二课化学反应方向限度和速率

1、二课化学反应方向限度和速率第二章化学反应的方向、限度和速率第二章化学反应的方向、限度和速率 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复习复习影响化学反应速率和化学平衡影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些的重要因素有哪些? 化学反应速率化学反应速率 化学平衡化学平衡 浓度浓度气体压强气体压强温度温度催化剂催化剂温度越高温度越高,反应速反应速率越大率越大压强越大压强越大,反应速反应速率越大率越大催化剂加快反应速率催化剂加快反应速率反应物浓度越大反应物浓度越大,反反应速率越大应速率越大升高温度升高温度,平衡向吸平衡向吸热方向移动热方向移动增大压强增大压强,平衡向气态

2、物平衡向气态物质系数减小的方向移动质系数减小的方向移动催化剂对平衡无影响催化剂对平衡无影响增大反应物浓度增大反应物浓度,平平衡正向移动衡正向移动弗里茨弗里茨哈伯与合成氨哈伯与合成氨 合成氨从第一次实验室研制到工业化投产经历合成氨从第一次实验室研制到工业化投产经历了约了约150150年的时间。德国科学家哈伯在年的时间。德国科学家哈伯在1010年的时间内年的时间内进行了无数次的探索，单是寻找高效稳定的催化剂，进行了无数次的探索，单是寻找高效稳定的催化剂，2 2年间他们就进行了多达年间他们就进行了多达65006500次试验，测试了次试验，测试了25002500种种不同的配方，最后选定了一种合适的催化

3、剂不同的配方，最后选定了一种合适的催化剂-铁，铁，使合成氨的设想在使合成氨的设想在19131913年成为工业现实。鉴于合成年成为工业现实。鉴于合成氨工业的实现，瑞典皇家科学院于氨工业的实现，瑞典皇家科学院于19181918年向哈伯颁年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖。发了诺贝尔化学奖。【交流【交流研讨】研讨】合成氨反应是一个可逆反应合成氨反应是一个可逆反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)已知已知298K时时: H= -92.2KJmol-1 S = -198.2JK-1mol-1请根据正反应的焓变和熵变分析请根据正反应的焓变和熵变分析298K下合成氨反应能否自发进行？下合成氨反应能否自发进

4、行？298K下合成氨反应的平衡常数下合成氨反应的平衡常数K为为. （molL-1)-2H-T S= 33.14KJmol-1 ，反应能自发进行。，反应能自发进行。合成氨反应的特点：合成氨反应的特点：可逆反应可逆反应正反应正反应气态物质系数减小气态物质系数减小正反应是放热反应正反应是放热反应熵减小的反应熵减小的反应一、合成氨反应的限度一、合成氨反应的限度N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H -92.2kJ/mol(1体积体积) (3体积体积) (2体积体积) S = -198.2JK-1mol-1S = -198.2JK-1mol-1 请利用化学平衡移动的知识分析什么条件下有利请利用化学

5、平衡移动的知识分析什么条件下有利于氨的合成。于氨的合成。降低温度和增大压强。降低温度和增大压强。1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 0.60.50.40.30.20.1NH3%N2:H2_温度、温度、_压强压强有利于化学平衡向有利于化学平衡向生成氨的方向移动生成氨的方向移动，N2、H2体积比为体积比为_时平衡混合物中氨的含量最高。时平衡混合物中氨的含量最高。增大降低1：3二、合成氨反应的速率二、合成氨反应的速率由平衡移动原理可知，合成氨的反应要在高压低温的由平衡移动原理可知，合成氨的反应要在高压低温的条件下进行才能得到较高的产率，但是高压对设备提条件下进行才能得到较高的产率，但是高

6、压对设备提出了苛刻的要求，而反应温度的降低势必延长达到平出了苛刻的要求，而反应温度的降低势必延长达到平衡的时间，致使生产效率降低，失去工业化生产的意衡的时间，致使生产效率降低，失去工业化生产的意义。因此寻找最佳的生产条件是时，除了考虑反应的义。因此寻找最佳的生产条件是时，除了考虑反应的限度外还要研究采取你那些措施来提高化学反应速率。限度外还要研究采取你那些措施来提高化学反应速率。【交流【交流研讨】研讨】1 1、你认为可以通过控制那些反应条件来提高合、你认为可以通过控制那些反应条件来提高合成氨反应的速率？成氨反应的速率？2 2、实验研究实验研究表明表明，在特定条件下，合成氨反应，在特定条件下，合

7、成氨反应的速率与反应的物质的浓度的关系为的速率与反应的物质的浓度的关系为: : =C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)请你根据关系式分析：各物质的请你根据关系式分析：各物质的浓度浓度对对反反应速率有哪应速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？3 3、请你根据下表所给的数据分析催化、请你根据下表所给的数据分析催化剂对合成氨反应速率的影响：剂对合成氨反应速率的影响：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3353.4 1012(700k)使用使用Fe催化剂催化剂1671.升高温升高温度度2.

8、增大压增大压强强3.增大反应物浓度增大反应物浓度4.使用催化剂使用催化剂5.增大增大N2H2浓度浓度,将氨及时从将氨及时从混合气中分离出去混合气中分离出去使用催化剂可使合成氨反应的速率提使用催化剂可使合成氨反应的速率提高高上万亿上万亿倍。倍。生成物生成物氨的浓度氨的浓度反应物的浓度反应物的浓度催化剂催化剂温度温度压强压强速率分析速率分析使使NH3生产得快生产得快外界条件外界条件高压高压高温高温使用使用增大浓度增大浓度减小浓度减小浓度平衡分析平衡分析使使NH3生产得多生产得多高压高压低温低温无影响无影响增大浓度增大浓度减小浓度减小浓度 研讨的内容研讨的内容研讨的问题研讨的问题1、既然增大压强既可

9、提、既然增大压强既可提高反应速率，又可提高氨高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？业中压强是否越大越好？压强怎么定？压强怎么定？2、既然降低温度有利于、既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越，那么生产中是否温度越低越好？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有影响，没有影响， 在合成氨工业中在合成氨工业中要不要要不要使用催化剂使用催化剂，为什么？，为什么？温度怎么选择？温度怎么选择？要不要用催剂？要不要用催剂？ 1 1、压强怎么选？、压强怎么选？ 分析：分析： 合成氨反应是气态

10、物质系数减小的气体反应，增合成氨反应是气态物质系数减小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动，大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。所以理论上压强越大越好。 但是压强越大，对设备的要求高、压缩但是压强越大，对设备的要求高、压缩H H2 2和和N N2 2所所需要的动力大，因此选择压强应符合实际科学技术。需要的动力大，因此选择压强应符合实际科学技术。 综合以上两点综合以上两点: :根据反应器可使用的钢材质根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。量及综合指标来选择压强。实际生产中压强一般选择实际生产中压强一般选择在在20020050050

11、0大气压之间。大气压之间。 2 2、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，所以降低温度因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于平衡正向移动。有利于平衡正向移动。 可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要 的时间越长，因此温度也不宜太低。的时间越长，因此温度也不宜太低。 催化剂要在一定温度下催化活性最大。催化剂要在一定温度下催化活性最大。 综合以上因素综合以上因素: :实际生产中温度一般选择在实际生产中温度一般选择在700K700K左右（主要考虑催化剂的活性）。左右（主要考虑催化剂的活性）。 3 3、用不用催化

12、剂？、用不用催化剂？ 实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在（铁触媒），它在700K700K时活性最高。时活性最高。 分析分析: : 经济效益和社会效益要求化学反应速度要快，经济效益和社会效益要求化学反应速度要快， 原料的利用率要高，单位时间的产量要高。原料的利用率要高，单位时间的产量要高。 4 4、浓度怎么定？、浓度怎么定？ N N2 2 和和H H2 2的比例怎么定？的比例怎么定？ 增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。从化学平衡生成物的浓度可以使平衡正向移动。从化学平衡

13、的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1 1：3 3时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N N2 2的的浓度，即浓度，即N N2 2和和H H2 2的物质的量比为的物质的量比为1 1：2.82.8时，更能促时，更能促进氨的合成。进氨的合成。 实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化分离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使液化分离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使其保持一定的浓度。其保持一定的浓度。即即N N2 2和和H H2 2的物质的量比为的物质的量比为1 1：2.82.8

14、（阅读书本（阅读书本67页）页）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讨的结果根据反应器可使用的钢材质根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强量及综合指标来选择压强 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N2和和H2的物质的量比为的物质的量比为1：2.8的投的投料比料比, 氨及时从混合气中分离出去氨及时从混合气中分离出去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： 一般要使用催化剂：这样可以大大加快化学反一般要使用催化剂：这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益；应

15、速率，提高生产效率，也提高了经济效益； 选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大的选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大的温度；温度； 选择合适的压强：既要考虑化学反应速率和选择合适的压强：既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。 【小结【小结反思】反思】1在合成氨工业中，为增加在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列变化过的日产量，下列变化过程不能使平衡向右移动的是（程不能使平衡向右移动的是（ ）（A）不断将）不断将NH3分离出来分离出来（B）使用催化剂）使用催化剂（C）采用）采用700K左右的高温左右的高温（D）采用）采用2 107

16、5 107Pa的压强的压强BC2、合成氨所需的、合成氨所需的H2可由煤和水蒸气反应而制得，其可由煤和水蒸气反应而制得，其中一步的反应为：中一步的反应为：CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)（正反应放热），（正反应放热），下列措施中，能提高下列措施中，能提高CO转化率的是（转化率的是（ ）A、增大压强、增大压强 B、降低温度、降低温度 C、增大水蒸气浓度、增大水蒸气浓度 D、增大、增大CO浓度浓度BC3、在合成氨时，可以提高、在合成氨时，可以提高H2转化率的措施是（转化率的措施是（ ）(A)延长反应时间延长反应时间 (B)充入过量充入过量H2(C)充入过量充入过量N2 (D)升高温

17、度升高温度C4、关于氨的合成工业的下列说法正确的是、关于氨的合成工业的下列说法正确的是 （ ）(A)(A)从合成塔出来的气体，其中氨一般占从合成塔出来的气体，其中氨一般占15%15%，所以生产氨，所以生产氨的工业的效率都很低的工业的效率都很低(B)(B)由于由于NHNH3 3易液化，易液化，N N2 2、H H2 2可循环使用，则总的说来氨的可循环使用，则总的说来氨的产率很高产率很高(C)(C)合成氨工业的反应温度控制在合成氨工业的反应温度控制在500 500 左右，目的是使左右，目的是使平衡向正反应方向进行平衡向正反应方向进行(D)(D)合成氨工业采用合成氨工业采用2020 MPa - - 50MPa 50MPa ，是因该条件下催，是因该条件下催化剂的活性最好化剂的活性最好B5.对于反应对于反应: 2SO2(g)+O2 (g) 2SO3 (g)下列判断正确的是下列判断正确的是( )A.2体积体积SO2和足量和足量O2反应反应,必定生成必定生成2体积体积SO3 B.其他条件不变其他条件不变,增大压强增大压强,平衡向右移动平衡向右移动C.平衡时平衡时, SO2消耗速率必定等于消耗速率必定等