高二《化学反应原理》第4节-化学反应条件的优化-工业合成氨-优质课示范课课件

第4节化学反应条件的优化

——工业合成氨第4节化学反应条件的优化自从德国化学家哈伯研究出合成氨的方法以后，化学工业迅猛发展，为有机合成和炸药生产提供了原料，但合成氨的研究却经历了100多年，这是为什么呢？【思考】（1）你知道工业合成氨的反应条件吗？（2）合成氨条件选择的依据是什么？自从德国化学家哈伯研究出合成氨的方法以后，化学1.了解合成氨反应的特点以及外部条件对合成氨反应的影响。（重点）2.了解合成氨反应的主要流程，了解工业生产条件选择的依据和原则。3.知道化学反应速率和化学平衡的调控在生产、生活和科学研究领域中的重要作用。1.了解合成氨反应的特点以及外部条件对合成氨反应的

体会课堂探究的乐趣，汲取新知识的营养，让我们一起吧！进走课堂体会课堂探究的乐趣，进走课堂19世纪以前，有远见的化学家曾指出：考虑到将来的粮食问题，为使子孙后代免于饥饿，必须寄希望于科学家能实现大气固氮——将空气中丰富的氮固定下来并转化为可被利用的形式。德国化学家哈伯在1913年实现了合成氨的工业生产，满足了20世纪人口由30亿增至60亿对粮食的需求，因此人们赞扬哈伯是“用空气制造面包的圣人”。

弗里茨·哈伯【拓展视野】19世纪以前，有远见的化学家曾指出：考虑到将来的弗里利用氮气、氢气为原料合成氨的工业化生产曾是一个较难的课题，从第一次实验室研制到工业化投产，约经历了150年的时间。反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)看起来十分简单，为什么合成氨的工业化生产会经历如此漫长的过程？合成氨工厂为什么需要庞大而复杂的生产设备和特殊的生产条件？应该从哪些方面选择合成氨的反应条件？利用氮气、氢气为原料合成氨的工业化生产曾是一个应该从哪些化学反应的方向化学反应的限度化学反应的速率合成氨反应能否自发进行怎样能使化学平衡向合成氨方向移动怎样能提高合成氨反应速率适宜的合成氨条件工艺流程化学工艺学高压对设备材质、加工制造的要求、温度对催化剂活性的影响等化学反应的方向化学反应的限度化学反应的速率合成氨反应能否自发合成氨反应有哪些特点？①可逆反应③正反应气体体积缩小④正反应是放热反应②熵减小的反应ΔS<0N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH＝-92.2kJ·mol-1(1体积)(3体积)(2体积)【思考与交流】合成氨反应有哪些特点？①可逆反应③正反应气体体积缩小④正反应合成氨反应是一个可逆反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已知298K时:ΔH=-92.2kJ·mol-1

ΔS=-198.2J·K-1·mol-1合成氨反应的平衡常数K=4.1×106（mol·L-1)-2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？ΔH-TΔS

=-92.2kJ·mol-1+298K×198.2×10-3kJ·k-1·mol-1=-33.14kJ·mol-1＜0因为ΔH-TΔS<0，298K下合成氨反应能自发进行。合成氨反应是一个可逆反应:N2(g)+3H2(g)已知增加N2的量能增大H2的转化率，结合方程式判断：工业合成氨时加入氮气的量是越多越好吗？N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH

＝－92.2kJ·mol-1【提示】不是。经研究，工业合成氨采用N2︰H2=1︰2.8效果较好。已知增加N2的量能增大H2的转化率，结合方程式判断：工业合成1︰11︰21︰31︰41︰51︰60.60.50.40.30.20.1NH3%N2︰H21︰11︰21︰31︰41︰31.457.579.892.698.81×108Pa23.142.265.284.295.46×107Pa9.119.138.264.286.42×107Pa4.510.625.152.081.51×107Pa13.826.447.071.089.93×107Pa0.050.10.42.215.31×105Pa400℃600℃500℃300℃

200℃压强氨含量温度不同条件下平衡混合气中氨的体积分数思考相同温度时增大压强，反应的程度如何变化？反应的程度增大。【想一想】31.457.579.892.698.823.142.26531.457.579.892.698.81×108Pa23.142.265.284.295.46×107Pa9.119.138.264.286.42×107Pa4.510.625.152.081.51×107Pa13.826.447.071.089.93×107Pa0.050.10.42.215.31×105Pa400℃600℃500℃300℃200℃压强氨含量温度不同条件下平衡混合气中氨的体积分数思考相同压强时升高温度，反应的程度如何变化？反应的程度减小。【想一想】31.457.579.892.698.823.142.265使生产氨气快（速率分析）使生成氨气多（平衡分析）

压强

温度

催化剂高压高温使用高压低温无影响根据外界条件对反应速率和反应限度的影响，请为工业合成氨选择合适的条件：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH

＝-92.2kJ·mol-1【想一想】使生产氨气快使生成氨气多压强温度催化剂高压高思考：温度是否越高越好？压强是否越大越好？考虑催化剂的活性考虑设备的耐压能力N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH＝-92.2kJ·mol-1【想一想】思考：温度是否越高越好？考虑催化剂的活性考虑设备的耐压能力N外部条件工业合成氨的适宜条件压强温度催化剂浓度

适宜温度（500℃左右）使用铁触媒作催化剂N2和H2的物质的量比为1︰2.8的投料比,氨及时从混合气中分离出去2×107～5×107Pa催化剂活性大【研讨结果】外部条件工业合成氨的适宜条件压强温度催化剂浓度适宜温度（51.一般要使用催化剂：2.选择合适的温度：3.选择合适的压强：既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要综合考虑设备等。该温度是催化剂活性最大的温度；加快化学反应速率，提高生产效率，提高经济效益；工业上利用某可逆反应生产产品有哪些注意事项？【思考讨论】1.一般要使用催化剂：既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要综(双选)在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列变化过程不能使平衡向右移动的是（

）A.不断将NH3分离出来B.使用催化剂C.采用700K左右的高温D.采用2×107～5×107Pa的压强BC【学与用】(双选)在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列BC【学与合成氨工业简述：1.主要流程：原料气制取→净化→压缩→合成→分离→液氨2.原料气制取：常用压缩液态空气N2(先逸出)蒸发制氮气:（造气）（净化）（合成氨）制氢气:水蒸气CO+H2CO2+H2H2

炽热炭H2O(气)分离出CO2

合成氨工业简述：1.主要流程：原料气制取→净化→压缩→合高二《化学反应原理》第4节--化学反应条件的优化——工业合成氨-优质课示范课课件合成氨车间外貌合成氨车间外貌合成氨生产装置合成氨生产装置合成氨生产控制室合成氨生产控制室氨的合成塔外貌合成氨使用的催化剂氨的合成塔外貌合成氨使用的催化剂贮存液氨的球罐贮存液氨的球罐合成氨的压缩机合成氨的压缩机

催化剂的催化能力一般称为催化活性。催化剂因接触少量的杂质而使活性明显下降甚至被破坏，称为催化剂中毒。催化剂中毒后，往往会完全失去活性，严重影响生产的正常进行。例如，对于合成氨反应中的铁催化剂，O2、CO、CO2和水蒸气等都能使催化剂中毒。工业上为了防止催化剂中毒，要把反应物原料加以净化，以除去毒物，这样就要增加设备，提高成本。因此，研制具有较强抗毒能力的新型催化剂，是一个重要的课题。催化剂中毒【拓展视野】催化剂的催化能力一般称为催化活性。催化剂因接触催化剂工业合成氨的适宜条件:(速率较快,转化率适中，催化剂活性最大)温度:700K压强:2×107～5×107Pa（200～500atm）催化剂：铁触媒(以铁为主体的多成分催化剂)浓度：将生成的氨及时从混合气中分离出来，且向循环气中不断补充N2、H2（1︰2.8)。工业合成氨的适宜条件:(速率较快,转化率适中，催化剂活性最大1.能使合成氨反应进行程度增大的方法是（）A.升高温度B.降低压强C.使用催化剂D.及时分离出氨气 D2.下列反应达到平衡时，哪种条件下生成物的含量最高：X2(g)+2Y2(g)

X2Y4(g)（正反应为放热反应）()A.高温高压B.低温低压C.高温低压D.低温高压D1.能使合成氨反应进行程度增大的方法是（）D2.下列3.合成氨所需的H2可由煤和水蒸气反应制得，其中一步的反应为：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)（正反应放热），下列措施中，能提高CO转化率的是（）A.增大压强B.升高温度C.增大水蒸气浓度D.增大CO浓度C3.合成氨所需的H2可由煤和水蒸气反应制得，其中一步的C4.对于反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，下列判断正确的是()A.2体积SO2和足量O2反应,必定生成2体积SO3B.其他条件不变,增大压强,平衡向左移动C.平衡时,SO2的消耗速率必定等于O2的生成速率的两倍D.平衡时,SO2浓度必定等于O2浓度的两倍C4.对于反应:2SO2(g)+O2(g)2SO35.（双选）在一定条件下，将N2和H2的混合气体通入固定容积的密闭容器中进行合成氨反应：N2+3H22NH3(正反应为放热反应)，下列图像表示正确的是（）AC1.01×105Pa1.01×106PaABCD温度TN2转化率温度TH2转化率1.01×107Pa1.01×106Pa1.01×105Pa1.01×107PaNH3%温度TNH3%时间tT1T2【分析】B项，温度一定时，减小压强，平衡向逆反应方向移动，氢气的转化率降低，图像表示不正确；D项，由图像知T1＞T2，温度升高，平衡向逆反应方向移动，氨气的含量减少，图像表示不正确，故B、D项错误。5.（双选）在一定条件下，将N2和H2的混合气体通入固定AC相信真诚多于虚假，相信美好多于丑恶，我们的心情会畅快很多。相信真诚多于虚假，相信美好多于丑恶，我们的心情会畅快很多。第4节化学反应条件的优化

——工业合成氨第4节化学反应条件的优化自从德国化学家哈伯研究出合成氨的方法以后，化学工业迅猛发展，为有机合成和炸药生产提供了原料，但合成氨的研究却经历了100多年，这是为什么呢？【思考】（1）你知道工业合成氨的反应条件吗？（2）合成氨条件选择的依据是什么？自从德国化学家哈伯研究出合成氨的方法以后，化学1.了解合成氨反应的特点以及外部条件对合成氨反应的影响。（重点）2.了解合成氨反应的主要流程，了解工业生产条件选择的依据和原则。3.知道化学反应速率和化学平衡的调控在生产、生活和科学研究领域中的重要作用。1.了解合成氨反应的特点以及外部条件对合成氨反应的

体会课堂探究的乐趣，汲取新知识的营养，让我们一起吧！进走课堂体会课堂探究的乐趣，进走课堂19世纪以前，有远见的化学家曾指出：考虑到将来的粮食问题，为使子孙后代免于饥饿，必须寄希望于科学家能实现大气固氮——将空气中丰富的氮固定下来并转化为可被利用的形式。德国化学家哈伯在1913年实现了合成氨的工业生产，满足了20世纪人口由30亿增至60亿对粮食的需求，因此人们赞扬哈伯是“用空气制造面包的圣人”。

弗里茨·哈伯【拓展视野】19世纪以前，有远见的化学家曾指出：考虑到将来的弗里利用氮气、氢气为原料合成氨的工业化生产曾是一个较难的课题，从第一次实验室研制到工业化投产，约经历了150年的时间。反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)看起来十分简单，为什么合成氨的工业化生产会经历如此漫长的过程？合成氨工厂为什么需要庞大而复杂的生产设备和特殊的生产条件？应该从哪些方面选择合成氨的反应条件？利用氮气、氢气为原料合成氨的工业化生产曾是一个应该从哪些化学反应的方向化学反应的限度化学反应的速率合成氨反应能否自发进行怎样能使化学平衡向合成氨方向移动怎样能提高合成氨反应速率适宜的合成氨条件工艺流程化学工艺学高压对设备材质、加工制造的要求、温度对催化剂活性的影响等化学反应的方向化学反应的限度化学反应的速率合成氨反应能否自发合成氨反应有哪些特点？①可逆反应③正反应气体体积缩小④正反应是放热反应②熵减小的反应ΔS<0N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH＝-92.2kJ·mol-1(1体积)(3体积)(2体积)【思考与交流】合成氨反应有哪些特点？①可逆反应③正反应气体体积缩小④正反应合成氨反应是一个可逆反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已知298K时:ΔH=-92.2kJ·mol-1

ΔS=-198.2J·K-1·mol-1合成氨反应的平衡常数K=4.1×106（mol·L-1)-2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？ΔH-TΔS

=-92.2kJ·mol-1+298K×198.2×10-3kJ·k-1·mol-1=-33.14kJ·mol-1＜0因为ΔH-TΔS<0，298K下合成氨反应能自发进行。合成氨反应是一个可逆反应:N2(g)+3H2(g)已知增加N2的量能增大H2的转化率，结合方程式判断：工业合成氨时加入氮气的量是越多越好吗？N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH

＝－92.2kJ·mol-1【提示】不是。经研究，工业合成氨采用N2︰H2=1︰2.8效果较好。已知增加N2的量能增大H2的转化率，结合方程式判断：工业合成1︰11︰21︰31︰41︰51︰60.60.50.40.30.20.1NH3%N2︰H21︰11︰21︰31︰41︰31.457.579.892.698.81×108Pa23.142.265.284.295.46×107Pa9.119.138.264.286.42×107Pa4.510.625.152.081.51×107Pa13.826.447.071.089.93×107Pa0.050.10.42.215.31×105Pa400℃600℃500℃300℃

200℃压强氨含量温度不同条件下平衡混合气中氨的体积分数思考相同温度时增大压强，反应的程度如何变化？反应的程度增大。【想一想】31.457.579.892.698.823.142.26531.457.579.892.698.81×108Pa23.142.265.284.295.46×107Pa9.119.138.264.286.42×107Pa4.510.625.152.081.51×107Pa13.826.447.071.089.93×107Pa0.050.10.42.215.31×105Pa400℃600℃500℃300℃200℃压强氨含量温度不同条件下平衡混合气中氨的体积分数思考相同压强时升高温度，反应的程度如何变化？反应的程度减小。【想一想】31.457.579.892.698.823.142.265使生产氨气快（速率分析）使生成氨气多（平衡分析）

压强

温度

催化剂高压高温使用高压低温无影响根据外界条件对反应速率和反应限度的影响，请为工业合成氨选择合适的条件：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH

＝-92.2kJ·mol-1【想一想】使生产氨气快使生成氨气多压强温度催化剂高压高思考：温度是否越高越好？压强是否越大越好？考虑催化剂的活性考虑设备的耐压能力N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH＝-92.2kJ·mol-1【想一想】思考：温度是否越高越好？考虑催化剂的活性考虑设备的耐压能力N外部条件工业合成氨的适宜条件压强温度催化剂浓度

适宜温度（500℃左右）使用铁触媒作催化剂N2和H2的物质的量比为1︰2.8的投料比,氨及时从混合气中分离出去2×107～5×107Pa催化剂活性大【研讨结果】外部条件工业合成氨的适宜条件压强温度催化剂浓度适宜温度（51.一般要使用催化剂：2.选择合适的温度：3.选择合适的压强：既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要综合考虑设备等。该温度是催化剂活性最大的温度；加快化学反应速率，提高生产效率，提高经济效益；工业上利用某可逆反应生产产品有哪些注意事项？【思考讨论】1.一般要使用催化剂：既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要综(双选)在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列变化过程不能使平衡向右移动的是（

）A.不断将NH3分离出来B.使用催化剂C.采用700K左右的高温D.采用2×107～5×107Pa的压强BC【学与用】(双选)在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列BC【学与合成氨工业简述：1.主要流程：原料气制取→净化→压缩→合成→分离→液氨2.原料气制取：常用压缩液态空气N2(先逸出)蒸发制氮气:（造气）（净化）（合成氨）制氢气:水蒸气CO+H2CO2+H2H2

炽热炭H2O(气)分离出CO2

合成氨工业简述：1.主要流程：原料气制取→净化→压缩→合高二《化学反应原理》第4节--化学反应条件的优化——工业合成氨-优质课示范课课件合成氨车间外貌合成氨车间外貌合成氨生产装置合成氨生产装置合成氨生产控制室合成氨生产控制室氨的合成塔外貌合成氨使用的催化剂氨的合成塔外貌合成氨使用的催化剂贮存液氨的球罐贮存液氨的球罐合成氨的压缩机合成氨的压缩机

催化剂的催化能力一般称为催化活性。催化剂因接触少量的杂质而使活性明显下降甚至被破坏，称为催化剂中毒。催化剂中毒后，往往会完全失去活性，严重影响生产的正常进行。例如，对于合成氨反应中的铁催化剂，O2、CO、CO2和水蒸气等都能使催化剂中毒。工业上为了防止催化剂中毒，要把反应物原料加以净化，以除去毒物，这样就要增加设备，提高成本。因此，研制具有较强抗毒能力的新型催化剂，是一个重要的课题。催化剂中毒【拓展视野】催化剂的催化能力一般称为催化活性。催化剂因接触催化剂工业合成氨的适宜条件:(速率较快,转化率适中，催化剂活性最大)温度:700K压强:2×107～5×107Pa（200～500atm）催化剂：铁触媒(以铁为主体的多成分催化剂)浓度：将生成的氨及时从混合气中分离出来，且向循环气中不断补充N2、H2（1︰2.8)。工业合成氨的适宜条件:(速率较快,转化率适中，催化剂活性最大1.能使合成氨反应进行程度增大的方法是（）A.升高温度B.降低压强C.使用催化剂D.及时分离出氨气 D2.下列反应达到平衡时，哪种条件下生成物的含量最高：X2