高中化学第2章化学反应的方向限度与速率2.4化学反应条件的优化-工业合成氨备课鲁科版选修

第2章第四节

《

化学反应条件的优化

——工业合成氨》1785年，确定了氨的组成：氮、氢研究N2和

H2直接合成NH31913年实现了合成氨的工业化生产德国科学家哈伯在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。N2(g)+3H2(g)2NH3(g)298K时：△H=-92.2kJ·mol-1

△S=-198.2J·K-1·mol-1

请根据正反应的焓变和熵变分析298K下合成氨反应能否自发进行？

△H-T△S=-33.14kJ·mol-1<0

自发交流·研讨11、从反应的可逆性、热效应、气体物质系数变化的角度分析合成氨的反应特点？N2+3H22NH3交流·研讨22、请利用化学平衡移动的知识分析采取什么措施有利于氨的生成？降低温度、增大压强、增大反应物浓度、降低生成物浓度达到平衡时平衡混合物中NH3的含量（体积分数）[V(N2):V(H2)=1:3]

0.11020306010020015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.279.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4压强/MPaNH3含量/%温度/℃温度降低，氨的含量增大压强增大，氨的含量增大氢氮比外界条件化学平衡角度提高反应的平衡转化率N2、H2物质的量之比NH3的浓度温度压强催化剂无影响高压低温为1:3时，NH3的含量最高及时转移走NH3小结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？升高温度增大压强增大反应物浓度使用催化剂交流·研讨22、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)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？交流·研讨2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167

使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。外界条件化学速率角度提高合成NH3的速率N2、H2浓度和物质的量比NH3的浓度温度压强催化剂增大N2、H2的浓度,且提高氢气比例研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式为：v=kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3)及时转移走NH3高温高压催化剂【小结】外界条件提高平衡转化率提高化学反应速率N2:H21:3<1:3NH3及时转移及时转移温度低温高温压强高压高压催化剂无影响催化剂合成氨的适宜条件压强温度催化剂浓度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铁触媒催化能力小结：合成氨选择适宜生产条件的原则1.既要注意外界条件对反应影响的一致性，又要注意外界条件对反应影响的矛盾性。2.既要注意温度、催化剂对速率影响的一致性；又要注意催化剂的活性对温度的限制。3.既要注意注意理论上的需要，又要注意

实际操作的可能