高中化學第2章化學反應的方向限度與速率2.4化學反應條件的優(yōu)化-工業(yè)合成氨備課魯科版選修

第2章第四節(jié)

《

化學反應條件的優(yōu)化

——工業(yè)合成氨》1785年，確定了氨的組成：氮、氫研究N2和

H2直接合成NH31913年實現(xiàn)了合成氨的工業(yè)化生產德國科學家哈伯在10年的時間內進行了無數次的探索，單是尋找高效穩(wěn)定的催化劑，2年間他們就進行了多達6500次試驗，測試了2500種不同的配方，最后選定了一種合適的催化劑--鐵，使合成氨的設想在1913年成為工業(yè)現(xiàn)實。鑒于合成氨工業(yè)的實現(xiàn)，瑞典皇家科學院于1918年向哈伯頒發(fā)了諾貝爾化學獎。N2(g)+3H2(g)2NH3(g)298K時：△H=-92.2kJ·mol-1

△S=-198.2J·K-1·mol-1

請根據正反應的焓變和熵變分析298K下合成氨反應能否自發(fā)進行？

△H-T△S=-33.14kJ·mol-1<0

自發(fā)交流·研討11、從反應的可逆性、熱效應、氣體物質系數變化的角度分析合成氨的反應特點？N2+3H22NH3交流·研討22、請利用化學平衡移動的知識分析采取什么措施有利于氨的生成？降低溫度、增大壓強、增大反應物濃度、降低生成物濃度達到平衡時平衡混合物中NH3的含量（體積分數）[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/MPaNH3含量/%溫度/℃溫度降低，氨的含量增大壓強增大，氨的含量增大氫氮比外界條件化學平衡角度提高反應的平衡轉化率N2、H2物質的量之比NH3的濃度溫度壓強催化劑無影響高壓低溫為1:3時，NH3的含量最高及時轉移走NH3小結1、你認為可以通過控制那些反應條件來提高合成氨反應的速率？升高溫度增大壓強增大反應物濃度使用催化劑交流·研討22、實驗研究表明，在特定條件下，合成氨反應的速率與反應的物質的濃度的關系為:ν=κC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)請你根據關系式分析：各物質的濃度對反應速率有哪些影響？可以采取哪些措施來提高反應速率？交流·研討2催化劑對合成氨反應速率的影響條件△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的速率提高上萬億倍。外界條件化學速率角度提高合成NH3的速率N2、H2濃度和物質的量比NH3的濃度溫度壓強催化劑增大N2、H2的濃度,且提高氫氣比例研究表明，在特定條件下，合成氨反應的速率與參與反應的物質的濃度的關系式為：v=kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3)及時轉移走NH3高溫高壓催化劑【小結】外界條件提高平衡轉化率提高化學反應速率N2:H21:3<1:3NH3及時轉移及時轉移溫度低溫高溫壓強高壓高壓催化劑無影響催化劑合成氨的適宜條件壓強溫度催化劑濃度根據反應器可使用的鋼材質量及綜合指標來選擇壓強適宜溫度，700K左右使用鐵觸媒作催化劑N2和H2的物質的量比為1∶2.8的投料比，氨及時從混合氣中分離出去鐵觸媒催化能力小結：合成氨選擇適宜生產條件的原則1.既要注意外界條件對反應影響的一致性，又要注意外界條件對反應影響的矛盾性。2.既要注意溫度、催化劑對速率影響的一致性；又要注意催化劑的活性對溫度的限制。3.既要注意注意理論上的需要，又要注意

實際操作的可能