高中化學-化學反應(yīng)條件的優(yōu)化-工業(yè)合成氨教學課件設(shè)計

化學反應(yīng)條件的優(yōu)化

——工業(yè)合成氨科學技術(shù)出版社普通高中化學教科書選擇性必修1·化學反應(yīng)原理第2章第4節(jié)主講人：單位：通過對工業(yè)合成氨反應(yīng)條件的優(yōu)化：學習目標形成從物質(zhì)轉(zhuǎn)化及反應(yīng)方向、限度、快慢等多個角度綜合分析，綜合節(jié)約成本、循環(huán)利用、保護環(huán)境等觀念解決實際問題的基本思路;建構(gòu)認識化學反應(yīng)的三角模型；體會反應(yīng)方向、反應(yīng)限度和反應(yīng)速率相關(guān)知識的應(yīng)用價值，

增強將化學反應(yīng)原理利用于生產(chǎn)、生活的意識，提高理論聯(lián)系實際的能力。N2(g)+3H2(g)2NH3(g)諾貝爾獎與工業(yè)合成氨合成氨反應(yīng)是一個可逆反應(yīng):

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已知298K時:△H=-92.2kJ·mol-1△S=-198.2J·K-1·mol-1任務(wù)：根據(jù)反應(yīng)的焓變和熵變計算在298K時合成氨反應(yīng)能否正向自發(fā)進行？探究一：合成氨反應(yīng)的方向

ΔH－TΔS＝-92.2kJ·mol-1－298K×（-198.2×10-3J·mol-1·K-1）＝-33.1kJ·mol-1

ΔH－TΔS＜0任務(wù)：1合成氨反應(yīng)有什么特點？2利用平衡移動的知識分析什么條件有利于后的氨的合成？探究二：合成氨反應(yīng)的限度

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92.2kJ·mol-1可逆反應(yīng)正反應(yīng)放熱氣體體積減小平衡混合物中氨的含量與溫度、壓強的關(guān)系降低溫度增大壓強1:11:21:31:41:51:60.60.50.40.30.20.1NH3%n（N2:H2）研究表明，N2與H2的投料比為1:3時，平衡混合物中氨的含量最高。平衡混合物中氨的含量與投料比的關(guān)系降低溫度增大壓強增大N2和H2濃度(1:3)減小NH3濃度任務(wù)：1合成氨反應(yīng)有什么特點？2利用平衡移動的知識分析什么條件有利于后的氨的合成？探究二：合成氨反應(yīng)的限度

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92.2kJ·mol-1可逆反應(yīng)正反應(yīng)放熱氣體體積減小降低溫度增大壓強增大N2和H2濃度(1:3)；減小NH3濃度探究三：合成氨反應(yīng)的速率

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92.2kJ·mol-1任務(wù)：可以通過控制哪些反應(yīng)條件來提高號號號合成氨反應(yīng)的速率？升高溫度增大壓強增大N2和H2濃度使用催化劑探究三：合成氨反應(yīng)的速率

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92.2kJ·mol-1任務(wù)：可以通過控制哪些反應(yīng)條件來提高號號號合成氨反應(yīng)的速率？

合成氨反應(yīng)速率與參與反應(yīng)物質(zhì)濃度的關(guān)系：v=kc(N2)·c1.5(H2)·c-1(NH3)升高溫度增大壓強增大N2和H2濃度，減小NH3濃度使用催化劑催化劑對氨的合成反應(yīng)速率的影響使用催化劑可以顯著降低反應(yīng)的活化能，加快合成氨反應(yīng)的速率壓強濃度

溫度方向

低溫催化劑

低溫高溫溫度怎么選？增大N2、H2減小NH3高壓高壓使用使用何種催化劑？壓強越大越好嗎？濃度怎么定？增大N2、H2減小NH3只考慮限度

只考慮速率工業(yè)生產(chǎn)實際探究四：合成氨的適宜條件壓強濃度

溫度方向

低溫催化劑

低溫高溫增大N2、H2減小NH3高壓高壓使用使用何種催化劑？壓強越大越好嗎？濃度怎么定？增大N2、H2減小NH3只考慮限度

只考慮速率工業(yè)生產(chǎn)實際考慮催化劑活性：700K探究四：合成氨的適宜條件壓強濃度

溫度方向

低溫催化劑

低溫高溫增大N2、H2減小NH3高壓高壓使用使用何種催化劑？壓強越大越好嗎？及時補充N2、H2

(N2:H2=1:2.8)，分離NH3NH3液化分離；N2、H2循環(huán)利用增大N2、H2減小NH3只考慮限度

只考慮速率工業(yè)生產(chǎn)實際考慮催化劑活性：700K探究四：合成氨的適宜條件壓強濃度

溫度方向

低溫催化劑

低溫高溫增大N2、H2減小NH3高壓高壓使用使用何種催化劑？及時補充N2、H2

(N2:H2=1:2.8)，液化分離NH3N2、H2循環(huán)利用增大N2、H2減小NH3只考慮限度

只考慮速率工業(yè)生產(chǎn)實際考慮催化劑活性：700K材料設(shè)備要求低壓、中壓、高壓探究四：合成氨的適宜條件壓強濃度

溫度方向

低溫催化劑

低溫高溫增大N2、H2減小NH3高壓高壓使用使用何種催化劑？及時補充N2、H2

(N2:H2=1:2.8)，液化分離NH3N2、H2循環(huán)利用增大N2、H2減小NH3只考慮限度

只考慮速率工業(yè)生產(chǎn)實際考慮催化劑活性：700K材料設(shè)備要求低壓、中壓、高壓探究四：合成氨的適宜條件壓強濃度

溫度方向

低溫催化劑

低溫高溫考慮催化劑活性：700K增大N2、H2減小NH3高壓高壓使用使用Fe催化劑催化劑中毒：氣體凈化材料設(shè)備要求低壓、中壓、高壓及時補充N2、H2

(N2:H2=1:2.8)，液化分離NH3N2、H2循環(huán)利用增大N2、H2減小NH3只考慮限度

只考慮速率工業(yè)生產(chǎn)實際探究四：合成氨的適宜條件概括整合溫度濃度壓強ΔH-TΔS方向速率限度限度溫度濃度催化劑化學反應(yīng)

壓強適宜條件的選擇溫度、壓強、濃度、催化劑原料、設(shè)備、節(jié)能減排等合成氨造氣化學與技術(shù)N2和H2循環(huán)利用利用反應(yīng)產(chǎn)生的熱預(yù)熱合成氣凈化在硫酸工業(yè)中，通過反應(yīng)：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)制取SO3ΔH＝－198kJ·mol－1。(已知制取二氧化硫的催化劑是V2O5,它在673K

~773K效果最好）下表為不同溫度和壓強下SO2的轉(zhuǎn)化率(%)。鞏固練習p/PaT/K1×105（常壓）5×1051×1065×1061×10772397.598.999.299.699.782385.692.994.997.798.3（1）根據(jù)化學理論綜合分析，為使SO2盡可能轉(zhuǎn)化為SO3

，可控制的條件（T、P）是,

。（2）實際生產(chǎn)中，選定673K

~773K為操作溫度，其原因是

。（3）實際生產(chǎn)中，采用的壓強為常壓，其原因是

。（4）在生產(chǎn)中，通過通入過量空氣的目的是

。（5）尾氣中有二氧化硫必須回收是為了

。723K,1×107Pa此時催化劑效率最高轉(zhuǎn)化率已足夠高；壓強顯著增大，轉(zhuǎn)化效率增幅不大增大氧氣濃度，提高轉(zhuǎn)化率，增大反應(yīng)速率防治污染空氣；循環(huán)利用整理筆記制作單位：化學組錄制時間：2020年10月28日END化學反應(yīng)條件的優(yōu)化

——工業(yè)合成氨山東科學技術(shù)出版社普通高中教科書化學

選擇性必修1·化學反應(yīng)原理第2章化學反應(yīng)的方向、限度與速率第4節(jié)化學反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨主講人：李興單