魯科版選修4 2.4化學反應條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨 課件（39張）.ppt

第2章第四節(jié) 化學反應條件的優(yōu)化 工業(yè)合成氨 高中化學選修 化學反應原理 回顧一段歷史 勒夏特列 能斯特 氨 nh3 理論計算 高壓條件下 勒夏特列 德國物理學家 化學家能斯特 理論計算 合成氨是不能進行的 熱力學數(shù)據(jù) 快找哈伯來 我要成為百萬富翁啦 啦 1908年7月 哈伯在實驗室用n2和h2在600 200個大氣壓下合成出氨 產(chǎn)率僅有2 德國化學家弗里茨 哈伯 1911年到1913年 合成了1000噸液氨 并且用它制造出3500噸烈性炸藥tnt 討論1 假如你是一個工廠的廠長 對工業(yè)生產(chǎn)你主要應考慮哪些問題 經(jīng)濟效益和社會效益 增大化學反應速率 單位時間內(nèi)產(chǎn)率高 增大化學反應限度 原料的利用率高 另外還要考慮生產(chǎn)中的消耗能源 原料來源 設備條件 環(huán)境保護等因素 提高綜合經(jīng)濟效益 原理探討 實際論證 單位時間里提高合成氨的產(chǎn)量 從化學反應的速率考慮 提高平衡混合物中氨的含量 從化學平衡的移動考慮 從生產(chǎn)成本 動力 材料 設備等對上述理論探討進一步論證 以得出合理的結(jié)論 一 合成氨反應的限度 1 請根據(jù)正反應的焓變和熵變 分析 k下合成氨反應能否自發(fā)進行 資料 交流研討 請利用化學平衡移動的知識分析什么條件有利于氨的合成 討論2 請同學們寫出合成氨的化學反應方程式 并討論說明這個反應方程式有什么特點 n2 3h22nh3 正反應放熱 特點 a 可逆反應b 正反應放熱c 正反應是氣體體積減小的反應 達到平衡時平衡混合物中nh3的含量 體積分數(shù) v n2 v h2 1 3 資料 二 合成氨反應的速率 1 結(jié)合影響反應速率的因素 思考什么條件能使氨生成得快 升高溫度增大壓強增大反應物濃度使用催化劑 資料 交流研討 討論 請同學們根據(jù)合成氨的特點 從化學反應速率和化學平衡兩個角度來綜合分析 合成氨應采取什么反應條件 高壓 高壓 高溫 低溫 使用 不影響 高壓 高壓 高溫 低溫 使用 不影響 一致 矛盾 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 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)中是否溫度越低越好 思考 在合成氨工業(yè)中要使用催化劑 既然催化劑對化學平衡的移動沒有影響 為什么還要使用呢 交流 研討 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)中是否溫度越低越好 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 要不要催化劑 壓強怎么選 分析 合成氨反應是體積縮小的氣體反應 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 綜合以上兩點 實際生產(chǎn)中壓強一般選擇在200 500大氣壓之間 思考 問題 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 主要考慮催化劑的活性 思考 問題 鐵觸媒催化能力 用不用催化劑 思考 問題 催化劑對合成氨反應速率的影響 使用催化劑可使合成氨反應的速率提高上萬億倍 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500 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 思考 問題 思考 問題 即使在500 和30mpa時 合成氨平衡混合物中nh3的體積分數(shù)也只有26 4 轉(zhuǎn)化率仍不夠大 還可采取什么辦法 實驗表明 在特定條件下 合成氨反應的速率與反應的物質(zhì)的濃度的關系為 c n2 c1 5 h2 c 1 nh3 n2 3h22nh3 正反應放熱 分析 保持一定的n2 h2濃度 減少氨氣的濃度 可以提高合成氨的效率和產(chǎn)量 實際生產(chǎn)中的處理方法 及時將氣態(tài)氨冷卻液化而分離出去 及時補充氮氣和氫氣 使其保持一定的濃度 思考 問題 即使在500 和30mpa時 合成氨平衡混合物中nh3的體積分數(shù)也只有26 4 轉(zhuǎn)化率仍不夠大 還可采取什么辦法 還可以在哪些方面做進一步的改進 增大反應物的濃度可以增大反應速率也可以減小生成物的濃度使平衡正向移動 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的分壓比為1 2 8時 更能促進氨的合成 既不能片面地追求高轉(zhuǎn)化率 也不能只追求高反應速率 而應該 研討的結(jié)果 高壓200 500大氣壓 適宜溫度700k左右 使用鐵觸媒作催化劑 液化氨并及時分離 補氮氫原料氣循環(huán) n n2 n h2 1 2 8 合成氨廠的實地照片 合成氨工業(yè)流程 原料氣的制取 凈化 壓縮 合成 分離 液氨 小結(jié) 1 合成氨的工業(yè)條件的選擇 反應速率和化學平衡共同作用的結(jié)2 選擇合成氨的條件時 既不能片面地追求高轉(zhuǎn)化率 也不能只追求高反應速率 而應該 合成氨選擇適宜生產(chǎn)條件的原則 1 既要注意外界條件對反應影響的一致性 又要注意外界條件對反應影響的矛盾性 2 既要注意溫度 催化劑對速率影響的一致性 又要注意催化劑的活性對溫度的限制 3 既要注意注意理論上的需要 又要注意實際操作的可能性 小結(jié) 工業(yè)上利用某可逆反應生產(chǎn)產(chǎn)品 一般要使用催化劑 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 選擇合適的溫度 該溫度是催化劑活性最大的溫度 選擇合適的壓強 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 小結(jié) 反思 課堂 反思 1 知識收獲 2 方法收獲 3 我的疑惑 c 2 下列事實中不能用勒夏特列原理來解釋的是 a 工業(yè)制硫酸的過程中通入足量的空氣 可以提高so2的產(chǎn)率 b 加入催化劑有利于合成氨反應 c 高壓有利于合成氨反應 d 500 左右比室溫更有利于合成氨反應 bd 3 密閉容器中的可逆反應 co no2co2 no 正反應為放熱反應 達到平衡后 只改變下列的一個條件 填寫有關的空白 增大容器的體積