2020版高中化学2.4化学反应条件的优化——工业合成氨课件2鲁科版.pptx

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1、第4节化学反应条件的优化——工业合成氨1.了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件；2.了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产的选择与理论分析的差异；3.通过对合成氨适宜条件的分析，认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要作用。19世纪以前，有远见的化学家曾指出：考虑到将来的粮食问题，为使子孙后代免于饥饿，必须寄希望于科学家能实现大气固氮——将空气中丰富的氮固定下来并转化为可被利用的形式。德国化学家哈伯在1913年实现了合成氨的工业生产，满足了20世纪人口由30亿增至60亿对粮食的需求，因此人们赞扬哈伯是“用空气制造面

2、包的圣人”。弗里茨·哈伯利用氮气、氢气为原料合成氨的工业化生产曾是一个较难的课题，从第一次实验室研制到工业化投产，约经历了150年的时间。反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)看起来十分简单，为什么合成氨的工业化生产会经历如此漫长的过程？合成氨工厂为什么需要庞大而复杂的生产设备和特殊的生产条件？应该从哪些方面选择合成氨的反应条件？化学反应的方向化学反应的限度化学反应的速率合成氨反应能否自发进行怎样能使化学平衡向合成氨方向移动怎样能提高合成氨反应速率适宜的合成氨条件工艺流程化学工艺学高压对设备材质、加工制造的要求、温度对催化剂活性的影响等合成氨反应有哪些特点？①可逆反

3、应③正反应气体体积缩小④正反应是放热反应②熵减小的反应ΔS<0N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH＝-92.4kJ/mol(1体积)(3体积)(2体积)合成氨反应是一个可逆反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已知298K时:ΔH=-92.2kJ·mol-1ΔS=-198.2J·K-1·mol-1合成氨反应的平衡常数K=4.1×106（mol·L-1)-2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？ΔH-TΔS=-92.2kJ·mol-1+298K×198.2×10-3kJ·k-1·mol-1因为ΔH-TΔS<0，298K下合成氨反应能自发

4、进行。已知增加N2的量能增大H2的转化率，结合方程式判断：工业合成氨时加入氮气的量是越多越好吗？N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ/mol不是。经研究，工业合成氨采用N2:H2=1:2.8效果较好。1:11:21:31:41:51:60.60.50.40.30.20.1NH3%N2:H231.457.579.892.698.81×108Pa23.142.265.284.295.46×107Pa9.119.138.264.286.42×107Pa4.510.625.152.081.51×107Pa13.826.447.071.089.93×107P

5、a0.050.10.42.215.31×105Pa400℃600℃500℃300℃200℃压强氨含量温度不同条件下平衡混合气中氨的体积分数思考相同温度时增大压强，反应的程度如何变化？反应的程度增大。31.457.579.892.698.81×108Pa23.142.265.284.295.46×107Pa9.119.138.264.286.42×107Pa4.510.625.152.081.51×107Pa13.826.447.071.089.93×107Pa0.050.10.42.215.31×105Pa400℃600℃500℃300℃200℃压强氨含量温度不同条件下

6、平衡混合气中氨的体积分数思考相同压强时升高温度，反应的程度如何变化？反应的程度减小使生产氨气快（速率分析）使生成氨气多（平衡分析）压强温度催化剂高压高温使用高压低温不影响根据外界条件对反应速率和反应限度的影响，请为工业合成氨选择合适的条件：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH＝-92.4kJ·mol-1思考：温度是否越高越好？压强是否越大越好？考虑催化剂的活性考虑设备的耐压能力N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH＝-92.4kJ·mol-1让我好好想想？外部条件工业合成氨的适宜条件压强温度催化剂浓度适宜温度（500℃左右）使用铁作催化剂N2和H2的物质的量比

7、为1:2.8的投料比,氨及时从混合气中分离出去2×107～5×107Pa催化剂活性大1.一般要使用催化剂：2.选择合适的温度：3.选择合适的压强：既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要综合考虑设备等。该温度是催化剂活性最大的温度；加快化学反应速率，提高生产效率，提高经济效益；工业上利用某可逆反应生产产品有哪些注意事项？例(双选)在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列变化过程不能使平衡向右移动的是（   ）A.不断将NH3分离出来B.使用催化剂C.采用700K左右的高温D.采用2×107～5×107Pa的压强BC合成氨工业简述：1.主要流