《第4节化学反应条件的优化-工业合成氨》名校课件

第4节化学反应条件的优化——工业合成氨学习目标知识体系1.结合生产实例，讨论化学反应条件的选择和优化，形成从限度、速率、能耗的多角度综合调控化学反应的基本思路，发展“绿色化学”的观念和辩证思维的能力。2.能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题。化工生产过程中反应条件的优化反应条件优化的目的：降低生产成本，提高经济效益②化学反应的限度③化学反应的速率生产的高效益生产的高效率④生产条件对生产设备的要求等投资成本经济效益①化学反应的方向生产的科学性交流研讨阅读课本第76-77页，以合成氨为例来分析反应条件的选择1.请根据正反应的焓变和熵变分析在298K下合成氨反应能否自发进行？2.根据合成氨反应的特点,利用影响化学平衡移动的因素,分析什么条件有利于氨的合成？△H－T△S=－92.2KJ·mol-1－298K×(－198.2×10-3KJ·K-1·mol-1)

=－33.1KJ·mol-1＜0反应能自发进行降低温、增大压强有利于化学平衡正向移动，N2、H2浓度比为1：3，平衡混合物中氨的含量最高。一、合成氨反应的限度1、结合影响反应速率的因素，你认为通过控制什哪些反应条件来提高合成氨反应的速率？(1)温度：(2)压强：(3)浓度：(4)催化剂：二、合成氨反应的速率升高温度增大压强增大反应物浓度使用催化剂交流研讨：2、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：v=kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3)请你根据关系式分析：各物质的浓度对反应速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？增大N2、H2浓度,将氨及时从混合气中分离出去阅读课本第77-78页3、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Ea/KJ·mol-1K(催)/K(无)无催化剂3353.4×1012(700k)使用Fe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。催化剂的选择性、高效性、局限性。如何提高催化剂的活性（自身成分、温度、粒度、合成方法、反应温度及压强）。如何防止催化剂中毒。阅读课本第78页《化学与技术》，了解工业合成氨的催化历程1、根据合成氨反应的特点，应分别采取什么措施提高反应的平衡转化率和反应速率？请填写课本第79页表格三、合成氨的适宜条件交流研讨⑵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？⑴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？⑶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，为什么还要使用呢？2、请你尝试为合成氨选择适宜条件合成氨适宜条件催化剂_________温度__________________________根据设备动力选择压强________________N2、H2投料比______及时分离________铁700K左右(催化剂的活性温度)1×107~1×108Pa1:2.8氨气1、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，对设备的要求更高练习：2、氨的合成反应，生产中采用的适宜条件是（）A、低温、高压、适当的催化剂B、高温、常压C、尽可能高温、高压D、适当的温度、适当的高压、适宜催化剂D3.下列有关工业合成氨的叙述中正确的是()A.温度升高，不利于提高合成氨的反应速率B.工业上选择合适的条件，可以使氮气全部转化为氨C.合成氨反应化学平衡的移动受到温度、反应物浓度、压强等因素的影响D.使用铁催化剂，可以使氮气和氢气化合的速率明显加快CD4.在一定温度下，在恒压容器a与恒容容器b中，分别盛入体积比为1∶3的N2和H2，开始时体积相同，达到平衡时,N2的转化率应该是()A.a大B.b大C.a、b一样大D.不一定A5.在容积可变的密闭容器中，2molN2和8molH2在一定条件下反应，达到平衡时，H2的转化率为25%，则平衡时氨气的体积分数接近于(

)A.5%B.10%C.15%D.20%C平衡后，恒压容器压强大，

恒容容器容积大！

列三段式

6.下列所述情况表示合成氨反应达到平衡状态的是()A、H2的消耗速率与NH3的生成速率之比为3∶2B、混合气体的平均相对分子质量不再改变C、N2的生成速率与NH3的生成速率之比为1∶1D、密闭容器中H2、N2、NH3的物质的量之比为3∶1∶2B7、合成氨技术的发明使工业化人工固氮成为现实。(1)下列有关合成氨工业的叙述，不能用平衡移动原理来解释的是_____。A、使用铁催化剂有利于合成氨的反应B、高压比常压更有利于合成氨的反应C、500℃左右比室温更有利于合成氨的反应D、使反应混合物中的氨液化后分离有利于合成氨的反应AC(2)已知工业合成氨N2(g)+3H2(g)

2NH3(g)ΔH=-92.2kJ·mol-1。①一定温度下，在容积恒定的密闭容器中，一定量的N2和H2反应达到平衡后，改变某一外界条件，反应速率与时间的关系如下图所示，其中t2、t4、t7时刻所对应的实验条件改变分别是：t2

t4

t7

。增大N2或H2的浓度加入催化剂降温增上减下、哪移哪大、温压要断、浓度相连规律总结：②温度为T℃时，将2amolH2和amolN2放入0.5L密闭容器中，充分反应达平衡后测得N2的转化率为50%，此时放出热量46.1kJ，则该温度下反应的平衡常数为__________。4.0用三段式计算：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)起始物质的量浓度(mol•L-1)：2a4a0转化物质的量浓度(mol•L-1)：a3a2a平衡物质的量浓度(mol•L-1)：aa2a平衡常数K=4a2/a4=4/a2平衡时放出热量46.1kJ，则平衡时N2转化了0.5mol，0.5a=0.5mol，a=1.0，K=4.0。8.在硫酸工业中,通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=-198kJ·mol-1。如表为不同温度和压强下SO2的转化率(%)催化剂△====(1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫，可控制的条件是_____________。(2)实际生产中，选定400℃～500℃作为操作温度其原因是__________________。(3)实际生产中，采用的压强为常压，其原因是__________________________________。(4)在生产中，通入过量空气的目的___________。(5)尾气中的SO2必须回收是为了_________。低温，高压该温度催化剂的活性最高，选择此温度可提高反应速率，缩短反应达到平衡所需要的时间因为在常压下400℃～500℃时SO2的转化率已经很高了，若再加压，对设备及动力系统要求高，加大了成本和能量消耗，不合适增大氧气的浓度，使平衡向生成SO3的方向移动，提高二氧化硫的转化率减少对环境的污染9、0.1molCO2与0.3molC在恒压密闭容器中发生反应:CO2(g)+C(s)2CO(g)。平衡时,体系中各气体的体积分数与温度的关系如图。已知:用气体分压表示的化学平衡常数Kp=P2平(CO)/P平(CO2);气体分压(