《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-工業(yè)合成氨課件魯科版.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《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-工業(yè)合成氨課件魯科版.ppt（29頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、普通高中課程標準實驗教科書 化學反應原理（選修四）,第二章 化學反應的方向、限度與速率,第四節(jié) 化學反應條件的優(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時世界上無機礦物含氮肥料的主要來源，據(jù)估計，在1850-1900年間，全世界無機氮肥有70%來自智利硝石，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，一直是化學家探索的有關(guān)國計民生的重大課題，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化學家研究的焦點之一。但由于長期未獲成功，以至有人得出“由氮和氫直接合成氨是不
2、可能的”的錯誤結(jié)論。直到1909年，德國化學哈伯取得了突破性進展，成功地建立了每小時能產(chǎn)生80克氨的裝置，從而使人們看到了解決這一問題的曙光，開創(chuàng)了合成氨的歷史，哈伯也因此獲得了1918年的諾貝爾化學獎。,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而需要的糧食，以合成氨為基礎(chǔ)原料的化肥工業(yè)，對糧食增產(chǎn)的貢獻率占50%左右。,【交流研討1】,合成氨反應是一個可逆反應: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),已知298K時: H= -92.2KJmol-1 S = -198.2Jmol-1.K-1 請根據(jù)正反應的焓變和熵變分析298K下合成氨反應能否自發(fā)
3、進行？,298K下合成氨反應的平衡常數(shù)K為. （molL-1)-2,書P65,合成氨反應的特點：,可逆反應,正反應氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小,正反應是放熱反應,熵減小的反應,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） 化學平衡問題 （2）要使氨生成得更快（即提高單位時間里氨的產(chǎn)量） 化學反應速率問題,【交流研討2】,請利用化學平衡移動的知識
4、分析什么條件有利于氨的合成,書P65,一、合成氨反應的限度,,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、___壓強有利于化學平衡向生成氨的方向移動，N2、H2體積比為_____時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、你認為可以通過控制那些反應條件來提高合成氨反應的速率？,2、實驗研究表明，在特定條件下，合成氨反應速率與反應的物質(zhì)的濃度的關(guān)系為:, =C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3),請你根據(jù)關(guān)系式分析：各物質(zhì)的濃度對反應速率有哪些影響？可以采取哪
5、些措施來提高反應速率？,二、合成氨反應的速率,3、請你根據(jù)下表所給的數(shù)據(jù)分析催化劑對合成氨反應速率的影響：,催化劑對合成氨反應速率的影響,1.升高溫度 2.增大壓強 3.使用催化劑,使用催化劑可使合成氨反應的速率提高上萬億倍。,4.增大N2和H2濃度,將氨及時從混合氣中分離出去,研討結(jié)果,1、既然增大壓強既可提高反應速率，又可提高氨的產(chǎn)量，那么在合成氨工業(yè)中壓強是否越大越好？,壓強怎么定？,2、既然降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動，那么生產(chǎn)中溫度是否越低越好？,3 、催化劑對化學平衡的移動沒有影響， 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、壓強怎么選？,分析： 合成氨反應是氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的氣體反應，增大壓強既可以增大反應速率，又能使平衡正向移動，所以理論上壓強越大越好。 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，因此選擇壓強應符合實際科學技術(shù)。,綜合以上兩點:根據(jù)反應器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標來選擇壓強。實際生產(chǎn)中壓強一般選擇在200500大氣壓之間。,2、溫度怎么選擇？,分析： 因為正反應方向是放熱的反應，所以降低溫度有利于平衡正向移動。,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。,催化劑要在一定溫度下催化活性最大。,綜合以上因素:實際生產(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時活性最高。,分析: 經(jīng)濟效益和社會效益要求化學反應速度要快， 原料的利用率要高，單位時間的產(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。從化學平衡的角度分析，在氮氣和氫氣的物質(zhì)的量比為1：3時，平衡轉(zhuǎn)化率最大，但是實驗測得適當提高N2的濃度，即N2和H2的物質(zhì)的量比為1：2.8時，更能促進氨的合成。,實際生產(chǎn)中的處理方法：及時將氣態(tài)氨冷卻液化分離出去；及時將氮氣和氫氣循環(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,（閱讀書本67頁）,,,,根據(jù)反應器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標來選擇壓強。實際生產(chǎn)中壓強一般選擇在200500大氣壓之間,,綜合因素:實際生產(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時活性最高。,,根據(jù)反應器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標來選擇壓強200500個大氣壓,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, 氨及時從混合氣中分離出去,研討總結(jié),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,合 成 氨 流 程 簡 圖,,,,,,,,,,,,,,,,,,合 成 塔,氨 分 離 器,液氨,水 冷 器,循環(huán)氣體,壓縮機,循環(huán)壓縮機,氫氮混合氣,,,,我國合成氨工業(yè)的發(fā)展情況： 解放前我國只有兩家規(guī)模不大的合成氨廠； 1949年全國氮肥產(chǎn)量僅0.6萬噸； 2000年達到3363.7萬噸，成為世界上產(chǎn)量最高的國家之一。擁有多種原料、不同流程的大、中、小合成氨廠1000多家.,通過本節(jié)課的學習 您有什么收獲？,？,,【總結(jié)】,
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-工業(yè)合成氨課件魯科版.ppt
