高中化学第2章化学反应的方向限度与速率2.4化学反应条件的优化_工业合成氨课件鲁科版选修.ppt

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1、第4节：化学反应条件的优化—工业合成氨第二章：化学反应方向，限度与速率激情巩固：化学反应速率的定义？影响化学反应速率的因素有哪些？什么是化学平衡？化学平衡的特点？什么是化学平衡的移动？影响化学平衡的因素有哪些？第一次世界大战爆发后,英国从海上完全封锁了与之为敌的德国,硝石不能从智利进口了.农田没有肥料,就会缺粮食;缺乏硝酸就会缺少炸药,德国就会投降.可是两年过去了，1916年德国的农田仍一片葱绿,前线的炮火反而更加猛烈了.这是怎么回事?是谁创造了这个奇迹呢?----以费里兹·哈伯为首的一批德国科学家,二十世纪初就研究固氮

2、,利用空气、水和煤为原料,生产氢和氮,再把氮气和氢气制成了氨.他们为寻找合成氨的催化剂和适宜条件,曾花费了不知多少个春秋,终于获得成功.合成氨的发现史弗里茨.哈伯：德国化学家，出生于一个犹太富商家中。1900年获得博士学位。1908年7月首次合成氨气，1909年7月建成每小时生产90克氨气的实验装置，1918年获得诺贝尔化学奖。哈伯首创了使用化学毒剂的化学战，在第一次世界大战中有130万人受到化学战的伤害，其中9万人死亡。请同学们写出合成氨的化学反应方程式,并说明这个反应有什么特点?N2+3H22NH3∆H<0可逆反应正

3、反应为放热反应正反应为体积缩小方向假如你是一位化工厂的厂长,对畅销产品的生产效率、成本有何要求?基本要求：a、反应快、单位时间内产量高（速率）b、原料利用率高、成本低（平衡）1.从速率角度分析：合成氨反应N2+3H22NH3（正反应放热）分析角度反应条件化学反应速率化学平衡浓度压强温度催化剂增大N2、H2浓度高压使用高温2，请分析下表，结合化学平衡的知识，从有利于氨生成、分析合成氨的合适条件。N2+3H22NH3（正反应放热）压强氨含量氨含量温度合成氨反应N2+3H22NH3（正反应放热）分析角度反应条件化学反应速率化学

4、平衡浓度增大N2、H2浓度压强高压温度高温催化剂使用减小NH3浓度无影响低温高压2.从平衡角度分析A.从反应速率的角度看：增大反应物浓度、压强越大、温度越高，使用催化剂；均可使反应加快、提高单位日产量B.从化学平衡的角度看：减小生成物浓度高压、低温，均可使平衡时NH3含量高、N2、H2转化率高结论1.压强是否越大越好？2.是否温度越低越好？3.要不要使用催化剂呢？讨论N2+3H22NH3(放热反应)1、压强怎么选？分析：①合成氨反应是体积缩小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能提高平衡混合物中氨的含量，所以理论上

5、压强越大越好。②但是压强越大，对设备的要求高、压缩H2和N2所需要的动力大，因此压强也不宜过高。综合以上两点，实际生产中压强一般选择在20MPa---50MPa之间。2、温度怎么选择？a.因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量。b.可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。综合以上因素，实际生产中温度一般选择在500℃左右。3、用不用催化剂？使用催化剂能否提高合成氨的转化率？使用催化剂对反应速率有何影响？实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在5

6、00℃时活性较高。4、浓度怎么定？增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。因此可以用保持一定的氮、氢浓度，减少氨气的浓度的方法，提高合成氨的效率和产量。实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化而分离出去；及时补充氮气和氢气，使其保持一定的浓度。结论：工业上合成氨的合适条件到底怎样？还应结合实际综合考虑如下：选择合适的温度：一般500℃左右，该温度是为合成氨催化剂的活性温度；合成氨的适宜条件选择合适的压强：一般20MPa~50MPa，该压强下进行生产，对动力、材料、设备等正合适；使用催化剂：

7、虽不影响平衡含量（转化率），但可大大加快反应速率，提高生产效率和经济效益.及时分离出NH3，并不断补充N2和H2：既增大了速率，又有利于提高转化率；1.合成氨分几个阶段进行?2.N2取自于什么物质?3.H2又来源于哪里?合成氨工业：原料气的制取—净化—压缩—合成—分离N2H2三、合成氨工业简介：1、合成氨工业的流程—液氨原料气的制取N2：液化空气，蒸发分离出氮气H2：用水和燃料在高温下制取。如：C+H2O（g）CO+H2CO+H2O（g）CO2+H2三、合成氨工业简介：1、合成氨工业的流程原料气的制取—净化—压缩—合成—

8、分离N2H2—液氨四、合成氨工业的发展前景：耐高压的材料．新型催化剂的催化合成．化学模拟生物固氮．1.合成氨反应中，使用催化剂的最主要的理由是（）。（A）使平衡向正反应方向移动（B）没有催化剂该反应不能发生（C）使化学反应速率增大（D）遏止逆反应的发生C巩固练习：2．合成氨时采用500℃左右的温度进行，主要是因为在该