高二化学选修4化学反应条件的优化——工业合成氨.ppt

* * * * * 第4节 化学反应条件的优化 ---工业合成氨 教学目标： 1、应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件 2、了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法 3、体验实际生产条件的选择与理论分析的差异 弗里茨·哈伯与合成氨 合成氨从第一次实验室研制到工业化投产经历了约150年的时间。德国科学家哈伯在10年的时间内进行了无数次的探索，单是寻找高效稳定的催化剂，2年间他们就进行了多达6500次试验，测试了2500种不同的配方，最后选定了一种合适的催化剂--铁，使合成氨的设想在1913年成为工业现实。鉴于合成氨工业的实现，瑞典皇家科学院于1918年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖。 【问题组1】 298K时 ， N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ⊿H=－92.2KJ·mol-1 ⊿S=-198 J·K-1·mol-1 ①通过计算说明该反应在常温下能否自发进行？ ②该反应的主要特点是什么？ ③什么条件有利于化学平衡向生成氨的方向移动 ④进一步研究发现，在一定的温度、压强下，反应物氮气、氢气的体积比为 时，平衡混合物中氨的含量最高。 一、合成氨反应的限度 正反应放热、气体的物质的量减小的、熵减小的可逆反应 1：3 【归纳】 1、依据平衡移动的原理可知，合成氨反应要在 压和 温的条件下进行时，才能得到较高的产率。但是，高压条件对 提出了苛刻的要求．而反应温度的 势必延长达到化学平衡的时间，致使生产效率 ，失去工业化生产的意义。 高 低 降低 降低 设备 二、合成氨反应的速率 【问题组2 】 ①由反应速率与参实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与反应的物质的浓度的关系为: ν =κC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)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？ ②温度对化学反应速率有什么影响？ 可以采取哪些措施来提高反应速率？ 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 167 使用Fe催化剂 3.4×1012(700k) 335 无催化剂 k(催)/k(无) △ E /KJ/mol 条件 【归纳】 1、合成氨速率分析 有利于提高 化学反应速率 ①增大N2和H2浓度 ④加入催化剂 ②减小NH3浓度 ③升高温度 三、合成氨的适宜条件的选择 氨气浓度增加降低反应速率 反应可逆 原料气浓度增加提高速率 分子数减小 低温时反应速率低 放热 措施 反应特点 措施 反应特点 提高化学反应速率 提高反应的平衡转化率 低温有利，热量回收，综合利用 高压有利，反应器材质强度要求高 未参与反应的原料气应循环使用 升高温度 增加原料气浓度 加催化剂 及时将氨气移走 【问题组3】 活化能高 【归纳】 1、选择合成氨的条件时，既不能片面地追求高转化率，也不能只追求高反应速率，而应该寻找以较高的 获得适当 的反应条件。此外，还应该考虑原料的 、未转化合成气(氮气和氢气)的 使用、 的综合利用等问题。 反应速率 平衡转化率 价格 循环 反应热 【归纳】 2、合成氨的适宜条件 ① 作催化剂 ②温度在 K左右 ③ 根据反应器的钢材质量即综合指标选择压强，可分为低压 ( Pa)、中压( Pa)和高压( Pa)三种类型 ④ 通常采用氮气与氢气的分压为 的投料比 Fe 700 1x107 2x107 -3x107 8.5x107 -1x108 1：2.8 3、为了提高合成氨生产的能力，还可以在哪些方面作进一步改进？ 仿生固氮酶催化剂 *