高中化學化學反應條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨課件

1、高中化學化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨第第4 4節(jié)節(jié) 化學反應條件的優(yōu)化化學反應條件的優(yōu)化 -工業(yè)合成氨工業(yè)合成氨高中化學化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨于于1931年獲諾貝爾化學獎年獲諾貝爾化學獎 于于1918年獲諾貝爾化學獎年獲諾貝爾化學獎 于于2007年諾貝爾化學獎年諾貝爾化學獎格哈德格哈德.埃特爾埃特爾高中化學化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨分析該反應的特點：分析該反應的特點：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)已知已知298K時時: H= -92.2KJmol-1 S = -198.2JK-1mol-1 高中化學化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨【問題問題】如果你是合成氨工廠的廠長如果你是合成氨

2、工廠的廠長的話，工業(yè)生產(chǎn)時你主要考慮哪些問的話，工業(yè)生產(chǎn)時你主要考慮哪些問題？題？ 經(jīng)濟效益和社會效益經(jīng)濟效益和社會效益 增大化學反應速率增大化學反應速率單位時間內(nèi)產(chǎn)率高單位時間內(nèi)產(chǎn)率高增大化學反應限度增大化學反應限度原料的利用率高原料的利用率高另外還要考慮生產(chǎn)中的另外還要考慮生產(chǎn)中的消耗能源消耗能源、原料來源原料來源、設備條件設備條件、環(huán)境保護環(huán)境保護等因素。等因素。高中化學化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨溫故知新溫故知新影響化學反應速率和化學平衡影響化學反應速率和化學平衡的重要因素有哪些的重要因素有哪些? 化學反應速率化學反應速率 化學平衡化學平衡氣體壓強氣體壓強溫度溫度催化劑催化劑反應物濃反

3、應物濃度度溫度越高溫度越高,反應速反應速率越大率越大壓強越大壓強越大,反應速反應速率越大率越大催化劑加快反應速催化劑加快反應速率率反應物濃度越大反應物濃度越大,反反應速率越大應速率越大升高溫度升高溫度,平衡向吸平衡向吸熱反應方向移動熱反應方向移動增大壓強增大壓強,平衡向氣體平衡向氣體體積減小的方向移動體積減小的方向移動催化劑對平衡無影響催化劑對平衡無影響增大反應物濃度增大反應物濃度,平平衡正向移動衡正向移動高中化學化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨反應物的濃度反應物的濃度催化劑催化劑溫度溫度壓強壓強增大反應速率增大反應速率外界條件外界條件增大反應限度增大反應限度平衡分析平衡分析【學以致用學以致用】

4、N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H= -92.2KJmol-1高中化學化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨 研討的內(nèi)容研討的內(nèi)容研討的問題研討的問題 學習小組學習小組1、既然增大壓強既可提高反、既然增大壓強既可提高反應速率，又可提高氨的產(chǎn)量，應速率，又可提高氨的產(chǎn)量，那么在合成氨工業(yè)中壓強是否那么在合成氨工業(yè)中壓強是否越大越好？越大越好？壓強怎么定？壓強怎么定？2、既然降低溫度有利于平衡、既然降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動，那么生向生成氨的方向移動，那么生產(chǎn)中是否溫度越低越好？產(chǎn)中是否溫度越低越好？3、 催化劑對化學平衡的移動催化劑對化學平衡的移動沒有影響，沒有影響， 在合成氨工業(yè)中要

5、在合成氨工業(yè)中要不要使用催化劑不要使用催化劑，為什么？，為什么？溫度怎么選擇？溫度怎么選擇？要不要用催化要不要用催化劑？劑？討論結束后，討論結束后，1、2、3組分組分別展示第別展示第1、2、3個問題答案；個問題答案；4、5、6組分組分別對別對1、2、3組進行評價補組進行評價補充。充。高中化學化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨1、壓強怎么選？、壓強怎么選？1組展示、組展示、4組進行評價補充。組進行評價補充。高中化學化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨2、用不用催化劑？、用不用催化劑？2組展示、組展示、5組進行評價補充。組進行評價補充。高中化學化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨催化劑對合成氨反應速率的影響條件條件Ea

6、 /KJ.mol-1k(催催)/k(無無)反應速反應速率常數(shù)率常數(shù)無催化劑無催化劑3353.41012(700k)使用使用Fe催化劑催化劑167 使用催化劑可使合成氨反應使用催化劑可使合成氨反應 的速率提高的速率提高上萬億倍上萬億倍?！緮?shù)據(jù)支持】高中化學化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨3、溫度怎么選擇？、溫度怎么選擇？3組展示、組展示、6組進行評價補充。組進行評價補充。高中化學化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨外部條件外部條件工業(yè)合成氨選擇的適宜條件工業(yè)合成氨選擇的適宜條件壓強壓強催化劑催化劑溫度溫度課本68頁第二自然段研討的結果？高中化學化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨【信息支持】一定溫度壓強下、氮氣、氫

7、一定溫度壓強下、氮氣、氫氣的投料比與平衡時氨氣含氣的投料比與平衡時氨氣含量的關系量的關系實驗實驗研究表明研究表明，在特定條件，在特定條件下，合成氨反應的速率與反下，合成氨反應的速率與反應的物質(zhì)的濃度的關系為應的物質(zhì)的濃度的關系為: =C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3) 【分析分析】（1）各物質(zhì)的濃度對反應速率有哪些影響各物質(zhì)的濃度對反應速率有哪些影響？（2）增大哪種反應物的濃度對反應速率影響更）增大哪種反應物的濃度對反應速率影響更大一些？氨為什么要及時分離？大一些？氨為什么要及時分離？（3）氮氣和氫氣投料比為什么是）氮氣和氫氣投料比為什么是 1:2.8 ? （4）氮氣氫氣為什么循環(huán)使用

8、？）氮氣氫氣為什么循環(huán)使用？閱讀課本第閱讀課本第67頁最后頁最后一自然段至一自然段至68頁頁高中化學化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨條件條件工業(yè)合成氨的適宜條件工業(yè)合成氨的適宜條件壓強壓強催化劑催化劑溫度溫度表四研討的結果 適宜溫度適宜溫度 700K左右左右使用鐵觸媒作催化劑使用鐵觸媒作催化劑氮氣和氫氣投料比氮氣和氫氣投料比1:2.8氨及時分離、氮氣氫氣循環(huán)利用氨及時分離、氮氣氫氣循環(huán)利用濃度濃度 高壓高壓 107-108Pa高中化學化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨加加壓壓抽離液氨抽離液氨分離液氨分離液氨除去氣體中的除去氣體中的油霧、水，防油霧、水，防止催化劑中毒止催化劑中毒高中化學化學反應條件的優(yōu)化

9、工業(yè)合成氨合成氨車間外貌合成氨車間外貌高中化學化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨高中化學化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨高中化學化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨高中化學化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨*一般要一般要使用催化劑使用催化劑： * *選擇選擇合適的溫度合適的溫度：* *選擇選擇合適的壓強合適的壓強： 【小結小結反思反思】 這樣可以大大加快化學反應這樣可以大大加快化學反應速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟效益；速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟效益； 既要考慮化學反應速率和化既要考慮化學反應速率和化學平衡，還要考慮動力、材料、設備等。學平衡，還要考慮動力、材料、設備等。該溫度是催化劑活性最大的溫度；該溫度是

10、催化劑活性最大的溫度；工業(yè)生產(chǎn)中化學反應條件優(yōu)化的原則：工業(yè)生產(chǎn)中化學反應條件優(yōu)化的原則：高中化學化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨合成氨反應是一個可逆反應合成氨反應是一個可逆反應: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)已知已知常溫常溫時時: H= -92.2KJmol-1 S = -198.2JK-1mol-1常溫常溫下合成氨反應的平衡常數(shù)下合成氨反應的平衡常數(shù)K為為.（molL-1)-2【信息支持】從反應條件的選擇的角度分析從反應條件的選擇的角度分析:你認為合成氨工業(yè)的發(fā)展方向是怎樣的？你認為合成氨工業(yè)的發(fā)展方向是怎樣的？溫度溫度催化劑催化劑哈伯哈伯900K鋨鋨現(xiàn)在現(xiàn)在700K鐵鐵高中化學化

11、學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨提出固氮酶活性中心的結構模型提出固氮酶活性中心的結構模型 盧嘉錫盧嘉錫高中化學化學反應條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨遷移應用遷移應用：已知2SO2(g)+O2(g) 2SO3 (g) H0 其實驗數(shù)據(jù)見表（1 1）從理論上分析，為了）從理論上分析，為了使二氧化硫盡可能轉化為三氧化使二氧化硫盡可能轉化為三氧化 硫硫，可控制的條件是可控制的條件是 （高、低？）溫，（高、低？）溫， （高、低？）壓（高、低？）壓（2）實際生產(chǎn)中，選定實際生產(chǎn)中，選定400400500500作為操作溫度其原因作為操作溫度其原因是是 。（3）實際生產(chǎn)中，采用的壓強為常壓，其原因是實際生產(chǎn)中，采用的壓強為常壓，其原因是 。 （4）在生產(chǎn)中，通入過量空氣的目是在生產(chǎn)中，通入過量空氣的目是 。（5）尾氣中有尾氣中有SOSO2 2必須回收是為了必須回收是為了 。不同壓強不同壓強SO2的轉化率（的轉化率（%）1.01 110105 5PaPa5.05 510105 5PaPa1.01 110106 6PaPa5.05 510106 6PaPa1.01 110107 7Pa