《高中化學(xué)第2章化學(xué)反應(yīng)的方向限度與速率2.4化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化-工業(yè)合成氨課件魯科版.ppt》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中化學(xué)第2章化學(xué)反應(yīng)的方向限度與速率2.4化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化-工業(yè)合成氨課件魯科版.ppt（29頁(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū) 化學(xué)反應(yīng)原理（選修四）,第二章 化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率,第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化--工業(yè)合成氨,,,自從1809年在南美州的智利發(fā)現(xiàn)了硝酸鈉礦床之后，智利硝石很快就成為當(dāng)時(shí)世界上無(wú)機(jī)礦物含氮肥料的主要來(lái)源，據(jù)估計(jì)，在1850-1900年間，全世界無(wú)機(jī)氮肥有70%來(lái)自智利硝石，但礦產(chǎn)資源是有限的，這就迫使人們?nèi)ニ伎迹喝绾问勾髿庵杏坞x態(tài)氮，用人工的方法轉(zhuǎn)變成可為植物吸收的化合態(tài)氮，即人工固氮，一直是化學(xué)家探索的有關(guān)國(guó)計(jì)民生的重大課題，特別是如何利用空氣中氮和水中的氫直接合成氨一直十九世紀(jì)化學(xué)家研究的焦點(diǎn)之一。但由于長(zhǎng)期未獲成功，以至有人得出“由氮和氫直接合成氨是不
2、可能的”的錯(cuò)誤結(jié)論。直到1909年，德國(guó)化學(xué)哈伯取得了突破性進(jìn)展，成功地建立了每小時(shí)能產(chǎn)生80克氨的裝置，從而使人們看到了解決這一問(wèn)題的曙光，開(kāi)創(chuàng)了合成氨的歷史，哈伯也因此獲得了1918年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。,工業(yè)合成氨的巨大成功，改變了世界糧食生產(chǎn)的歷史，解決了世界因人口增長(zhǎng)而需要的糧食，以合成氨為基礎(chǔ)原料的化肥工業(yè)，對(duì)糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率占50%左右。,【交流研討1】,合成氨反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng): N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),已知298K時(shí): H= -92.2KJmol-1 S = -198.2Jmol-1.K-1 請(qǐng)根據(jù)正反應(yīng)的焓變和熵變分析298K下合成氨反應(yīng)能否自發(fā)
3、進(jìn)行？,298K下合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)K為. （molL-1)-2,書(shū)P65,合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)：,可逆反應(yīng),正反應(yīng)氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小,正反應(yīng)是放熱反應(yīng),熵減小的反應(yīng),N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H -92.2kJ/mol (1體積) (3體積) (2體積) S = -198.2JK-1mol-1,合成氨工業(yè)生產(chǎn)時(shí)主要考慮的生產(chǎn)條件？,（1）要使氨生成得更多（即提高平衡混合物里氨的含量） 化學(xué)平衡問(wèn)題 （2）要使氨生成得更快（即提高單位時(shí)間里氨的產(chǎn)量） 化學(xué)反應(yīng)速率問(wèn)題,【交流研討2】,請(qǐng)利用化學(xué)平衡移動(dòng)的知識(shí)
4、分析什么條件有利于氨的合成,書(shū)P65,一、合成氨反應(yīng)的限度,,1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6,0.6,0.5,0.4,0.3,0.2,0.1,NH3%,N2:H2,,___溫度、___壓強(qiáng)有利于化學(xué)平衡向生成氨的方向移動(dòng)，N2、H2體積比為_(kāi)____時(shí)平衡混合物中氨的含量最高。,增大,降低,1：3,研討結(jié)果,【交流研討3】,1、你認(rèn)為可以通過(guò)控制那些反應(yīng)條件來(lái)提高合成氨反應(yīng)的速率？,2、實(shí)驗(yàn)研究表明，在特定條件下，合成氨反應(yīng)速率與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系為:, =C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3),請(qǐng)你根據(jù)關(guān)系式分析：各物質(zhì)的濃度對(duì)反應(yīng)速率有哪些影響？可以采取哪
5、些措施來(lái)提高反應(yīng)速率？,二、合成氨反應(yīng)的速率,3、請(qǐng)你根據(jù)下表所給的數(shù)據(jù)分析催化劑對(duì)合成氨反應(yīng)速率的影響：,催化劑對(duì)合成氨反應(yīng)速率的影響,1.升高溫度 2.增大壓強(qiáng) 3.使用催化劑,使用催化劑可使合成氨反應(yīng)的速率提高上萬(wàn)億倍。,4.增大N2和H2濃度,將氨及時(shí)從混合氣中分離出去,研討結(jié)果,1、既然增大壓強(qiáng)既可提高反應(yīng)速率，又可提高氨的產(chǎn)量，那么在合成氨工業(yè)中壓強(qiáng)是否越大越好？,壓強(qiáng)怎么定？,2、既然降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動(dòng)，那么生產(chǎn)中溫度是否越低越好？,3 、催化劑對(duì)化學(xué)平衡的移動(dòng)沒(méi)有影響， 在合成氨工業(yè)中要不要使用催化劑，為什么？,溫度怎么選擇？,要不要用催化劑？,【交流研討4】
6、,1、壓強(qiáng)怎么選？,分析： 合成氨反應(yīng)是氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的氣體反應(yīng)，增大壓強(qiáng)既可以增大反應(yīng)速率，又能使平衡正向移動(dòng)，所以理論上壓強(qiáng)越大越好。 但是壓強(qiáng)越大，對(duì)設(shè)備的要求高、壓縮H2和N2所需要的動(dòng)力大，因此選擇壓強(qiáng)應(yīng)符合實(shí)際科學(xué)技術(shù)。,綜合以上兩點(diǎn):根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來(lái)選擇壓強(qiáng)。實(shí)際生產(chǎn)中壓強(qiáng)一般選擇在200500大氣壓之間。,2、溫度怎么選擇？,分析： 因?yàn)檎磻?yīng)方向是放熱的反應(yīng)，所以降低溫度有利于平衡正向移動(dòng)。,可是溫度越低，反應(yīng)速率越小，達(dá)到平衡所需要的時(shí)間越長(zhǎng)，因此溫度也不宜太低。,催化劑要在一定溫度下催化活性最大。,綜合以上因素:實(shí)際生產(chǎn)中溫度一般選擇在700K左右
7、（主要考慮催化劑的活性）。,3、用不用催化劑？,實(shí)際生產(chǎn)中選用鐵為主體的多成分催化劑（鐵觸媒），它在700K時(shí)活性最高。,分析: 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益要求化學(xué)反應(yīng)速度要快， 原料的利用率要高，單位時(shí)間的產(chǎn)量要高。,4、濃度怎么定？ N2 和H2的比例怎么定？,增大反應(yīng)物的濃度可以增大反應(yīng)速率，減小生成物的濃度可以使平衡正向移動(dòng)。從化學(xué)平衡的角度分析，在氮?dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量比為1：3時(shí)，平衡轉(zhuǎn)化率最大，但是實(shí)驗(yàn)測(cè)得適當(dāng)提高N2的濃度，即N2和H2的物質(zhì)的量比為1：2.8時(shí)，更能促進(jìn)氨的合成。,實(shí)際生產(chǎn)中的處理方法：及時(shí)將氣態(tài)氨冷卻液化分離出去；及時(shí)將氮?dú)夂蜌錃庋h(huán)利用，使其保持一定的濃度。即N2和
8、H2的物質(zhì)的量比為1：2.8,（閱讀書(shū)本67頁(yè)）,,,,根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來(lái)選擇壓強(qiáng)。實(shí)際生產(chǎn)中壓強(qiáng)一般選擇在200500大氣壓之間,,綜合因素:實(shí)際生產(chǎn)中溫度一般選擇在700K左右（主要考慮催化劑的活性）。,,實(shí)際生產(chǎn)中選用鐵為主體的多成分催化劑（鐵觸媒），它在700K時(shí)活性最高。,,根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來(lái)選擇壓強(qiáng)200500個(gè)大氣壓,適宜溫度700K右左,使用鐵觸媒作催化劑,N2和H2的物質(zhì)的量比為1：2.8的投料比, 氨及時(shí)從混合氣中分離出去,研討總結(jié),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,合 成 氨 流 程 簡(jiǎn) 圖,,,,,,,,,,,,,,,,,,合 成 塔,氨 分 離 器,液氨,水 冷 器,循環(huán)氣體,壓縮機(jī),循環(huán)壓縮機(jī),氫氮混合氣,,,,我國(guó)合成氨工業(yè)的發(fā)展情況： 解放前我國(guó)只有兩家規(guī)模不大的合成氨廠； 1949年全國(guó)氮肥產(chǎn)量?jī)H0.6萬(wàn)噸； 2000年達(dá)到3363.7萬(wàn)噸，成為世界上產(chǎn)量最高的國(guó)家之一。擁有多種原料、不同流程的大、中、小合成氨廠1000多家.,通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí) 您有什么收獲？,？,,【總結(jié)】,
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