八年级物理上册 1.3《活动降落伞比赛》课件 （新版）教科版 (2837)

1、第第2 2章章 第四节第四节化学反应条件的优化化学反应条件的优化 工业合成氨工业合成氨回顾一段历史回顾一段历史 勒夏特列勒夏特列能斯特能斯特氨氨(NH3)理论计算：理论计算：高压条件下：高压条件下：爆炸勒夏特列勒夏特列德国物理学家、德国物理学家、化学家能斯特化学家能斯特 理论计算：合成理论计算：合成氨是不能进行氨是不能进行的！的！热力学数据热力学数据德国皇帝德国皇帝快找哈伯快找哈伯来！来！我要成我要成为百万为百万富翁啦！富翁啦！啦！啦！1908年年7月，哈月，哈伯在实验室用伯在实验室用N2和和H2在在600，200个大个大气压下合成出氨，产气压下合成出氨，产率仅有率仅有2%2%德国化学家弗里茨

2、哈伯1911年到年到1913年，年，合成了合成了1000吨吨液氨，液氨，并且用并且用它制造它制造出出3500吨烈性吨烈性炸药炸药TNT讨论讨论1：假如你是一个工厂的厂长，假如你是一个工厂的厂长， 对工业生产你主要应考虑哪些问题？对工业生产你主要应考虑哪些问题？经济效益和社会效益：经济效益和社会效益： 增大化学反应速率增大化学反应速率单位时间内产率高单位时间内产率高增大化学反应限度增大化学反应限度原料的利用率高原料的利用率高 另外还要考虑生产中的另外还要考虑生产中的消耗能源、原料消耗能源、原料来源、设备条件、环境保护来源、设备条件、环境保护等因素。等因素。提提高高综综合合经经济济效效益益单位时间

3、里提高合成氨的产量单位时间里提高合成氨的产量（从化学反应的速率考虑）（从化学反应的速率考虑）提高平衡混合物中氨的含量提高平衡混合物中氨的含量（从化学平衡的移动考虑）（从化学平衡的移动考虑）从生产成本、动力、材料、设备从生产成本、动力、材料、设备等对上述理论探讨进一步论证，等对上述理论探讨进一步论证，以得出合理的结论。以得出合理的结论。一 、合成氨反应的限度1、请根据正反应的焓变和熵变，请根据正反应的焓变和熵变，分析分析K K下合成氨反应能否自发进行下合成氨反应能否自发进行？、请利用化学平衡移动的知识分析请利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成什么条件有利于氨的合成？讨论讨论2：请同学

4、们写出合成氨的请同学们写出合成氨的化学反应方程式，并讨论说明这化学反应方程式，并讨论说明这个反应方程式有什么特点？个反应方程式有什么特点？N2+3H2 2NH3 （正反应放热）（正反应放热）特点：特点：a、可逆反应、可逆反应b、正反应放热、正反应放热c、正反应是气体体积减小的反应、正反应是气体体积减小的反应达到平衡时平衡混合物中达到平衡时平衡混合物中NHNH3 3的含量的含量（体积分数）（体积分数） V(N V(N2 2):V(H):V(H2 2)=1:3 )=1:3 0.10.1101020203030606010010020020015.315.381.581.586.486.489.98

5、9.995.495.498.898.83003002.22.252.052.064.264.271.071.084.284.292.692.64004000.40.425.125.138.238.247.047.065.265.279.879.85005000.10.110.610.619.119.126.426.442.242.257.557.56006000.050.054.54.59.19.113.813.823.123.131.431.4压强压强/ /MPaMPaNHNH3 3含含 量量/%/%温度温度/ /温度升高，氨的含量降低温度升高，氨的含量降低压强增大，氨的含量增大压强增大，氨

6、的含量增大氢氮比氢氮比二、合成氨反应的速率1、结合影响反应速率的因素， 思考什么条件 能使氨生成得快？升高温度增大压强增大反应物浓度使用催化剂 讨论：讨论：请同学们根据合成氨请同学们根据合成氨的特点，从的特点，从化学反应速率化学反应速率和和化学化学平衡平衡两个角度来两个角度来综合分析综合分析，合成，合成氨应采取什么反应条件？氨应采取什么反应条件？合成氨的反应合成氨的反应（正反应为（正反应为放热反应）放热反应） 分析角度分析角度反应条件反应条件使合成氨的速使合成氨的速率快率快使平衡混合物中使平衡混合物中氨的含量高氨的含量高压强压强温度温度催化剂催化剂高压高压高压高压高温高温低温低温 使用使用不影

7、响不影响合成氨的反应合成氨的反应正反应为正反应为放热反应放热反应分析角度分析角度反应条件反应条件使合成氨的速使合成氨的速率快率快使平衡混合物使平衡混合物中氨的含量高中氨的含量高压强压强温度温度催化剂催化剂高压高压高压高压高温高温低温低温 使用使用不影响不影响一致矛盾 既然增大压强既可提高反应速率，又可既然增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？是否越大越好？ 既然降低温度有利于平衡向生成氨的方既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？向移动，那么生产中是否温度越低越好？ 在合成氨工业中要使用

8、催化剂，既然催化在合成氨工业中要使用催化剂，既然催化剂对化学平衡的移动没有影响，为什么还剂对化学平衡的移动没有影响，为什么还要使用呢？要使用呢？研讨的内容研讨的内容研讨的问题研讨的问题学习小组学习小组1、既然增大压强既可提高反、既然增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否那么在合成氨工业中压强是否越大越好？越大越好？压强怎么定？压强怎么定？ 2、既然降低温度有利于平衡、既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？产中是否温度越低越好？3、 催化剂对化学平衡的移动催化剂对化学平衡的移动 没

9、有影响，没有影响， 在合成氨工业中要在合成氨工业中要不要使用催化剂不要使用催化剂，为什么？，为什么？温度怎么选择？温度怎么选择？ 要不要催化剂？要不要催化剂？ 压强怎么选？压强怎么选？ 分析：分析： 合成氨反应是体积缩小的气体反应，合成氨反应是体积缩小的气体反应，增增大大压强既可以压强既可以增大增大反应速率，又能使反应速率，又能使平衡正向平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。移动，所以理论上压强越大越好。 但是压强越大，对但是压强越大，对设备设备的要求高、压缩的要求高、压缩H H2 2和和N N2 2所需要的所需要的动力动力大，因此选择压强应符合大，因此选择压强应符合实际科学技术。实际科学技术

10、。 综合以上两点，实际生产中压强一般综合以上两点，实际生产中压强一般选择在选择在200200500500大气压大气压之间。之间。 温度怎么选择？温度怎么选择？ 分析：分析： 因为正反应方向是放热的反应，所以因为正反应方向是放热的反应，所以降低降低温温 度有利于平衡度有利于平衡正向正向移动。移动。 可是温度越低，反应可是温度越低，反应速率越小速率越小，达到平衡所，达到平衡所 需要的时间越需要的时间越长长，因此温度也不宜太低。，因此温度也不宜太低。 催化剂催化剂要在一定温度下催化要在一定温度下催化活性活性最大。最大。 综合以上因素，实际生产中温度一般选择综合以上因素，实际生产中温度一般选择在在70

11、0K700K左右左右（主要考虑催化剂的活性）（主要考虑催化剂的活性）。铁触媒催化能力铁触媒催化能力 用不用催化剂？用不用催化剂？催化剂对合成氨反应速率的影响条件条件E/KJ/molK(催催)/k(无无)无催化剂无催化剂3353.41012(100k)使用使用Fe催化剂催化剂167 使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。 用不用催化剂？用不用催化剂？ 实际生产中选用实际生产中选用铁铁为主体的多成分催化剂为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在（铁触媒），它在500500时活性最高。时活性最高。 分析分析: 经济效益经济效益和和社会效益社会效益要求化学反应速度要要求化学反应速度要快快，原料的利用

12、率要，原料的利用率要高高，单位时间的产量要，单位时间的产量要高高。0.10.1101020203030606010010020020015.315.3 81.581.586.486.489.989.995.495.4 98.898.83003002.22.252.052.064.264.271.071.084.284.2 92.692.64004000.40.425.125.138.238.247.047.065.265.2 79.879.85005000.10.110.610.619.119.126.426.442.242.2 57.557.56006000.050.054.54.59.19

13、.113.813.823.123.1 31.431.4压强/MPaNH3含 量/%温度/即使在即使在500500和和30MPa30MPa时，合成氨平衡混时，合成氨平衡混合物中合物中NHNH3 3的体积分数也只有的体积分数也只有26.4%26.4%，转，转化率仍不够大，还可采取什么办法？化率仍不够大，还可采取什么办法？实验表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与反应的物质的浓度的关系为 = C(N2) C1.5(H2) C-1(NH3)N2+3H2 2NH3 （正反应放热）（正反应放热）分析分析：保持一定的保持一定的N2、H2浓度，减少氨气浓度，减少氨气的浓度，可以提高合成氨的效率和产量。的浓度，

14、可以提高合成氨的效率和产量。实际生产中的处理方法：实际生产中的处理方法：及时将气态及时将气态氨冷却液化而分离出去；及时补充氮气氨冷却液化而分离出去；及时补充氮气和氢气，使其保持一定的浓度和氢气，使其保持一定的浓度。即使在即使在500500和和30MPa30MPa时，合成氨平衡混时，合成氨平衡混合物中合物中NHNH3 3的体积分数也只有的体积分数也只有26.4%26.4%，转，转化率仍不够大，还可采取什么办法？化率仍不够大，还可采取什么办法？ 还可以在哪些方面做进一步的改进？还可以在哪些方面做进一步的改进？ 增大反应物的浓度可以增大反应速率也增大反应物的浓度可以增大反应速率也可以减小生成物的浓度

15、使平衡正向移动。从可以减小生成物的浓度使平衡正向移动。从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为的量比为1 1：3 3时，平衡转化率最大，时，平衡转化率最大，但是实但是实验测得验测得适当提高适当提高N N2 2的浓度，即的浓度，即N N2 2和和H H2 2的分压的分压比为比为1 1：2.82.8时，更能促进氨的合成。时，更能促进氨的合成。 既不能片面地追求高转化率，既不能片面地追求高转化率， 也不能只追求高反应速率，而应该也不能只追求高反应速率，而应该 外部条件外部条件工业合成氨的适宜条件工业合成氨的适宜条件压强压强温度温度催化剂催化剂浓度浓度 研

16、讨的结果 高压高压200500大气压大气压 适宜温度适宜温度 700K左右左右使用铁触媒作催化剂使用铁触媒作催化剂液化氨并及时分离、补氮氢原液化氨并及时分离、补氮氢原料气循环料气循环n(N2):n(H2)=1:2.8合成氨厂的实地照片合成氨厂的实地照片合成氨工业流程合成氨工业流程阅读教材，回答下列问题：阅读教材，回答下列问题：1、用图式表示合成氨的流程？、用图式表示合成氨的流程？2、如何制得原料气？、如何制得原料气？3、为什么要对原料气净化？如何净化？、为什么要对原料气净化？如何净化？原料气原料气的制取的制取净净化化压压缩缩合合成成分分离离液氨液氨小小结结1、合成氨的工业条件的选择、合成氨的工

17、业条件的选择反应速率和化学平衡共同作用的结反应速率和化学平衡共同作用的结2、选择合成氨的条件时，既不能片面地、选择合成氨的条件时，既不能片面地追求高转化率，也不能只追求高反应速追求高转化率，也不能只追求高反应速率，而应该率，而应该 合成氨选择适宜生产条件的原则合成氨选择适宜生产条件的原则1.1.既要注意外界条件对反应影响的既要注意外界条件对反应影响的一致性一致性， 又要注意外界条件对反应影响的又要注意外界条件对反应影响的矛盾性矛盾性。2.2.既要注意既要注意温度、催化剂温度、催化剂对速率影响的一致对速率影响的一致 性；又要注意催化剂的活性对温度的限制。性；又要注意催化剂的活性对温度的限制。3.

18、3.既要注意注意既要注意注意理论理论上的需要，又要注意上的需要，又要注意 实际操作实际操作的可能性。的可能性。小小结结 工业上利用某可逆反应生产产品：工业上利用某可逆反应生产产品：一般要一般要使用催化剂使用催化剂：这样可以大大加：这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益；了经济效益； 选择选择合适的温度合适的温度：该温度是催化剂活：该温度是催化剂活性最大的温度；性最大的温度； 选择选择合适的压强合适的压强：既要考虑化学反应：既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。设备等。 小结小结反思反思课课堂堂反反思思 1 1、知识收获：、知识收获： 2 2、方法收获：、方法收获： 3 3、我的疑惑：、我的疑惑：C C1.1.有如下平衡体系：有如下平衡体系： CO（g）+2H2（g）CH3OH(g)（正反应为放热反应），为了增加甲醇的（正反应为放热反应），为了增加甲醇的产量，应采取的正确措施是（产量，应采