二課化學(xué)反應(yīng)方向限度和速率

1、二課化學(xué)反應(yīng)方向限度和速率第二章化學(xué)反應(yīng)的方向、限度和速率第二章化學(xué)反應(yīng)的方向、限度和速率 第四節(jié)第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨工業(yè)合成氨復(fù)習(xí)復(fù)習(xí)影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的重要因素有哪些的重要因素有哪些? 化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)反應(yīng)速率 化學(xué)平衡化學(xué)平衡 濃度濃度氣體壓強(qiáng)氣體壓強(qiáng)溫度溫度催化劑催化劑溫度越高溫度越高,反應(yīng)速反應(yīng)速率越大率越大壓強(qiáng)越大壓強(qiáng)越大,反應(yīng)速反應(yīng)速率越大率越大催化劑加快反應(yīng)速率催化劑加快反應(yīng)速率反應(yīng)物濃度越大反應(yīng)物濃度越大,反反應(yīng)速率越大應(yīng)速率越大升高溫度升高溫度,平衡向吸平衡向吸熱方向移動(dòng)熱方向移動(dòng)增大壓強(qiáng)增大壓強(qiáng),平衡向氣態(tài)

2、物平衡向氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的方向移動(dòng)質(zhì)系數(shù)減小的方向移動(dòng)催化劑對(duì)平衡無(wú)影響催化劑對(duì)平衡無(wú)影響增大反應(yīng)物濃度增大反應(yīng)物濃度,平平衡正向移動(dòng)衡正向移動(dòng)弗里茨弗里茨哈伯與合成氨哈伯與合成氨 合成氨從第一次實(shí)驗(yàn)室研制到工業(yè)化投產(chǎn)經(jīng)歷合成氨從第一次實(shí)驗(yàn)室研制到工業(yè)化投產(chǎn)經(jīng)歷了約了約150150年的時(shí)間。德國(guó)科學(xué)家哈伯在年的時(shí)間。德國(guó)科學(xué)家哈伯在1010年的時(shí)間內(nèi)年的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行了無(wú)數(shù)次的探索，單是尋找高效穩(wěn)定的催化劑，進(jìn)行了無(wú)數(shù)次的探索，單是尋找高效穩(wěn)定的催化劑，2 2年間他們就進(jìn)行了多達(dá)年間他們就進(jìn)行了多達(dá)65006500次試驗(yàn)，測(cè)試了次試驗(yàn)，測(cè)試了25002500種種不同的配方，最后選定了一種合適的催化

3、劑不同的配方，最后選定了一種合適的催化劑-鐵，鐵，使合成氨的設(shè)想在使合成氨的設(shè)想在19131913年成為工業(yè)現(xiàn)實(shí)。鑒于合成年成為工業(yè)現(xiàn)實(shí)。鑒于合成氨工業(yè)的實(shí)現(xiàn)，瑞典皇家科學(xué)院于氨工業(yè)的實(shí)現(xiàn)，瑞典皇家科學(xué)院于19181918年向哈伯頒年向哈伯頒發(fā)了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。發(fā)了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?！窘涣鳌窘涣餮杏憽垦杏憽亢铣砂狈磻?yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)合成氨反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng): N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)已知已知298K時(shí)時(shí): H= -92.2KJmol-1 S = -198.2JK-1mol-1請(qǐng)根據(jù)正反應(yīng)的焓變和熵變分析請(qǐng)根據(jù)正反應(yīng)的焓變和熵變分析298K下合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？下合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)

4、行？298K下合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)下合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)K為為. （molL-1)-2H-T S= 33.14KJmol-1 ，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。，反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)：合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)：可逆反應(yīng)可逆反應(yīng)正反應(yīng)正反應(yīng)氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小正反應(yīng)是放熱反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)熵減小的反應(yīng)熵減小的反應(yīng)一、合成氨反應(yīng)的限度一、合成氨反應(yīng)的限度N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H -92.2kJ/mol(1體積體積) (3體積體積) (2體積體積) S = -198.2JK-1mol-1S = -198.2JK-1mol-1 請(qǐng)利用化學(xué)平衡移動(dòng)的知識(shí)分析什么條件下有利請(qǐng)利用化學(xué)

5、平衡移動(dòng)的知識(shí)分析什么條件下有利于氨的合成。于氨的合成。降低溫度和增大壓強(qiáng)。降低溫度和增大壓強(qiáng)。1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 0.60.50.40.30.20.1NH3%N2:H2_溫度、溫度、_壓強(qiáng)壓強(qiáng)有利于化學(xué)平衡向有利于化學(xué)平衡向生成氨的方向移動(dòng)生成氨的方向移動(dòng)，N2、H2體積比為體積比為_時(shí)平衡混合物中氨的含量最高。時(shí)平衡混合物中氨的含量最高。增大降低1：3二、合成氨反應(yīng)的速率二、合成氨反應(yīng)的速率由平衡移動(dòng)原理可知，合成氨的反應(yīng)要在高壓低溫的由平衡移動(dòng)原理可知，合成氨的反應(yīng)要在高壓低溫的條件下進(jìn)行才能得到較高的產(chǎn)率，但是高壓對(duì)設(shè)備提條件下進(jìn)行才能得到較高的產(chǎn)率，但是高

6、壓對(duì)設(shè)備提出了苛刻的要求，而反應(yīng)溫度的降低勢(shì)必延長(zhǎng)達(dá)到平出了苛刻的要求，而反應(yīng)溫度的降低勢(shì)必延長(zhǎng)達(dá)到平衡的時(shí)間，致使生產(chǎn)效率降低，失去工業(yè)化生產(chǎn)的意衡的時(shí)間，致使生產(chǎn)效率降低，失去工業(yè)化生產(chǎn)的意義。因此尋找最佳的生產(chǎn)條件是時(shí)，除了考慮反應(yīng)的義。因此尋找最佳的生產(chǎn)條件是時(shí)，除了考慮反應(yīng)的限度外還要研究采取你那些措施來(lái)提高化學(xué)反應(yīng)速率。限度外還要研究采取你那些措施來(lái)提高化學(xué)反應(yīng)速率?！窘涣鳌窘涣餮杏憽垦杏憽? 1、你認(rèn)為可以通過(guò)控制那些反應(yīng)條件來(lái)提高合、你認(rèn)為可以通過(guò)控制那些反應(yīng)條件來(lái)提高合成氨反應(yīng)的速率？成氨反應(yīng)的速率？2 2、實(shí)驗(yàn)研究實(shí)驗(yàn)研究表明表明，在特定條件下，合成氨反應(yīng)，在特定條件下，合

7、成氨反應(yīng)的速率與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系為的速率與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系為: : =C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)請(qǐng)你根據(jù)關(guān)系式分析：各物質(zhì)的請(qǐng)你根據(jù)關(guān)系式分析：各物質(zhì)的濃度濃度對(duì)對(duì)反反應(yīng)速率有哪應(yīng)速率有哪些影響？可以采取哪些措施來(lái)提高反應(yīng)速率？些影響？可以采取哪些措施來(lái)提高反應(yīng)速率？3 3、請(qǐng)你根據(jù)下表所給的數(shù)據(jù)分析催化、請(qǐng)你根據(jù)下表所給的數(shù)據(jù)分析催化劑對(duì)合成氨反應(yīng)速率的影響：劑對(duì)合成氨反應(yīng)速率的影響：催化劑對(duì)合成氨反應(yīng)速率的影響條件條件 E /KJ/molk(催催)/k(無(wú)無(wú))無(wú)催化劑無(wú)催化劑3353.4 1012(700k)使用使用Fe催化劑催化劑1671.升高溫升高溫度度2.

8、增大壓增大壓強(qiáng)強(qiáng)3.增大反應(yīng)物濃度增大反應(yīng)物濃度4.使用催化劑使用催化劑5.增大增大N2H2濃度濃度,將氨及時(shí)從將氨及時(shí)從混合氣中分離出去混合氣中分離出去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(wàn)億上萬(wàn)億倍。倍。生成物生成物氨的濃度氨的濃度反應(yīng)物的濃度反應(yīng)物的濃度催化劑催化劑溫度溫度壓強(qiáng)壓強(qiáng)速率分析速率分析使使NH3生產(chǎn)得快生產(chǎn)得快外界條件外界條件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平衡分析平衡分析使使NH3生產(chǎn)得多生產(chǎn)得多高壓高壓低溫低溫?zé)o影響無(wú)影響增大濃度增大濃度減小濃度減小濃度 研討的內(nèi)容研討的內(nèi)容研討的問(wèn)題研討的問(wèn)題1、既然增大壓強(qiáng)既可

9、提、既然增大壓強(qiáng)既可提高反應(yīng)速率，又可提高氨高反應(yīng)速率，又可提高氨的產(chǎn)量，那么在合成氨工的產(chǎn)量，那么在合成氨工業(yè)中壓強(qiáng)是否越大越好？業(yè)中壓強(qiáng)是否越大越好？壓強(qiáng)怎么定？壓強(qiáng)怎么定？2、既然降低溫度有利于、既然降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動(dòng)平衡向生成氨的方向移動(dòng)，那么生產(chǎn)中是否溫度越，那么生產(chǎn)中是否溫度越低越好？低越好？3 、催化劑對(duì)化學(xué)平衡的移動(dòng)催化劑對(duì)化學(xué)平衡的移動(dòng)沒(méi)有影響，沒(méi)有影響， 在合成氨工業(yè)中在合成氨工業(yè)中要不要要不要使用催化劑使用催化劑，為什么？，為什么？溫度怎么選擇？溫度怎么選擇？要不要用催劑？要不要用催劑？ 1 1、壓強(qiáng)怎么選？、壓強(qiáng)怎么選？ 分析：分析： 合成氨反應(yīng)是氣態(tài)

10、物質(zhì)系數(shù)減小的氣體反應(yīng)，增合成氨反應(yīng)是氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的氣體反應(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)，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。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、壓縮但是壓強(qiáng)越大，對(duì)設(shè)備的要求高、壓縮H H2 2和和N N2 2所所需要的動(dòng)力大，因此選擇壓強(qiáng)應(yīng)符合實(shí)際科學(xué)技術(shù)。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)綜合以上兩點(diǎn): :根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來(lái)選擇壓強(qiáng)。量及綜合指標(biāo)來(lái)選擇壓強(qiáng)。實(shí)際生產(chǎn)中壓強(qiáng)一般選擇實(shí)際生產(chǎn)中壓強(qiáng)一般選擇在在20020050050

11、0大氣壓之間。大氣壓之間。 2 2、溫度怎么選擇？、溫度怎么選擇？ 分析：分析： 因?yàn)檎磻?yīng)方向是放熱的反應(yīng)，所以降低溫度因?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)。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。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。催化劑要在一定溫度下催化活性最大。 綜合以上因素綜合以上因素: :實(shí)際生產(chǎn)中溫度一般選擇在實(shí)際生產(chǎn)中溫度一般選擇在700K700K左右（主要考慮催化劑的活性）。左右（主要考慮催化劑的活性）。 3 3、用不用催化

12、劑？、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（鐵觸媒），它在700K700K時(shí)活性最高。時(shí)活性最高。 分析分析: : 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益要求化學(xué)反應(yīng)速度要快，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。原料的利用率要高，單位時(shí)間的產(chǎn)量要高。 4 4、濃度怎么定？、濃度怎么定？ N N2 2 和和H H2 2的比例怎么定？的比例怎么定？ 增大反應(yīng)物的濃度可以增大反應(yīng)速率，減小增大反應(yīng)物的濃度可以增大反應(yīng)速率，減小生成物的濃度可以使平衡正向移動(dòng)。從化學(xué)平衡生成物的濃度可以使平衡正向移動(dòng)。從化學(xué)平衡

13、的角度分析，在氮?dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量比為的角度分析，在氮?dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量比為1 1：3 3時(shí)，平衡轉(zhuǎn)化率最大，但是實(shí)驗(yàn)測(cè)得適當(dāng)提高時(shí)，平衡轉(zhuǎn)化率最大，但是實(shí)驗(yàn)測(cè)得適當(dāng)提高N N2 2的的濃度，即濃度，即N N2 2和和H H2 2的物質(zhì)的量比為的物質(zhì)的量比為1 1：2.82.8時(shí)，更能促時(shí)，更能促進(jìn)氨的合成。進(jìn)氨的合成。 實(shí)際生產(chǎn)中的處理方法：及時(shí)將氣態(tài)氨冷卻實(shí)際生產(chǎn)中的處理方法：及時(shí)將氣態(tài)氨冷卻液化分離出去；及時(shí)將氮?dú)夂蜌錃庋h(huán)利用，使液化分離出去；及時(shí)將氮?dú)夂蜌錃庋h(huán)利用，使其保持一定的濃度。其保持一定的濃度。即即N N2 2和和H H2 2的物質(zhì)的量比為的物質(zhì)的量比為1 1：2.82.8

14、（閱讀書本（閱讀書本67頁(yè)）頁(yè)）外部條件外部條件工業(yè)合成氨的適宜條件工業(yè)合成氨的適宜條件壓強(qiáng)壓強(qiáng)溫度溫度催化劑催化劑濃度濃度研討的結(jié)果根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來(lái)選擇壓強(qiáng)量及綜合指標(biāo)來(lái)選擇壓強(qiáng) 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(shí)從混合氣中分離出去氨及時(shí)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：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；應(yīng)

15、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選擇合適的溫度：該溫度是催化劑活性最大的溫度；溫度； 選擇合適的壓強(qiáng)：既要考慮化學(xué)反應(yīng)速率和選擇合適的壓強(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。化學(xué)平衡，還要考慮動(dòng)力、材料、設(shè)備等。 【小結(jié)【小結(jié)反思】反思】1在合成氨工業(yè)中，為增加在合成氨工業(yè)中，為增加NH3的日產(chǎn)量，下列變化過(guò)的日產(chǎn)量，下列變化過(guò)程不能使平衡向右移動(dòng)的是（程不能使平衡向右移動(dòng)的是（ ）（A）不斷將）不斷將NH3分離出來(lái)分離出來(lái)（B）使用催化劑）使用催化劑（C）采用）采用700K左右的高溫左右的高溫（D）采用）采用2 107

16、5 107Pa的壓強(qiáng)的壓強(qiáng)BC2、合成氨所需的、合成氨所需的H2可由煤和水蒸氣反應(yīng)而制得，其可由煤和水蒸氣反應(yīng)而制得，其中一步的反應(yīng)為：中一步的反應(yīng)為：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)（正反應(yīng)放熱），（正反應(yīng)放熱），下列措施中，能提高下列措施中，能提高CO轉(zhuǎn)化率的是（轉(zhuǎn)化率的是（ ）A、增大壓強(qiáng)、增大壓強(qiáng) B、降低溫度、降低溫度 C、增大水蒸氣濃度、增大水蒸氣濃度 D、增大、增大CO濃度濃度BC3、在合成氨時(shí)，可以提高、在合成氨時(shí)，可以提高H2轉(zhuǎn)化率的措施是（轉(zhuǎn)化率的措施是（ ）(A)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間 (B)充入過(guò)量充入過(guò)量H2(C)充入過(guò)量充入過(guò)量N2 (D)升高溫

17、度升高溫度C4、關(guān)于氨的合成工業(yè)的下列說(shuō)法正確的是、關(guān)于氨的合成工業(yè)的下列說(shuō)法正確的是 （ ）(A)(A)從合成塔出來(lái)的氣體，其中氨一般占從合成塔出來(lái)的氣體，其中氨一般占15%15%，所以生產(chǎn)氨，所以生產(chǎn)氨的工業(yè)的效率都很低的工業(yè)的效率都很低(B)(B)由于由于NHNH3 3易液化，易液化，N N2 2、H H2 2可循環(huán)使用，則總的說(shuō)來(lái)氨的可循環(huán)使用，則總的說(shuō)來(lái)氨的產(chǎn)率很高產(chǎn)率很高(C)(C)合成氨工業(yè)的反應(yīng)溫度控制在合成氨工業(yè)的反應(yīng)溫度控制在500 500 左右，目的是使左右，目的是使平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行(D)(D)合成氨工業(yè)采用合成氨工業(yè)采用2020 MPa - - 50MPa 50MPa ，是因該條件下催，是因該條件下催化劑的活性最好化劑的活性最好B5.對(duì)于反應(yīng)對(duì)于反應(yīng): 2SO2(g)+O2 (g) 2SO3 (g)下列判斷正確的是下列判斷正確的是( )A.2體積體積SO2和足量和足量O2反應(yīng)反應(yīng),必定生成必定生成2體積體積SO3 B.其他條件不變其他條件不變,增大壓強(qiáng)增大壓強(qiáng),平衡向右移動(dòng)平衡向右移動(dòng)C.平衡時(shí)平衡時(shí), SO2消耗速率必定等于消耗速率必定等