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,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,*,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4,激 情 巩 固：,化学反应速率的定义？,影响化学反应速率的因素有哪些？,什么是化学平衡？,化学平衡的特点？,什么是化学平衡的移动？,影响化学平衡的因素有哪些？,第一次世界大战爆发后,英国从海上完全封锁了与之为敌的德国,硝石不能从智利进口了,.,农田没有肥料,就会缺粮食,;,缺乏硝酸就会缺少炸药,德国就会投降,.,可是两年过去了，,1916,年德国的农田仍一片葱绿,前线的炮火反而更加猛烈了,.,这是怎么回事,?,是谁创造了这个奇迹呢,?-,以费里兹,哈伯为首的一批德国科学家,二十世纪初就研究固氮,利用空气、水和煤为原料,生产氢和氮,再把氮气和氢气制成了氨,.,他们为寻找合成氨的催化剂和适宜条件,曾花费了不知多少个春秋,终于获得成功,.,合成氨的发现史,弗里茨,.,哈伯：德国化学家，出生于一个犹太富商家中。,1900,年获得博士学位。,1908,年,7,月首次合成氨气，,1909,年,7,月建成每小时生产,90,克氨气的实验装置，,1918,年获得诺贝尔化学奖。,哈伯首创了使用化学毒剂的化学战，在第一次世界大战中有,130,万人受到化学战的伤害，其中,9,万人死亡。,请同学们写出合成氨的化学反应方程式,并说明这个反应有什么特点,?,N,2,+3H,2,2NH,3 H0,可逆反应,正反应为放热反应,正反应为体积缩小方向,假如你是一位化工厂的,厂长,对畅销产品的生产,效率、成本有何要求,?,基本要求：,a,、反应快、单位时间内产量高 （速率）,b,、原料利用率高、成本低 （平衡）,1.,从速率角度分析：,合成氨反应,N,2,+3H,2,2NH,3,（正反应放热）,分析角度,反应条件,化学反应速率,化学平衡,浓 度,压 强,温 度,催化剂,增大,N,2,、,H,2,浓度,高 压,使 用,高 温,2,，请分析下表，结合,化学平衡,的知识，从有利于氨生成、分析合成氨的合适条件。,N,2,+3H,2,2,NH,3,（,正反应放热,）,压强,氨含量,氨含量,温度,合成氨反应,N,2,+3H,2,2NH,3,（正反应放热）,分析角度,反应条件,化学反应速率,化学平衡,浓 度,增大,N,2,、,H,2,浓度,压 强,高压,温 度,高温,催化剂,使用,减小,NH,3,浓度,无 影 响,低 温,高 压,2.,从平衡角度分析,A.,从反应速率的角度看：,增大反应物浓度、,压强越大、,温度越高，,使用催化剂；,均可使反应加快、,提高单位日产量,B.,从化学平衡的角度看：,减小生成物浓度,高压、,低温，,均可使平衡时,NH,3,含,量高、,N,2,、,H,2,转化率高,结 论,1.,压强是否越大越好？,2.,是否温度越低越好？,3,.,要不要,使用催化剂呢？,讨论,N,2,+3H,2,2NH,3,(,放热反应,),1,、压强怎么选？,分析,：,合成氨反应是体积缩小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能提高平衡混合物中氨的含量，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,所需要的动力大，因此压强也不宜过高。,综合以上两点，实际生产中压强一般选择在,20MPa-50MPa,之间。,2,、温度怎么选择？,a.,因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量。,b.,可是温度越低，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。,综合以上因素，实际生产中温度一般选择在,500,左右。,3,、用不用催化剂？,使用催化剂能否提高合成氨的转化率？,使用催化剂对反应速率有何影响？,实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在,500,时活性较高。,4,、浓度怎么定？,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。因此可以用保持一定的氮、氢浓度，减少氨气的浓度的方法，提高合成氨的效率和产量。,实际生产中的处理方法：,及时将气态氨冷却液化而分离出去；及时补充氮气和氢气，,使其保持一定的浓度。,结论：工业上合成氨的合适条件到底怎样？还应结合实际综合考虑如下：,选择合适的温度：,一般,500,左右，该温度是为合成氨催化剂的活性温度；,合成氨的适宜条件,选择合适的压强：,一般,20MPa50MPa,，该压强下进行生产，对动力、材料、设备等正合适；,使用催化剂：,虽不影响平衡含量（转化率），但可大大加快反应速率，提高生产效率和经济效益,.,及时分离出,NH,3,，并不断补充,N,2,和,H,2,：,既增大了速率，又有利于提高转化率；,1.,合成氨分几个阶段进行,?,2.N,2,取自于什么物质,?,3.H,2,又来源于哪里,?,合 成 氨 工 业：,原料气的制取,净化,压缩,合成,分离,N,2,H,2,三、合成氨工业简介：,1,、合成氨工业的流程,液氨,原料气的制取,N,2,：液化空气，蒸发分离出氮气,H,2,：用水和燃料在高温下制取。如：,C+H,2,O,（,g,）,CO+H,2,CO+H,2,O,（,g,）,CO,2,+H,2,三、合成氨工业简介：,1,、合成氨工业的流程,原料气的制取,净化,压缩,合成,分离,N,2,H,2,液氨,四、合成氨工业的发展前景：,耐高压的材料,新型催化剂的催化合成,化学模拟生物固氮,1.,合成氨反应中，使用催化剂的最主要的理由是（）。,（,A,）使平衡向正反应方向移动,（,B,）没有催化剂该反应不能发生,（,C,）使化学反应速率增大 （,D,）遏止逆反应的发生,C,巩固练习：,2,合成氨时采用,500,左右的温度进行，主要是因为在该温度,(),A,合成氨的化学反应速率,B,N,2,的转化率最高,C,催化剂的活性最大,D,NH,3,在平衡混合气体中的,体积分数最大,C,3.,能使合成氨反应进行程度增大 的方法,(),A,升高温度,B,降低压强,C,使用催化剂,D,及时分离出,NH,3,D,4,合成氨时，既要使,N,2,、,H,2,的转化率增大，又使反应速率增快，可采取的办法是,(,）,A,不断充入,N,2,H,2,B,升高温度,C,增大压强,D,分离出,NH3,C,再见,!,