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)化課件5 魯科版選修4.ppt

第4節(jié)：化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨,第二章 ：化學(xué)反應(yīng)方向，限度與速率,激 情 鞏 固 ：,化學(xué)反應(yīng)速率的定義？ 影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素有哪些？ 什么是化學(xué)平衡？ 化學(xué)平衡的特點(diǎn)？ 什么是化學(xué)平衡的移動(dòng)？ 影響化學(xué)平衡的因素有哪些？,第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后,英國(guó)從海上完全封鎖了與之為敵的德國(guó),硝石不能從智利進(jìn)口了.農(nóng)田沒(méi)有肥料,就會(huì)缺糧食;缺乏硝酸就會(huì)缺少炸藥,德國(guó)就會(huì)投降.可是兩年過(guò)去了，1916年德國(guó)的農(nóng)田仍一片蔥綠,前線的炮火反而更加猛烈了.這是怎么回事?是誰(shuí)創(chuàng)造了這個(gè)奇跡呢? -以費(fèi)里茲哈伯為首的一批德國(guó)科學(xué)家,二十世紀(jì)初就研究固氮,利用空氣、水和煤為原料,生產(chǎn)氫和氮,再把氮?dú)夂蜌錃庵瞥闪税?他們?yōu)閷ふ液铣砂钡拇呋瘎┖瓦m宜條件,曾花費(fèi)了不知多少個(gè)春秋,終于獲得成功.,合成氨的發(fā)現(xiàn)史,弗里茨.哈伯：德國(guó)化學(xué)家，出生于一個(gè)猶太富商家中。1900年獲得博士學(xué)位。1908年7月首次合成氨氣，1909年7月建成每小時(shí)生產(chǎn)90克氨氣的實(shí)驗(yàn)裝置，1918年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。 哈伯首創(chuàng)了使用化學(xué)毒劑的化學(xué)戰(zhàn)，在第一次世界大戰(zhàn)中有130萬(wàn)人受到化學(xué)戰(zhàn)的傷害，其中9萬(wàn)人死亡。,請(qǐng)同學(xué)們寫出合成氨的化學(xué)反應(yīng)方程式,并說(shuō)明這個(gè)反應(yīng)有什么特點(diǎn)?,可逆反應(yīng),正反應(yīng)為放熱反應(yīng),正反應(yīng)為體積縮小方向,假如你是一位化工廠的 廠長(zhǎng),對(duì)暢銷產(chǎn)品的生產(chǎn) 效率、成本有何要求?,基本要求： a、反應(yīng)快、單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)量高 （速率） b、原料利用率高、成本低 （平衡）,1 . 從速率角度分析：,增大N2、H2濃度,高 壓,使 用,高 溫,減小NH3濃度,無(wú) 影 響,低 溫,高 壓,2. 從平衡角度分析,A.從反應(yīng)速率的角度看： 增大反應(yīng)物濃度、 壓強(qiáng)越大、 溫度越高， 使用催化劑；,均可使反應(yīng)加快、 提高單位日產(chǎn)量,B.從化學(xué)平衡的角度看： 減小生成物濃度 高壓、 低溫，,均可使平衡時(shí)NH3含 量高、N2、H2轉(zhuǎn)化率高,結(jié) 論,1. 壓強(qiáng)是否越大越好？ 2. 是否溫度越低越好？ 3.要不要使用催化劑呢？,討論,1、壓強(qiáng)怎么選？,分析：合成氨反應(yīng)是體積縮小的氣體反應(yīng)，增大壓強(qiáng)既可以增大反應(yīng)速率，又能提高平衡混合物中氨的含量，所以理論上壓強(qiáng)越大越好。 但是壓強(qiáng)越大，對(duì)設(shè)備的要求高、壓縮H2和N2所需要的動(dòng)力大，因此壓強(qiáng)也不宜過(guò)高。,綜合以上兩點(diǎn)，實(shí)際生產(chǎn)中壓強(qiáng)一般選擇在20MPa-50MPa之間。,2、溫度怎么選擇？,a.因?yàn)檎磻?yīng)方向是放熱的反應(yīng)，所以降低溫度有利于提高平衡混合物中氨的含量。,b.可是溫度越低，反應(yīng)速率越小，達(dá)到平衡所需要的時(shí)間越長(zhǎng)，因此溫度也不宜太低。,綜合以上因素，實(shí)際生產(chǎn)中溫度一般選擇在500左右。,3、用不用催化劑？,使用催化劑能否提高合成氨的轉(zhuǎn)化率？ 使用催化劑對(duì)反應(yīng)速率有何影響？,實(shí)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(shí)活性較高。,4、濃度怎么定？,增大反應(yīng)物的濃度可以增大反應(yīng)速率，減小生成物的濃度可以使平衡正向移動(dòng)。因此可以用保持一定的氮、氫濃度，減少氨氣的濃度的方法，提高合成氨的效率和產(chǎn)量。,實(shí)際生產(chǎn)中的處理方法：及時(shí)將氣態(tài)氨冷卻液化而分離出去；及時(shí)補(bǔ)充氮?dú)夂蜌錃猓蛊浔３忠欢ǖ臐舛取?結(jié)論：工業(yè)上合成氨的合適條件到底怎樣？還應(yīng)結(jié)合實(shí)際綜合考慮如下：,選擇合適的溫度：一般500左右，該溫度是為合成氨催化劑的活性溫度；,合成氨的適宜條件,選擇合適的壓強(qiáng)：一般20MPa50MPa，該壓強(qiáng)下進(jìn)行生產(chǎn)，對(duì)動(dòng)力、材料、設(shè)備等正合適；,使用催化劑：雖不影響平衡含量（轉(zhuǎn)化率），但可大大加快反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益.,及時(shí)分離出NH3，并不斷補(bǔ)充N2和H2：既增大了速率，又有利于提高轉(zhuǎn)化率；,1.合成氨分幾個(gè)階段進(jìn)行?,2. N2取自于什么物質(zhì)? 3.H2又來(lái)源于哪里?,合 成 氨 工 業(yè)：,原料氣的制取凈化壓縮合成分離,N2 H2,三、合成氨工業(yè)簡(jiǎn)介： 1、合成氨工業(yè)的流程,液氨,原料氣的制取,N2：液化空氣，蒸發(fā)分離出氮?dú)?H2：用水和燃料在高溫下制取。如：,三、合成氨工業(yè)簡(jiǎn)介： 1、合成氨工業(yè)的流程,四、合成氨工業(yè)的發(fā)展前景：,耐高壓的材料 新型催化劑的催化合成 化學(xué)模擬生物固氮,1. 合成氨反應(yīng)中，使用催化劑的最主要的理由是（ ）。 （A）使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng) （B）沒(méi)有催化劑該反應(yīng)不能發(fā)生 （C）使化學(xué)反應(yīng)速率增大 （D）遏止逆反應(yīng)的發(fā)生,C,鞏固練習(xí)：,2合成氨時(shí)采用500左右的溫度進(jìn)行，主要是因?yàn)樵谠摐囟? ) A合成氨的化學(xué)反應(yīng)速率,BN2的轉(zhuǎn)化率最高 C催化劑的活性最大 DNH3在平衡混合氣體中的 體積分?jǐn)?shù)最大,C,3. 能使合成氨反應(yīng)進(jìn)行程度增大 的方法( ) A升高溫度 B降低壓強(qiáng) C使用催化劑 D及時(shí)分離出NH3,D,4合成氨時(shí)，既要使N2、H2的轉(zhuǎn)化率增大，又使反應(yīng)速率增快，可采取的辦法是 ( ） A不斷充入N2 H2 B升高溫度 C增大壓強(qiáng) D分離出 NH3,C,再見(jiàn)!,