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,*,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,自从,1809年,在南美州的,智利,发现了,硝酸钠,矿床,之后，,智利硝石,很快就成为当时世界上无机矿物含,氮肥,料的主要来源，据估计，在,1850-,1900年,间，全世界,无机氮,肥有70%来自,智利硝石,，但,矿产资源,是有限的，这就迫使人们去思考：如何使大气中,游离态,氮，用人工的方法转变成可为植物吸收的,化合态,氮，即,人工固氮,，一直是,化学家,探索的有关,国计民生,的重大课题，特别是如何利用空气中氮和水中的氢直接,合成氨,一直,十九世纪,化学家,研究的焦点之一。但由于长期未获成功，以至有人得出“由氮和氢直接,合成氨,是不可能的”的错误结论。直到,1909年,，德国化学,哈伯,取得了突破性进展，成功地建立了每小时能产生80克氨的装置，从而使人们看到了解决这一问题的曙光，开创了,合成氨,的历史，,哈伯,也因此获得了,1918年,的,诺贝尔化学奖,。,工业合成氨的巨大成功，改变了世界粮食生产的历史，解决了世界因人口增长而需要的粮食，以合成氨为基础原料的化肥工业，对粮食增产的贡献率占,50%,左右。,【,交流,研讨1,】,合成氨反应是一个可逆反应:N,2,(g)+3H,2,(g)2NH,3,(g),已知298,K时:H=-92.2KJmol,-1,S=-198.2Jmol,-1.,K,-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？,298,K下合成氨反应的平衡常数K为.,（molL,-1,),-2,书P65,合成氨反应的特点：,可逆反应,正反应,气态物质系数减小,正反应是放热反应,熵减小的反应,N,2,(g)+3H,2,(g)2NH,3,(g),H,-,92.2kJ/mol,(1体积)(3体积)(2体积),S=-198.2JK-1mol-1,合成氨工业生产时主要考虑的生产条件？,（1）,要使氨生成得更多（即提高平衡混合物里氨的含量）,化学平衡问,题,（2）,要使氨生成得更快（即提高单位时间里氨的产量）,化学反应速率问题,【,交流,研讨2,】,请利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成,书P65,一、合成氨反应的限度,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,2,:H,2,_温度、_,压强,有利于化学平衡向生成氨的方向移动,，N,2,、H,2,体积,比为_时平衡混合物中氨的含量最高。,增大,降,低,1：3,研讨结果,【,交流,研讨3,】,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，合成氨反应速率与反应的物质的浓度的关系为,:,=C(N,2,)C,1.5,(H,2,)C,-1,(NH,3,),请你根据关系式分析：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？,二、合成氨反应的速率,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：,催化剂对合成氨反应速率的影响,条件,E/KJ/mol,k(催)/k(无),无催化剂,335,3.410,12,(700k,),使用Fe催化剂,167,1.升,高温,度,2.增大压,强,3.使用催化剂,使用催化剂可使合成氨反应的速率提高,上万亿,倍。,4.,增大N,2,和,H,2,浓度,将氨及时从混合气中分离出去,研讨结果,研讨的内容,研讨的问题,1,、既然增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中,压强是否越大越好？,压强怎么定？,2,、既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中,温度,是否越低越好？,3,、,催化剂对化学平衡的移动没有影响,，,在合成氨工业中,要,不要,使用催化剂,，,为什么？,温度怎么选择？,要不要用催化剂？,【交流研讨4】,1、压强怎么选？,分析：,合成氨反应是气态物质系数减小的气体反应，,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,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,200500大气压,之间。,2、,温度怎么选择？,分析：,因为正反应方向是放热的反应，所以,降低,温度有利于平衡,正向,移动,。,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,。,催化剂,要在一定温度下催化,活性,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,要求化学反应速度要快，,原料的,利用率要高,，单位时间的,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。从化学平衡的角度分析，在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,（阅读书本67页）,研讨的内容,研讨的问题,研讨结果,1,、既然增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好,压强怎么定？,2,、既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好,温度怎么选择？,3、催化剂对化学平衡的移动没有影响，,在合成氨工业中要不要,使用催化剂,，为什么？,要不要用催化剂？,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,200500大气压,之间,综合因素,:,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）,。,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,。,外部条件,工业合成氨的适宜条件,压强,温度,催化剂,浓度,根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强,200500个大气压,适宜温度,700K右左,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,研讨总结,合 成 氨 流 程 简 图,合 成 塔,氨 分 离 器,液氨,水 冷 器,循环气体,压缩机,循环压缩机,氢氮混合气,我国合成氨工业的发展情况：,解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂；,1949年全国氮肥产量仅0.6万吨；,2000年达到3363.7万吨，成为世界上产量最高的国家之一。拥有多种原料、不同流程的大,、,中,、,小合成氨厂1000多家.,通过本节课的学习,您有什么收获？,【,总结,】,