这样可以大大加快化学反应速率资源

第一页，共41页。1复习影响化学反响速率和化学平衡(huàxuépínghéng)的重要因素有哪些?

化学反应速率

化学平衡

温度气体压强催化剂浓度温度(wēndù)越高,反响速率越大压强越大,反响(fǎnxiǎng)速率越大正催化剂加快反响速率反响物浓度越大,反响速率越大升高温度,平衡向吸热方向移动增大压强,平衡向气态物质系数减小的方向移动催化剂对平衡无影响增大反响物浓度,平衡正向移动第二页，共41页。2

弗里茨·哈伯：

第三页，共41页。3弗里茨·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了约150年的时间。德国科学家哈伯在10年的时间内进行了无数次的探索，单是寻找高效(ɡāoxiào)稳定的催化剂，2年间他们就进行了多达6500次试验，测试了2500种不同的配方，最后选定了一种适宜的催化剂，使合成氨的设想在1913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1918年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖。第四页，共41页。4化学(huàxué)热力学化学(huàxué)动力学化学反响(fǎnxiǎng)的方向化学反响的限度化学反响的速率合成氨反响能否自发进行？怎样能促使化学平衡向合成氨方向移动？怎样能提高合成氨反响速率？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、温度的催化剂活性的影响等第五页，共41页。5【交流(jiāoliú)·研讨】合成氨反响(fǎnxiǎng)是一个可逆反响(fǎnxiǎng):N2(g)+3H2(g)2NH3(g)298K时:△H=-92.2KJ·mol-1△S=-198.2J·K-1·mol-1请根据正反响的焓变和熵变分析298K下合成氨反响能否(nénɡfǒu)自发进行？298K下合成氨反响的平衡常数K为４.１×１０６〔mol·L-1)-2第六页，共41页。6合成氨反响(fǎnxiǎng)的特点：①可逆反响(fǎnxiǎng)③正反响气态(qìtài)物质系数减小④正反响是放热反响②熵减小的反响N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H

＝-(1体积)(3体积)(2体积)第七页，共41页。7【交流(jiāoliú)·研讨】请利用化学平衡移动的知识分析什么条件(tiáojiàn)有利于氨的合成．第八页，共41页。8第九页，共41页。91:11:21:31:41:51:60.60.50.40.30.20.1NH3%N2:H2第十页，共41页。10___温度、___压强有利于化学平衡(huàxuépínghéng)向生成氨的方向移动，N2、H2体积比为_____时平衡混合物中氨的含量最高。增大(zēnɡdà)降低(jiàngdī)1：3第十一页，共41页。11【交流(jiāoliú)·研讨】1．你认为可以(kěyǐ)通过控制那些反响条件来提高合成氨反响的速率？2．实验研究说明，在特定条件下，合成氨反响的速率(sùlǜ)与反响的物质的浓度的关系为:ν=κC(N2)C(H2)C-1(NH3)请你根据关系式分析：各物质的浓度对反响速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反响速率？书P66第十二页，共41页。123．请你根据下表所给的数据分析催化剂对合成氨反响速率(sùlǜ)的影响：催化剂对合成氨反响速率(sùlǜ)的影响条件△E/KJ/molk(催)/k(无)无催化剂3353.4×1012(700k)使用Fe催化剂167第十三页，共41页。131.升高温度(wēndù)增大压强增大反响物浓度使用催化剂2.增大(zēnɡdà)N2`H2浓度,将氨及时从混合气中别离出去3.使用催化剂可使合成氨反响(fǎnxiǎng)的速率提高上万亿倍。第十四页，共41页。14合成氨的适宜(shìyí)条件的选择生成物氨的浓度(nóngdù)反响(fǎnxiǎng)物的浓度催化剂温度压强速率分析使NH3生产得快外界条件高压高温使用增大浓度减小浓度平衡分析使NH3生产得多高压低温无影响增大浓度减小浓度第十五页，共41页。15【交流(jiāoliú)·研讨】

研讨的内容研讨的问题

1．既然增大压强既可提高反响速率，又可提高氨的产量(chǎnliàng)，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？压强(yāqiáng)怎么定？2．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？3．催化剂对化学平衡的移动没有影响，在合成氨工业中要不要使用催化剂，为什么？温度怎么选择？要不要用催化剂？第十六页，共41页。161．压强(yāqiáng)怎么选？分析：①合成氨反响是气态物质系数减小的气体反响，增大压强既可以(kěyǐ)增大反响速率，又能使平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。②但是压强越大，对设备的要求高、压缩H2和N2所需要的动力大，因此选择压强应符合实际科学技术。综合以上(yǐshàng)两点:根据反响器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。第十七页，共41页。172．温度(wēndù)怎么选择？分析(fēnxī)：①因为正反响方向是放热的反响，所以降低温度有利于平衡正向移动。②可是(kěshì)温度越低，反响速率越小，到达平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。③催化剂要在一定温度下催化活性最大。综合以上因素:实际生产中温度一般选择在700K左右〔主要考虑催化剂的活性〕。第十八页，共41页。183．用不用(bùyòng)催化剂？实际生产中选用(xuǎnyòng)铁为主体的多成分催化剂〔铁触媒〕，它在700K时活性最高。分析:经济效益(jīnɡjìxiàoyì)和社会效益要求化学反响速度要快，原料的利用率要高，单位时间的产量要高。第十九页，共41页。194．浓度(nóngdù)怎么定？N2和H2的比例怎么定？增大反响物的浓度可以增大反响速率，减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大，但是实验测得适当(shìdàng)提高N2的浓度，即N2和H2的物质的量比为1：时，更能促进氨的合成。实际生产中的处理方法：及时将气态(qìtài)氨冷却液化别离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使其保持一定的浓度。第二十页，共41页。20外部条件工业合成氨的适宜条件压强温度催化剂浓度研讨(yántǎo)的结果根据(gēnjù)反响器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强适宜(shìyí)温度700K左右使用铁触媒作催化剂N2和H2的物质的量比为1：的投料比,氨及时从混合气中别离出去第二十一页，共41页。21【总结(zǒngjié)】第二十二页，共41页。22工业上利用某可逆反响生产产品：一般要使用催化剂：这样可以大大加快(jiākuài)化学反响速率，提高生产效率，也提高了经济效益；选择适宜的温度：该温度是催化剂活性最大的温度；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。【小结(xiǎojié)·反思】第二十三页，共41页。23第二十四页，共41页。24第二十五页，共41页。25第二十六页，共41页。26第二十七页，共41页。27第二十八页，共41页。28第二十九页，共41页。29第三十页，共41页。30第三十一页，共41页。31我国合成氨工业的开展情况：

解放前我国只有两家规模(guīmó)不大的合成氨厂；1949年全国氮肥产量仅万吨；2000年到达万吨，成为世界上产量最高的国家之一。拥有多种原料、不同流程的大、中、小合成氨厂1000多家.第三十二页，共41页。32合成氨的工业(gōngyè)前景1．催化剂合成氨的铁催化剂这一类(yīlèi)合成氨催化剂以复原铁为催化剂主要活性成分，并掺加各种促进剂和载体的催化剂。促进剂：稀土金属及其氧化物关于稀土金属及其氧化物的作用，我国也进行了一些研究。国外也报道了一些含钐、锆、钯、铑的催化剂研究结果，发现稀土金属及其氧化物是对氨合成非常有效的促进剂。我国有丰富的钛、锆、铌等稀有金属资源，因此，以稀有金属氧化物为促进剂，有希望成为我国改进工业合成氨的铁催化剂的研究方向之一。第三十三页，共41页。33合成氨的工业(gōngyè)前景合成氨的钌催化剂合成氨熔铁型催化剂要在高温、高压和耗能高的苛刻条件下使用，且催化剂的活性并不是很高。而合成氨的钌催化剂可能是一种较好的催化剂。它在低温低压下活性很高，常压下比合成氨的铁催化剂的活性高10—20倍，且对水、CO和CO2不敏感(mǐngǎn)，但合成氨的钌催化剂在高压下未必比合成氨的铁催化剂来得优越。第三十四页，共41页。34合成氨的工业(gōngyè)前景现在，世界上好多国家〔包括我国〕的科学家，都在研究模拟生物固氮，即寻找人工制造的有固氮活性的化合物。固氮酶由两种蛋白质组成。一种(yīzhǒnɡ)蛋白质〔二氮酶〕的分子量约22万，含有两个钼原子、32个铁原子和32个活性硫原子；另一种(yīzhǒnɡ)蛋白质〔二氮复原酶〕是由两个分子量为29000的相同亚基构成的，每个亚基含有4个铁原子和4个硫原子。已经发现一些金属有机化合物有可能作为可溶性的固氮催化剂。2.化学(huàxué)模拟生物固氮第三十五页，共41页。35合成氨的工业(gōngyè)前景氮气在通常状态下十分稳定，一般难以发生(fāshēng)化学反响，但在超声波作用下，可以使氮分子中的化学键削弱，从而在较温和的条件下就可以发生(fāshēng)化学反响。在室温下用超声波辐射溶有空气的饱和水溶液后，可以测到处理过的水中含有亚硝酸、硝酸等；如果处理溶有氮气、氢气和一氧化碳的饱和水溶液，可以测到甲醛、氢氰酸和咪唑等物质，这些实验对人工固氮的研究提供了一条新的途径。3.超声波固氮(ɡùdàn)：第三十六页，共41页。36【迁移(qiānyí)应用】工业制造(zhìzào)硫酸的主要反响为:2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)△H=-197.8KJ/mol①SO3(g)+H2O(l)=H2SO4(aq)②反响①的平衡常数K随温度升高而减小.所用催化剂的主要成分为V2O5(6％-12％)、K2SO4(17％-20％)、SiO2(50％-70％),能使催化剂中毒的物质有砷、硒、氟等。请根据以上信息讨论二氧化硫氧化反响的工艺条件(tiáojiàn)(温度、压强、原料气配比等)对工业生产硫酸的影响。书P702第三十七页，共41页。37不同压强SO2的转化率（%）1.01×105Pa5.05×105Pa1.01×106Pa5.05×106Pa1.01×107Pa450℃97.5%98.9%99.2%99.6%99.7%500℃85.5%92.9%94.9%97.7%98.3%第三十八页，共41页。38已知2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)△H＜0其实验数据见表(1)应选(yīnɡxuǎn)用的温度是______。应采用的压强(yāqiáng)是______，理由是____________________________________________________________________________________________。450℃常压因为常压下SO2的转化率已经很高，若采用较大压强，SO2的转化率提高很少，但需要的动力更大，对设备的要求更高。第三十九页，共41页。