第二章化学反应的方向、限度与速率(课件)

化学反应条件的优化----工业合成氨化学反应条件的优化1复习影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些?化学反应速率化学平衡温度气体压强催化剂浓度温度越高,反应速率越大压强越大,反应速率越大正催化剂加快反应速率反应物浓度越大,反应速率越大升高温度,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应物浓度,平衡正向移动复习影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些?化学2弗里茨·哈伯：

弗里茨·哈伯：

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，最后选定了一种合适的催化剂--铁，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。弗里茨·哈伯与合成氨合成氨从第一次实验室研制到4化学热力学化学动力学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？怎样能促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、温度的催化剂活性的影响等化学热力学化学动力学化学反应的方向化学反应的限度化学反应的速5【交流·研讨】合成氨反应是一个可逆反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已知298K时:△H=-92.2KJ·mol-1△S=-198.2J·K-1·mol-1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？298K下合成氨反应的平衡常数K为４.１×１０６（mol·L-1)-2书P65【交流·研讨】合成氨反应是一个可逆反应:N2(g)+3H26合成氨反应的特点：①可逆反应③正反应气态物质系数减小④正反应是放热反应②熵减小的反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H＝-92.2kJ/mol(1体积)(3体积)(2体积)△S=-198.2J·K-1·mol-1合成氨反应的特点：①可逆反应③正反应气态物质系数减小④正反应7一、合成氨反应的限度【交流·研讨】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．书P65一、合成氨反应的限度【交流·研讨】请利用化学平8第二章化学反应的方向、限度与速率(ppt课件)91:11:21:31:41:51:60.60.50.40.30.20.1NH3%N2:H21:11:21:31:10___温度、___压强有利于化学平衡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。增大降低1：3___温度、___压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动，N211二、合成氨反应的速率【交流·研讨】1、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？2、实验研究表明，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:ν=κC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)书P66二、合成氨反应的速率【交流·研讨】1、你认为可以通过控制那些123、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：催化剂对合成氨反应速率的影响条件△E/KJ/molk(催)/k(无)无催化剂3353.4×1012(700k)使用Fe催化剂1673、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：131.升高温度2.增大压强3.增大反应物浓度4.使用催化剂5.增大N2`H2浓度,将氨及时从混合气中分离出去使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。1.升高温度5.增大N2`H2浓度,将氨及时从混合气中分离出14合成氨的适宜条件的选择生成物氨的浓度反应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合成氨的适宜条件的选择生成物氨的浓度反应物的浓度催化剂温度压15【交流·研讨】研讨的内容研讨的问题

1、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是否越大越好？压强怎么定？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？【交流·研讨】研讨的内容研讨的问题1、既161、压强怎么选？分析：①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，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。综合以上两点:根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。实际生产中压强一般选择在100～1000大气压之间。1、压强怎么选？分析：综合以上两点:根据反应17

2、温度怎么选择？分析：①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。②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。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）。2、温度怎么选择？分析：②可是温度越低，反应速率越小，18

3、用不用催化剂？实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在700K时活性最高。分析: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。3、用不用催化剂？实际生产中选用铁为主体的多成分19

4、浓度怎么定？N2

和H2的比例怎么定？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，但是实验测得适当提高N2的浓度，即N2和H2的物质的量比为1：2.8时，更能促进氨的合成。

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，使其保持一定的浓度。即N2和H2的物质的量比为1：2.8（阅读书本67页）4、浓度怎么定？N2和H2的比例怎么定？增大反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的结果根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强适宜温度700K左右使用铁触媒作催化剂N2和H2的物质的量比为1：2.8的投料比,氨及时从混合气中分离出去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的结果根据21【总结】【总结】22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应速率，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温度；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。

【小结·反思】工业上利用某可逆反应生产产品：【小结·反思】23二、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：空气压缩碳液态空气N2(先逸出)物理方法蒸发CO2(+N2)N2化学方法

分离出CO2制氮气:（造气）（净化）（合成氨）二、合成氨工业简述：1、主要流程：原料气制取净24制氢气:天然气CO+H2CO2+H2H2

H2O(气)分离出CO2CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H2O(气)制氢气:天然气CO+H225第二章化学反应的方向、限度与速率(ppt课件)26第二章化学反应的方向、限度与速率(ppt课件)27第二章化学反应的方向、限度与速率(ppt课件)28第二章化学反应的方向、限度与速率(ppt课件)29第二章化学反应的方向、限度与速率(ppt课件)30第二章化学反应的方向、限度与速率(ppt课件)31第二章化学反应的方向、限度与速率(ppt课件)32第二章化学反应的方向、限度与速率(ppt课件)33我国合成氨工业的发展情况：

解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂；1949年全国氮肥产量仅0.6万吨；2000年达到3363.7万吨，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.我国合成氨工业的发展情况：34例题：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 D例题：D351．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的压强练一练：BC1．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列变化过程不能使362、合成氨所需的H2可由煤和水蒸气反应而制得，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、降低温度C、增大水蒸气浓度D、增大CO浓度BC2、合成氨所需的H2可由煤和水蒸气反应而制得，其中一步的反应373、在合成氨时，可以提高H2转化率的措施是（）(A)延长反应时间(B)充入过量H2(C)充入过量N2(D)升高温度C3、在合成氨时，可以提高H2转化率的措施是（）C384、关于氨的合成工业的下列说法正确的是（）(A)从合成塔出来的气体，其中氨一般占15%，所以生产氨的工业的效率都很低(B)由于NH3易液化，N2、H2可循环使用，则总的说来氨的产率很高(C)合成氨工业的反应温度控制在500℃左右，目的是使平衡向正反应方向进行(D)合成氨工业采用20

MPa----50MPa，是因该条件下催化剂的活性最好B4、关于氨的合成工业的下列说法正确的是（395.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.高压低温D5.下列反应达到平衡时，哪种条件下生成物的含量最高：X2(g406.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,平衡向右移动C.平衡时,SO2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.BC6.对于反应:2SO2(g)+O2(g)417.已知2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)△H＜0其实验数据见表(1)应选用的温度是______。应采用的压强是______，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。7.已知2SO2(g)+O2(g)42

4、教学必须从学习者已有的经验开始。——杜威

5、构成我们学习最大障碍的是已知的东西，而不是未知的东西。——贝尔纳

6、学习要注意到细处，不是粗枝大叶的，这样可以逐步学习摸索，找到客观规律。——徐特立

7、学习文学而懒于记诵是不成的，特别是诗。一个高中文科的学生，与其囫囵吞枣或走马观花地读十部诗集，不如仔仔细细地背诵三百首诗。——朱自清

8、一般青年的任务，尤其是共产主义青年团及其他一切组织的任务，可以用一句话来表示，就是要学习。——列宁

9、学习和研究好比爬梯子，要一步一步地往上爬，企图一脚跨上四五步，平地登天，那就必须会摔跤了。——华罗庚

10、儿童的心灵是敏感的，它是为着接受一切好的东西而敞开的。如果教师诱导儿童学习好榜样，鼓励仿效一切好的行为，那末，儿童身上的所有缺点就会没有痛苦和创伤地不觉得难受地逐渐消失。——苏霍姆林斯基

11、学会学习的人，是非常幸福的人。——米南德

12、你们要学习思考，然后再来写作。——布瓦罗14、许多年轻人在学习音乐时学会了爱。——莱杰

15、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基

16、我们一定要给自己提出这样的任务：第一，学习，第二是学习，第三还是学习。——列宁

17、学习的敌人是自己的满足，要认真学习一点东西，必须从不自满开始。对自己，“学而不厌”，对人家，“诲人不倦”，我们应取这种态度。——毛泽东

18、只要愿意学习，就一定能够学会。——列宁

19、如果学生在学校里学习的结果是使自己什么也不会创造，那他的一生永远是模仿和抄袭。——列夫·托尔斯泰

20、对所学知识内容的兴趣可能成为学习动机。——赞科夫

21、游手好闲地学习，并不比学习游手好闲好。——约翰·贝勒斯

22、读史使人明智，读诗使人灵秀，数学使人周密，自然哲学使人精邃，伦理学使人庄重，逻辑学使人善辩。——培根

23、我们在我们的劳动过程中学习思考，劳动的结果，我们认识了世界的奥妙，于是我们就真正来改变生活了。——高尔基

24、我们要振作精神，下苦功学习。下苦功，三个字，一个叫下，一个叫苦，一个叫功，一定要振作精神，下苦功。——毛泽东

25、我学习了一生，现在我还在学习，而将来，只要我还有精力，我还要学习下去。——别林斯基

13、在寻求真理的长河中，唯有学习，不断地学习，勤奋地学习，有创造性地学习，才能越重山跨峻岭。——华罗庚52、若不给自己设限，则人生中就没有限制你发挥的藩篱。53、希望是厄运的忠实的姐妹。54、辛勤的蜜蜂永没有时间悲哀。55、领导的速度决定团队的效率。56、成功与不成功之间有时距离很短只要后者再向前几步。57、任何的限制，都是从自己的内心开始的。58、伟人所达到并保持着的高处，并不是一飞就到的，而是他们在同伴誉就很难挽回。59、不要说你不会做！你是个人你就会做！60、生活本没有导演，但我们每个人都像演员一样，为了合乎剧情而认真地表演着。61、所谓英雄，其实是指那些