高二化學(xué)課件魯科版選修四24-化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化-工業(yè)合成氨-公開課教學(xué)課件共-

第2章第四節(jié)魯科版

《

化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化

——工業(yè)合成氨》

第2章第四節(jié)魯科版教學(xué)目標(biāo)了解如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理分析合成氨的適宜條件了解應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)原理分析化工生產(chǎn)條件的思路和方法，體驗(yàn)實(shí)際生產(chǎn)的選擇與理論分析的差異;通過對合成氨適宜條件的分析，認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的調(diào)控在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用。教學(xué)目標(biāo)了解如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理分析合成氨的適溫故知新影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的重要因素有哪些?

化學(xué)反應(yīng)速率

化學(xué)平衡

溫度氣體壓強(qiáng)催化劑濃度溫故知新影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的重要因素有哪些?高二化學(xué)課件魯科版選修四24-化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化—工業(yè)合成氨-公開課教學(xué)課件共-

弗里茨·哈伯德國

名人故事

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150年的時間。德國科學(xué)家哈伯在10年的時間內(nèi)進(jìn)行了無數(shù)次的探索，單是尋找高效穩(wěn)定的催化劑，2年間他們就進(jìn)行了多達(dá)6500次試驗(yàn)，測試了2500種不同的配方，最后選定了一種合適的催化劑，使合成氨的設(shè)想在1913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1918年向哈伯頒發(fā)了諾貝爾化學(xué)獎。弗里茨·哈伯名人故事合成氨從第一次實(shí)驗(yàn)室研制

另外還要考慮生產(chǎn)中的消耗能源、原料來源、設(shè)備條件、環(huán)境保護(hù)等因素。討論：假如你是一個化工廠的老板，對工業(yè)生產(chǎn)你主要應(yīng)考慮哪些問題？經(jīng)濟(jì)效益和社會效益增大化學(xué)反應(yīng)速率單位時間內(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、原料來源、設(shè)備條件、環(huán)境保護(hù)一、合成氨反應(yīng)的限度

1、請根據(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？P65２、請利用化學(xué)平衡移動的知識分析什么條件有利于氨的合成？交流·研討一、合成氨反應(yīng)的限度1、請根據(jù)正反應(yīng)的焓變和熵變，從反應(yīng)的可逆性、熱效應(yīng)、氣體物質(zhì)系數(shù)變化的角度分析合成氨的反應(yīng)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、氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)的改變量⊿v<0從反應(yīng)的可逆性、熱效應(yīng)、氣體物質(zhì)系數(shù)變化的角度分析合成氨的反達(dá)到平衡時平衡混合物中NH3的含量（體積分?jǐn)?shù)）[V(N2):V(H2)=1:3]

0.11020306010020015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.279.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4壓強(qiáng)/MPaNH3含量/%溫度/℃溫度升高，氨的含量降低壓強(qiáng)增大，氨的含量增大達(dá)到平衡時平衡混合物中NH3的含量0.1102H2、

N2

比例H2、N2比例二、合成氨反應(yīng)的速率交流·研討1、你認(rèn)為可以控制哪些條件使合成氨的速率更快？2、實(shí)驗(yàn)表明，合成氨的速率公式為：

V=kC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)你又可以從中得到什么結(jié)論呢？二、合成氨反應(yīng)的速率交流·研討1、你認(rèn)為可以控制哪些條件使催化劑對合成氨反應(yīng)速率的影響條件△E/KJ/molK(催)/k(無)無催化劑3353.4×1012(700k)使用Fe催化劑167

◆使用催化劑可使合成氨反應(yīng)的速率提高上萬億倍。催化劑對合成氨反應(yīng)速率的影響條件△E/KJ/molK(催提高反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率提高化學(xué)反應(yīng)的速率反應(yīng)特點(diǎn)措施反應(yīng)特點(diǎn)措施放熱活化能高分子數(shù)減少低溫時速率低反應(yīng)可逆提高原料氣濃度能提高速率氨氣濃度增加能降低速率綜合比較提高反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率提高化學(xué)反應(yīng)的速率反應(yīng)特點(diǎn)措施反應(yīng)特點(diǎn)措合成氨的反應(yīng)正反應(yīng)為放熱反應(yīng)

分析角度反應(yīng)條件使合成氨的速率快使平衡混合物中氨的含量高壓強(qiáng)溫度催化劑高壓高壓高溫低溫

使用不影響一致矛盾分析選擇合成氨的適宜條件分析角度使合成氨的速率快使平衡混合物鐵觸媒催化能力鐵觸媒催化能力

0.11020306010020015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.279.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4壓強(qiáng)/MPaNH3含量/%溫度/℃思考討論即使在500℃和30MPa時，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？0.11020306010020015.381外部條件工業(yè)合成氨的適宜條件壓強(qiáng)溫度催化劑濃度

據(jù)反應(yīng)器及綜合指標(biāo)選擇

適宜溫度

700K左右使用鐵觸媒作催化劑液化氨并及時分離、補(bǔ)氮、氫原料氣循環(huán)[n(N2):n(H2)=1:2.8]三、合成氨的適宜條件外部條件工業(yè)合成氨的適宜條件壓強(qiáng)溫度催化劑濃度◆小結(jié)◆◆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，還要考慮動力、材料、設(shè)備等?！粜〗Y(jié).反思◆工業(yè)上利用某可逆反應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品：◆小結(jié).反思◆◆學(xué)以致用◆◆學(xué)以致用◆C1.有如下平衡體系：

CO（g）+2H2（g）CH3OH(g)（正反應(yīng)為放熱反應(yīng)），為了增加甲醇的日產(chǎn)量，應(yīng)采取的正確措施是（）

A.高溫、高壓B.低溫、低壓

C.適宜的溫度、高壓、催化劑

D.高溫、高壓、催化劑◆當(dāng)堂練習(xí)◆C1.有如下平衡體系：◆當(dāng)堂練習(xí)◆2.下列事實(shí)中不能用化學(xué)平衡移動原理來解釋的是（）A.工業(yè)制硫酸的過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◆當(dāng)堂練習(xí)◆2.下列事實(shí)中不能用化學(xué)平衡移動原理來解釋的是（）A3、下列說法正確的是（）A、在高溫下，延長反應(yīng)時間或者增加氮?dú)獾臐舛染梢蕴岣吆铣砂敝蠬2的轉(zhuǎn)化率B、在密閉容器中，當(dāng)CaCO3CaO+CO2處于平衡狀態(tài)時，再加入Na2O2固體，CaCO3的量會減少。C、有固體參加的可逆反應(yīng)達(dá)平衡后，若改變壓強(qiáng)，不會影響平衡的移動D、在合成氨反應(yīng)中，使用催化劑能提高反應(yīng)速率，使氨的質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加，從而增加氨的產(chǎn)量B◆當(dāng)堂練習(xí)◆3、下列說法正確的是（）B◆當(dāng)堂練習(xí)◆4、在一定條件下,合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡后,混合氣體中NH3的體積占25%,若反應(yīng)前后條件保持不變,則反應(yīng)后縮小的氣體體積與原反應(yīng)物體積的之比()◆當(dāng)堂練習(xí)◆4、在一定條件下,合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡后,混合氣體中NH3的體5、在合成氨反應(yīng)中，入口氣體體積比N2:H2:NH3為6:18:1，出口氣體體積比為9:27:8，則H2的轉(zhuǎn)化率為________。5、在合成氨反應(yīng)中，入口氣體體積比N2:H2:NH3為6

5．B◆當(dāng)堂練習(xí)◆5．B◆當(dāng)堂練習(xí)◆我國合成氨工業(yè)的發(fā)展情況：

解放前我國只有兩家規(guī)模不大的合成氨廠；

1949年全國氮肥產(chǎn)量僅0.6萬噸；

1982年達(dá)到1021.9萬噸，成為世界上產(chǎn)量最高的國家之一。19世紀(jì)以前，一些有遠(yuǎn)見的化學(xué)家指出：考慮到將來的糧食問題，為了使子孫后代免于饑餓，我們必須寄希望于科學(xué)家能實(shí)現(xiàn)大氣固氮。因此將空氣中豐富的氮固定下來并轉(zhuǎn)化為可被利用的形式，在20世紀(jì)初成為一項(xiàng)受到眾多