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

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四节,化学反应条件的优化,-,工业合成氨,化学反应的方向,化学反应的限度,化学反应的速率,合成氨反应能否自发进行,怎样能促使化学平衡向合成氨方向移动,怎样能提高合成氨反应速率,适宜的合成氨条件,工艺流程,化学工艺学,高压对设备材质、,加工制造的要求、温度,的催化剂活性的影响等,【,交流,研讨,】,课本,P65,一、合成氨反应的限度,合成氨反应,:,N,2,(g)+3H,2,(g)2NH,3,(g),已知,298,K,时,:H=-92.2KJ,mol,-1,S=-198.2J,K,-1,mol,-1,请根据正反应的焓变和熵变分析,298,K,下,合成氨反应能否自发进行？,自发,分析合成氨反应的特点：,可逆反应,正反应,气体的物质的量减小,正反应是,298K,时自发的放热反应,熵减小的反应,N,2,(g)+3H,2,(g)2NH,3,(g),H,-92.2kJ/mol,S=-198.2JK,-1,mol,-1,1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6,0.6,0.5,0.4,0.3,0.2,0.1,NH,3,%,n(N,2,:H,2),2,、增大压强,1,、降,低,温度,3,、氮气和氢气的体积比,1：3,请利用化学平衡移动的知识分析,:,什么条件有利于合成氨？,【,交流,研讨,】,1、,你,认为可以通过控制那些反应条件来提高合成氨反应的速率？,2、,实验,研究,表明,，,在特定条件下,，,合成氨反应的速率与各物质的浓度的关系为,:,=,C(N,2,)C,1.5,(H,2,)C,-1,(NH,3,),请根据关系式分析：各物质的,浓度,对,反,应速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？,课本,P66,二、合成氨反应的速率,T,C,P,催,增大反应物浓度，减小生成物浓度,3、请你根据下表所给的数据分析催化剂对合成氨反应速率的影响：,条件,E,a,/,KJ,mol,-1,k(催)/k(无),无催化剂,335,3.410,12,(,7,00k),使用Fe催化剂,167,使用催化剂可使合成氨反应的速率提高,上万亿,倍。,1.,升,高温,度,2.,增大,压,强,3.,增大,N,2,、,H,2,浓度,将氨及时从混合气,体,中分出去,4.,使用催化剂,请利用化学反应速率的知识分析,:,什么条件有利于合成氨？,三、合成氨的适宜条件,生成,物,氨的浓度,反应物的浓度,催化剂,温度,压强,速率分析,外界条件,高压,高温,使用,增大浓度,减小浓度,平衡分析,高压,低温,无影响,增大浓度,减小,浓度,1,、压强怎么选？,分析：,合成氨反应是气体的物质的量减小的反应，,增大,压强既可以,增大,反应速率，又能使,平衡正向,移动，所以理论上压强越大越好。,但是压强越大，对,设备,的要求高、压缩,H,2,和,N,2,所需要的,动力,越大，因此选择压强应符合实际科学技术。,综合以上两点,:,根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。实际生产中压强一般选择在,1,10,7,1,10,8,Pa,之间。,2,、,温度,怎么选择？,分析：,因为正反应是放热反应，所以,降低,温度有利于平衡,正向,移动。,但是温度越低，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。,催化剂,要在一定温度下,活性,才最大。,综合以上因素,:,实际生产中温度一般选择在,700K,左右,（主要考虑催化剂的活性）,。,3,、用不用催化剂？,实际生产中选用,铁,为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在,700K,时活性最高。,分析,:,经济效益,和,社会效益,要求化学反应速率要,快,原料的利用率要,高,，单位时间内的产量要,高,。,4,、,浓度,怎么定？,N,2,和,H,2,的比例怎么定？,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。氮气和氢气的物质的量比为,1,：,3,时，平衡,转化率最大,，但是,实验测得,适当提高,N,2,的浓度，即,N,2,和,H,2,的物质的量比为,1,：,2.8,时，更能促进氨的合成。,实际生产中的处理方法：,及时将气态氨冷却,液化分离,出去；及时将氮气和氢气,循环,利用，使其保持一定的浓度。,即,N,2,和,H,2,的物质的量比为,1,：,2.8,（阅读课本,67-68,页）,外部条件,工业合成氨的适宜条件,压强,温度,催化剂,浓度,研讨的结果,根据反应器使用的钢材质量及综合指标来选择压强（低、中、高）,适宜温度：,700K,左右,使用铁触媒作催化剂,N,2,和,H,2,的物质的量比为,1,：,2.8,的投料比,氨及时从混合气中分离出去,工业上利用某可逆反应生产产品时：,a,、一般要,使用催化剂,：这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益；,b,、选择,合适的温度,：该温度是催化剂活性最大的温度；,c,、选择,合适的压强,：既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。,【,小结,反思,】,1,、已知,2SO,2,(g)+O,2,(g),2SO,3,(g)H0,其实验数据见表,(,1)应选用的温度是_。,应采用的压强是_，理由是_,_,450,常压,因为常压下SO,2,的转化率已经很高，若采用较大压强，SO,2,的转化率提高很少，但需要的动力更大，对设备的要求更高。,1,、合成氨所需的,H,2,可由煤和水蒸气反应制得，其中一步反应为：,CO,(g),+H,2,O,（,g,）,CO,2(g),+H,2(g),（正反应放热），下列措施中，能提高,CO,转化率的是（）,A,、增大压强,B,、降低温度,C,、增大水蒸气浓度,D,、增大,CO,浓度,BC,练一练,2.,对于反应,:,2SO,2,(g)+O,2,(g),2SO,3,(g),下列判断正确的是,(),A.2,体积,SO,2,和足量,O,2,反应,必定生成,2,体积,SO,3,B.,其他条件不变,增大压强,平衡向右移动,C.,平衡时,SO,2,消耗速率必定等于,O,2,的生成速率的两倍,D.,平衡时,SO,2,浓度必定等于,O,2,浓度的两倍,.,BC,下课了，同学们再见！,