2018年高中化學(xué) 第2章 化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率 2.4 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨課件4 魯科版選修4.ppt

第2章 第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化 工業(yè)合成氨,1785年，確定了氨的組成：氮、氫,研究N2 和 H2直接合成NH3,1913年實現(xiàn)了合成氨的工業(yè)化生產(chǎn),德國科學(xué)家哈伯在10年的時間內(nèi)進(jìn)行了無數(shù)次的探索，單是尋找高效穩(wěn)定的催化劑，2年間他們就進(jìn)行了多達(dá)6500次試驗，測試了2500種不同的配方，最后選定了一種合適的催化劑-鐵，使合成氨的設(shè)想在1913年成為工業(yè)現(xiàn)實。鑒于合成氨工業(yè)的實現(xiàn)，瑞典皇家科學(xué)院于1918年向哈伯頒發(fā)了諾貝爾化學(xué)獎。,N2(g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) 298K時： H= -92.2 kJmol-1 S= - 198.2JK-1mol-1 請根據(jù)正反應(yīng)的焓變和熵變分析298K下合成氨反 應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？ H-TS = -33.14 kJmol-1<0 自發(fā),交流研討1,1、從反應(yīng)的可逆性、熱效應(yīng)、氣體物質(zhì)系數(shù)變化的角度分析合成氨的反應(yīng)特點？,N2+3H2 2NH3,交流研討2,2、請利用化學(xué)平衡移動的知識分析采取什么措施有利于氨的生成？,降低溫度、增大壓強(qiáng)、增大反應(yīng)物濃度、降低生成物濃度,達(dá)到平衡時平衡混合物中NH3的含量 （體積分?jǐn)?shù)） V(N2):V(H2)=1:3 ,溫度降低，氨的含量增大,無影響,高壓,低溫,為1:3時，NH3的含量最高,及時轉(zhuǎn)移走NH3,小結(jié),1、你認(rèn)為可以通過控制那些反應(yīng)條件來提高合成氨反應(yīng)的速率？,升高溫度 增大壓強(qiáng) 增大反應(yīng)物濃度 使用催化劑,交流研討2,2、實驗研究表明，在特定條件下，合成氨反應(yīng)的速率與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系為:, =C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3),請你根據(jù)關(guān)系式分析：各物質(zhì)的濃度對反應(yīng)速率有哪些影響？可以采取哪些措施來提高反應(yīng)速率？,交流研討2,催化劑對合成氨反應(yīng)速率的影響,使用催化劑可使合成氨反應(yīng)的速率提高上萬億倍。,增大N2、H2的濃度,且提高氫氣比例,研究表明，在特定條件下，合成氨反應(yīng)的速率 與參與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系式為： v = kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3),及時轉(zhuǎn)移走NH3,高溫,高壓,催化劑,【小結(jié)】,合成氨的適宜條件,根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來選擇壓強(qiáng),適宜溫度，700 K左右,使用鐵觸媒作催化劑,N2和H2的物質(zhì)的量比為12.8的投料比，氨及時從混合氣中分離出去,鐵觸媒催化能力,小結(jié)：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(yīng)影響的一致性， 又要注意外界條件對反應(yīng)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。,思考：假如你是一個化工廠的技術(shù)廠長，你如何優(yōu)化生產(chǎn)條件，從而提高經(jīng)濟(jì)效益提高？,“一戰(zhàn)”期間在哈伯的指導(dǎo)下，德國合成了1000噸液氨，并且用它制造出3500噸烈性炸藥TNT,謝謝,