202X年高中化学第2章化学反应的方向、限度与速率2.4化学反应条件的优化——工业合成氨课件6鲁科版选修4

1、第二章化学反响的方向、限度与速率第二章化学反响的方向、限度与速率第第4 4节节化学反响条件的优化化学反响条件的优化工业合成氨工业合成氨合成氨反响是一个可逆反响合成氨反响是一个可逆反响: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)298K时时: H= -92.2KJmol-1 S = -198.2JK-1mol-1请根据正反响的焓变和熵变分析请根据正反响的焓变和熵变分析:298K下合成氨反响能否自发进展？下合成氨反响能否自发进展？【交流交流研讨研讨】H - T S此反响可以自发此反响可以自发= KJmol-1 0工业合成氨时主要考虑的因素？工业合成氨时主要考虑的因素？3 3廉价廉价4 4绿色绿色2

2、 2快快1 1多多即提高平衡混合物里氨的含量即提高平衡混合物里氨的含量化学平衡问题化学平衡问题即提高单位时间里氨的产量即提高单位时间里氨的产量化学反响速率问题化学反响速率问题降低本钱，提高原料利用率。降低本钱，提高原料利用率。保护环境，对设备的要求。保护环境，对设备的要求。【交流交流研讨研讨】N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H= -92.2KJmol-1合成氨反响有什么特点？合成氨反响有什么特点？可逆反响；可逆反响；正反响是放热反响；正反响是放热反响；正反响是熵减的反响；正反响是熵减的反响；反响物和生成物均为气体；反响物和生成物均为气体；正反响为气体分子数减小的反响。正反响为气体分子

3、数减小的反响。【思考思考】根据此反响特点分析，什么条件有利于合成氨？根据此反响特点分析，什么条件有利于合成氨？外界条件外界条件增大增大NH3的含量的含量化学平衡角度化学平衡角度浓度浓度N2、H2NH3温度温度压强压强催化剂催化剂增大增大N2、H2的浓度，其物质的量的浓度，其物质的量之比为之比为1:3时，时，NH3的含量最高的含量最高【交流交流研讨研讨】 多多1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 0.60.50.40.30.20.1NH3%N2:H2及时转移走NH3 压强压强 NH3 /Mpa 含量含量/% 温度温度/0C0.11020306010020015.381.586.489.

4、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根据此反响特点分析，什么条件有利于合成氨？根据此反响特点分析，什么条件有利于合成氨？外界条件外界条件增大增大NH3的含量的含量化学平衡角度化学平衡角度浓度浓度N2、H2增大增大N2、H2的浓度，其物质的量的浓度，其物质的量之比为之比为1:3时，时，NH3的含量最高的含量最高NH3温度温度压强压强催化剂催化剂及时转移走NH3低温高压无影响【交流交流研讨研讨】 多多根据此反响特

5、点分析，什么条件根据此反响特点分析，什么条件有利于提高合成氨的速率？有利于提高合成氨的速率？外界条件外界条件提高合成提高合成NH3的速率的速率化学速率角度化学速率角度浓度浓度N2、H2NH3温度温度压强压强催化剂催化剂增大N2、H2的浓度，提高氢气压强更有利于提高反响速率，其物质的量之比应1:3研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式为：v = kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3)及时转移走NH3高温高压正催化剂【交流交流研讨研讨】 快快外界条件外界条件多多快快选择选择平衡移动平衡移动反应速率反应速率浓度浓度N2:H21:31:3NH3及时转移及时转移及时

6、转移及时转移温度温度低温低温高温高温压强压强高压高压高压高压催化剂催化剂无影响无影响正催化剂正催化剂及时转移高压正催化剂？【小结小结】N2 : H2 = ？ 物质的量之比物质的量之比理论采用：理论采用： 高转化率和高速率所用条件矛盾高转化率和高速率所用条件矛盾实际采用：实际采用：N2 : H2 = 1 : 【思考思考】氢气价格贵氢气价格贵, ,氮气相对廉价氮气相对廉价, ,氮气稍过氮气稍过量可以增加氢气的利用率量可以增加氢气的利用率, ,降低本钱。降低本钱。外界条件外界条件多多快快选择选择平衡移动平衡移动反应速率反应速率浓度浓度N2:H21:31:3NH3及时转移及时转移及时转移及时转移温度温

7、度低温低温高温高温压强压强高压高压高压高压催化剂催化剂无影响无影响正催化剂正催化剂及时转移高压正催化剂？【小结小结】？温度怎么选择？温度怎么选择？理论采用：理论采用： 高转化率和高速率所用条件矛盾高转化率和高速率所用条件矛盾实际采用：实际采用： 700K在在700K条件下，催化剂活性最高；条件下，催化剂活性最高；转化率也适当。转化率也适当。选择合成氨的条件时，既不能选择合成氨的条件时，既不能片面地追求高转化率，也不能片面地追求高转化率，也不能只追求高反响速率，而应该寻只追求高反响速率，而应该寻找以较高的反响速率获得适当找以较高的反响速率获得适当转化率的反响条件。转化率的反响条件。【思考思考】外

8、界条件外界条件多多快快选择选择平衡移动平衡移动反应速率反应速率浓度浓度N2:H21:31:3NH3及时转移及时转移及时转移及时转移温度温度低温低温高温高温压强压强高压高压高压高压催化剂催化剂无影响无影响正催化剂正催化剂及时转移高压正催化剂700K【小结小结】？工业合成氨是否压强越高越好？工业合成氨是否压强越高越好？理论采用：理论采用： 压强越大越好压强越大越好【思考思考】 压强压强 NH3 /Mpa 含量含量/% 温度温度/0C0.11020306010020015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.

9、065.279.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4P1P2P3P4P5P6工业合成氨是否压强越高越好？工业合成氨是否压强越高越好？理论采用：理论采用： 压强越大越好压强越大越好压强越大，对设备的要求高、压缩压强越大，对设备的要求高、压缩H2H2和和N2N2所需要的动力大，本钱高，因此所需要的动力大，本钱高，因此选择压强应符合实际科学技术。选择压强应符合实际科学技术。实际采用：实际采用： 低压低压1 1107Pa107Pa 中压中压2 210731073107Pa107Pa 高压高压8.58.5107Pa1107Pa1108P

10、a108Pa【思考思考】外界条件外界条件多多快快选择选择平衡移动平衡移动反应速率反应速率浓度浓度N2:H21:31:3NH3及时转移及时转移及时转移及时转移温度温度低温低温高温高温压强压强高压高压高压高压催化剂催化剂无影响无影响正催化剂正催化剂及时转移适当压强正催化剂700K【小结小结】高压合成氨的适宜条件合成氨的适宜条件N2 : H2 = 1 : 2.8；N2、H2循环使用；循环使用；及时把及时把NH3分离出来；分离出来；T=700K，催化剂活性最高催化剂活性最高；压强采用：压强采用：低压（低压（1 110107 7PaPa） 中压（中压（2 210107 73310107 7PaPa） 高

11、压（高压（8.58.510107 7Pa1Pa110108 8PaPa）铁做催化剂铁做催化剂浓度浓度【小结小结】阅读课本阅读课本68696869面面“合成氨的铁催合成氨的铁催化剂和化剂和“合成氨的催化历程合成氨的催化历程u一般要使用催化剂：这样可以大大加快化一般要使用催化剂：这样可以大大加快化学反响速率，提高生产效率，也提高了经济学反响速率，提高生产效率，也提高了经济效益；效益；u选择适宜的温度：该温度是催化剂活性最选择适宜的温度：该温度是催化剂活性最大的温度；大的温度；u选择适宜的压强：既要考虑化学反响速率选择适宜的压强：既要考虑化学反响速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。和化学平衡

12、，还要考虑动力、材料、设备等。工业上利用某可逆反响生产产品条件选择：工业上利用某可逆反响生产产品条件选择：【总结总结】选择条件时，既不能片面地追求高转化率，选择条件时，既不能片面地追求高转化率，也不能只追求高反响速率，而应该寻找以也不能只追求高反响速率，而应该寻找以较高的反响速率获得适当转化率的反响条较高的反响速率获得适当转化率的反响条件。件。【注意注意】已知已知2SO2(g)+O2(g) 2SO3 (g) ( (正反应为吸热反应）正反应为吸热反应）其实验数据见表其实验数据见表应采用的压强是应采用的压强是_， 理由是：理由是：(1)(1)应选用的温度是应选用的温度是_。450常压常压因为常压下因为常压下SO2SO2的转化率已经很高，假的转化率已经很高，假设采用较大压强，设采用较大压强，SO2SO2的转化率提高很的转化率提高很少，但需要的动力更大，对设备的要求少，但需要的动力更大，对设备的要求更高。更高。3 3在生产中常用过量空气的原因是什么？在生产中常用过量空气的原因是什么？【学以致用学以致用】合成氨的生产流程合成氨的生产流程阅读课本阅读课本6969面资料，并答复以下问题：面资料，并答复以下问题：1 1、工业合成氨