán)循環(huán)利用，使其保持一定的濃度。利用，使其保持一定的濃度。即即 N N2 2 和和 H H2 2 的的物質(zhì)的量比為物質(zhì)的量比為 1 1：2.82.8（閱讀課本（閱讀課本67-68頁）頁）研討的結(jié)果研討的結(jié)果根據(jù)反應(yīng)器使用的鋼材質(zhì)量及綜合根據(jù)反應(yīng)器使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來選擇壓強（低、中、高）指標(biāo)來選擇壓強（低、中、高） 適宜溫度：適宜溫度：700K左右左右使用鐵觸媒作催化劑使用鐵觸媒作催化劑N2和和H2的物質(zhì)的量比為的物質(zhì)的量比為1：2.8的投的投料比料比, 氨及時從混合氣中分離出去氨及時從混合氣中分離出去工業(yè)上利用某可逆反應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品時：工業(yè)上利用某可逆反

10、應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品時： a a、一般要、一般要使用催化劑使用催化劑：這樣可以大大加：這樣可以大大加快化學(xué)反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了快化學(xué)反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟效益；經(jīng)濟效益； b b、選擇、選擇合適的溫度合適的溫度：該溫度是催化劑活：該溫度是催化劑活性最大的溫度；性最大的溫度； c c、選擇、選擇合適的壓強合適的壓強：既要考慮化學(xué)反應(yīng)：既要考慮化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡，還要考慮動力、材料、設(shè)速率和化學(xué)平衡，還要考慮動力、材料、設(shè)備等。備等。 【小結(jié)小結(jié)反思反思】1、已知 2SO2(g)+O2(g) 2SO3 (g) H0其實驗數(shù)據(jù)見表(1) 應(yīng)選用的溫度是應(yīng)選用的溫度是_。應(yīng)采用的壓

11、強是應(yīng)采用的壓強是_，理由是，理由是_450常壓常壓因為常壓下因為常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，若采用較大壓強，的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，若采用較大壓強，SO2的轉(zhuǎn)化率的轉(zhuǎn)化率提高很少，但需要的動力更大，對設(shè)備的要求更高。提高很少，但需要的動力更大，對設(shè)備的要求更高。1 1、合成氨所需的、合成氨所需的H H2 2可由煤和水蒸氣反應(yīng)可由煤和水蒸氣反應(yīng)制得，其中一步反應(yīng)為：制得，其中一步反應(yīng)為：COCO(g)(g)+H+H2 2O O（g g） COCO2(g)2(g)+H+H2(g)2(g)（正反應(yīng)放（正反應(yīng)放熱），下列措施中，能提高熱），下列措施中，能提高COCO轉(zhuǎn)化率的轉(zhuǎn)化率的是（是（ ）A A、增大壓強、增大壓強 B B、降低溫度、降低溫度 C C、增大水蒸氣濃度、增大水蒸氣濃度 D D、增大、增大COCO濃度濃度BC練一練練一練2.對于反應(yīng)對于反應(yīng): 2SO2(g)+O2 (g) 2SO3 (g)下列判斷