2020版高中化学2.4化学反应条件的优化——工业合成氨课件1鲁科版.pptx

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1、第4节化学反应条件的优化——工业合成氨研究目标：1、研究如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件。2、研究应用化学原理选择化工生产条件的思想和方法。过程方法目标培养思维能力、自学能力情感目标培养辩证唯物主义观点培养学生树立环保意识引言自1784年发现氨气以后，人们一直在研究如何利用化学方法由N2和H2合成NH3，但直到1913年才建成了大型合成氨厂。为什么合成氨的工业化生产会经历如此漫长的发展过程呢？今天我们来学习工业合成氨生产条件的选择。1.在化学必修—2中我们已经学习了工业合成氨的反应原理，是什么呢

2、？2.合成氨反应的特点？3.选择生产条件的目的是什么？4.选择生产条件的依据是什么？思考合成氨的反应原理：N2+3H22NH31、_____反应2、正反应为_____反应3、正反应为气体体积_____的反应请根据正反应的焓变和熵变分析在298K下合成氨反应能否自发进行？可逆放热减小答案：能自发进行合成氨的反应特点：尽可能加快反应速率和提高产物产率。外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响。选择生产条件的目的：选择生产条件的依据：（一）合成氨反应的限度请根据合成氨反应的特点，利用影响化学平衡移动的因素，分析什么条件有利于氨

3、生成的多？___温、___压、N2、H2浓度比为_____有利于化学平衡正向移动。高低1：3（二）合成氨反应的速率1、请根据合成氨反应的特点，结合影响反应速率的因素，思考什么条件下能使氨生成的快？升高温度增大压强增大反应物浓度使用催化剂2、实验表明，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？增大N2、H2浓度,将氨及时从混合气中分离出去3、请你根据下表所给的数据分析催化剂

4、对合成氨反应速率的影响：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(100k)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。请填写下表：生成氨的浓度反应物的浓度催化剂温度压强速率分析平衡分析使NH3生产的快使NH3生产的多外界条件高压高压低温高温使用无影响增大浓度增大浓度减小浓度减小浓度（三）合成氨的适宜条件的选择讨论：2、既然增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？1、既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向

5、移动，那么生产中是否温度越低越好？3、在合成氨工业中要使用催化剂，既然催化剂对化学平衡的移动没有影响，为什么还要使用呢？1．温度。合成氨为放热反应，低温有利于氨的生成。但是温度越低，反应速率就慢，到达平衡所需要的时间越长，因而单位时间内产量低，这在工业生产中是很不经济的。综合考虑各种因素，在实际生产上，采用700K的温度。原因：速率较快,转化率适中催化剂活性最大。分析：2．压强。增大压强，有利于氨的合成，但在实际生产中，压强不可能无限制的增大，因为压强越大，需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，势必增大生

6、产成本，降低综合经济效益。因此，受动力、材料、设备等条件的限制，目前我国合成氨厂一般采用的压强为低压（1×107Pa），中压（2×107Pa—3×107Pa），高压（8.5×107Pa—1×108Pa）三种类型。分析：3．催化剂。由于N2分子非常稳定，N2和H2的化合十分困难，即使采用了加热与高压的条件，合成氨的反应还是十分缓慢。为了加快反应速率，降低反应所需要的能量，合成氨工业普遍使用铁触媒作催化剂，使反应物在较低温度下较快的进行反应。分析：4．浓度。在实际生产中，不断补充N2、H2（增大反应物的浓度），采取迅速冷却

7、的方法（减小生成物的浓度），使气态氨变成液态氨后及时从平衡混合物中分离出去，以促使化学平衡不断地向着生成NH3的方向移动。分析：根据合成氨工业条件的选择，请讨论总结，选择工业中适宜生产条件的思路和方法。合成氨适宜条件催化剂____________温度____________根据设备动力选择压强________________N2、H2投料比______及时分离________铁触媒700K左右1×107~1×108Pa1:2.8氨气使氨生产快（速率）使氨生产多（平衡）实际生产中适宜条件原因压强高压高压1×107Pa—1

8、×108Pa有利于氨的合成,对动力、材料强度、设备制造要求适中温度高温低温700K速率较快,转化率适中催化剂活性最大催化剂加快无影响铁触媒使反应速率加快浓度增大浓度增大N2、H2浓度，减小NH3浓度N2：H2=1：2.8，及时将NH3分离出去适当提高N2的比例，加快反应速率，有利于NH3的生成小结已知2SO2(g)+O2(g)2S