2018年高中化學 第2章 化學反應的方向、限度與速率 2.4 化學反應條件的優(yōu)化課件5 魯科版選修4.ppt

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1、第4節(jié)：化學反應條件的優(yōu)化—工業(yè)合成氨,,,第二章 ：化學反應方向，限度與速率,激 情 鞏 固 ：,化學反應速率的定義？ 影響化學反應速率的因素有哪些？ 什么是化學平衡？ 化學平衡的特點？ 什么是化學平衡的移動？ 影響化學平衡的因素有哪些？,第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后,英國從海上完全封鎖了與之為敵的德國,硝石不能從智利進口了.農(nóng)田沒有肥料,就會缺糧食;缺乏硝酸就會缺少炸藥,德國就會投降.可是兩年過去了，1916年德國的農(nóng)田仍一片蔥綠,前線的炮火反而更加猛烈了.這是怎么回事?是誰創(chuàng)造了這個奇跡呢? ----以費里茲哈伯為首的一批德國科學家,二十世紀初就研究固氮,利用空氣、水和煤為原料,生產(chǎn)氫和氮,再把

2、氮氣和氫氣制成了氨.他們?yōu)閷ふ液铣砂钡拇呋瘎┖瓦m宜條件,曾花費了不知多少個春秋,終于獲得成功.,合成氨的發(fā)現(xiàn)史,弗里茨.哈伯：德國化學家，出生于一個猶太富商家中。1900年獲得博士學位。1908年7月首次合成氨氣，1909年7月建成每小時生產(chǎn)90克氨氣的實驗裝置，1918年獲得諾貝爾化學獎。 哈伯首創(chuàng)了使用化學毒劑的化學戰(zhàn)，在第一次世界大戰(zhàn)中有130萬人受到化學戰(zhàn)的傷害，其中9萬人死亡。,請同學們寫出合成氨的化學反應方程式,并說明這個反應有什么特點?,,可逆反應,,,,正反應為放熱反應,正反應為體積縮小方向,假如你是一位化工廠的 廠長,對暢銷產(chǎn)品的生產(chǎn) 效率、成本有何要求?,基本要求： a、

3、反應快、單位時間內產(chǎn)量高 （速率） b、原料利用率高、成本低 （平衡）,1 . 從速率角度分析：,增大N2、H2濃度,高 壓,使 用,高 溫,減小NH3濃度,無 影 響,低 溫,高 壓,2. 從平衡角度分析,A.從反應速率的角度看： 增大反應物濃度、 壓強越大、 溫度越高， 使用催化劑；,,均可使反應加快、 提高單位日產(chǎn)量,B.從化學平衡的角度看： 減小生成物濃度 高壓、 低溫，,,均可使平衡時NH3含 量高、N2、H2轉化率高,結 論,1. 壓強是否越大越好？ 2. 是否溫度越低越好？ 3.要不要使用催化劑呢？,討論,1

4、、壓強怎么選？,分析：①合成氨反應是體積縮小的氣體反應，增大壓強既可以增大反應速率，又能提高平衡混合物中氨的含量，所以理論上壓強越大越好。 ②但是壓強越大，對設備的要求高、壓縮H2和N2所需要的動力大，因此壓強也不宜過高。,綜合以上兩點，實際生產(chǎn)中壓強一般選擇在20MPa---50MPa之間。,2、溫度怎么選擇？,a.因為正反應方向是放熱的反應，所以降低溫度有利于提高平衡混合物中氨的含量。,b.可是溫度越低，反應速率越小，達到平衡所需要的時間越長，因此溫度也不宜太低。,綜合以上因素，實際生產(chǎn)中溫度一般選擇在500℃左右。,3、用不用催化劑？,使用催化劑能否提高合成氨的轉化率？ 使用催化劑

5、對反應速率有何影響？,實際生產(chǎn)中選用鐵為主體的多成分催化劑（鐵觸媒），它在500℃時活性較高。,4、濃度怎么定？,增大反應物的濃度可以增大反應速率，減小生成物的濃度可以使平衡正向移動。因此可以用保持一定的氮、氫濃度，減少氨氣的濃度的方法，提高合成氨的效率和產(chǎn)量。,實際生產(chǎn)中的處理方法：及時將氣態(tài)氨冷卻液化而分離出去；及時補充氮氣和氫氣，使其保持一定的濃度。,結論：工業(yè)上合成氨的合適條件到底怎樣？還應結合實際綜合考慮如下：,選擇合適的溫度：一般500℃左右，該溫度是為合成氨催化劑的活性溫度；,合成氨的適宜條件,選擇合適的壓強：一般20MPa~50MPa，該壓強下進行生產(chǎn)，對動力、材料、設備等正合

6、適；,使用催化劑：雖不影響平衡含量（轉化率），但可大大加快反應速率，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益.,及時分離出NH3，并不斷補充N2和H2：既增大了速率，又有利于提高轉化率；,,1.合成氨分幾個階段進行?,2. N2取自于什么物質? 3.H2又來源于哪里?,合 成 氨 工 業(yè)：,原料氣的制取—凈化—壓縮—合成—分離,,,,N2 H2,三、合成氨工業(yè)簡介： 1、合成氨工業(yè)的流程,—液氨,,原料氣的制取,N2：液化空氣，蒸發(fā)分離出氮氣,H2：用水和燃料在高溫下制取。如：,三、合成氨工業(yè)簡介： 1、合成氨工業(yè)的流程,四、合成氨工業(yè)的發(fā)展前景：,耐高壓的材料． 新型催化劑的催化合成． 化學模擬生物固

7、氮．,1. 合成氨反應中，使用催化劑的最主要的理由是（ ）。 （A）使平衡向正反應方向移動 （B）沒有催化劑該反應不能發(fā)生 （C）使化學反應速率增大 （D）遏止逆反應的發(fā)生,C,鞏固練習：,2．合成氨時采用500℃左右的溫度進行，主要是因為在該溫度( ) A．合成氨的化學反應速率,B．N2的轉化率最高 C．催化劑的活性最大 D．NH3在平衡混合氣體中的 體積分數(shù)最大,C,3. 能使合成氨反應進行程度增大 的方法( ) A．升高溫度 B．降低壓強 C．使用催化劑 D．及時分離出NH3,D,4．合成氨時，既要使N2、H2的轉化率增大，又使反應速率增快，可采取的辦法是 ( ） A．不斷充入N2 H2 B．升高溫度 C．增大壓強 D．分離出 NH3,C,再見!,