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1、第第2 2章章 第四节第四节 化学反应条件的优化化学反应条件的优化工业合成氨工业合成氨亳州市涡阳县第二中学亳州市涡阳县第二中学 张珍张珍 鲁科版选修鲁科版选修化学反应原理化学反应原理 1919世纪以前，有远见的化学家世纪以前，有远见的化学家曾指出：考虑到将来的粮食问题，曾指出：考虑到将来的粮食问题，为使子孙后代免于饥饿，必须寄为使子孙后代免于饥饿，必须寄希望于科学家能实现大气固氮希望于科学家能实现大气固氮将空气中丰富的氮固定下来并将空气中丰富的氮固定下来并转化为可被利用的形式。德国化转化为可被利用的形式。德国化学家哈伯在学家哈伯在19131913年实现了合成氨年实现了合成氨的工业生产，因此人们
2、赞扬哈伯的工业生产，因此人们赞扬哈伯是是“用空气制造面包的圣人用空气制造面包的圣人”。弗里茨弗里茨哈伯哈伯学习目标学习目标【知识与技能知识与技能】 应用化学平衡原理和化学反应速率分析合成氨的应用化学平衡原理和化学反应速率分析合成氨的适宜条件；适宜条件；【过程与方法过程与方法】 运用化学反应原理和化工生产条件选择的的思路运用化学反应原理和化工生产条件选择的的思路和方法分析问题和方法分析问题 ，解决问题；，解决问题； 体验实际生产条件的选择与理论分析的差异；体验实际生产条件的选择与理论分析的差异； 【情感态度与价值观情感态度与价值观】 认识化学平衡的原理和化学反应速率在工业生产认识化学平衡的原理和
3、化学反应速率在工业生产中的重要作用，提升对化学反应的价值的认识，从而中的重要作用，提升对化学反应的价值的认识，从而赞赏化学科学对个人生活和社会发展的贡献。赞赏化学科学对个人生活和社会发展的贡献。化学平衡化学平衡化学反应速率化学反应速率气体压强气体压强温度温度催化剂催化剂浓度浓度回顾：回顾：影响化学平衡和化学反应速影响化学平衡和化学反应速 率的重要因素有哪些率的重要因素有哪些? ?升高温度升高温度升高温度升高温度, , 反应速反应速反应速反应速率加快率加快率加快率加快增大压强增大压强增大压强增大压强, , 反应速反应速反应速反应速率加快率加快率加快率加快催化剂加快反应速率催化剂加快反应速率催化剂
4、加快反应速率催化剂加快反应速率增大反应物浓度，增大反应物浓度，增大反应物浓度，增大反应物浓度，反应速率加快反应速率加快反应速率加快反应速率加快升高温度升高温度升高温度升高温度, ,平衡向吸平衡向吸平衡向吸平衡向吸热方向移动热方向移动热方向移动热方向移动增大压强增大压强增大压强增大压强, ,平衡向气态物平衡向气态物平衡向气态物平衡向气态物质系数减小的方向移动质系数减小的方向移动质系数减小的方向移动质系数减小的方向移动催化剂对平衡无影响催化剂对平衡无影响催化剂对平衡无影响催化剂对平衡无影响增大反应物浓度增大反应物浓度增大反应物浓度增大反应物浓度, ,平平平平衡正向移动衡正向移动衡正向移动衡正向移动
5、假如你是一个工厂的厂长，对工业生产你主要应假如你是一个工厂的厂长，对工业生产你主要应考虑那些问题？考虑那些问题？【交流交流研讨研讨】合成氨反应是一个可逆反应合成氨反应是一个可逆反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已知已知298K时时:H=-92.2KJmol-1S=-198.2JK-1mol-11、请根据正反应的焓变和熵变分析、请根据正反应的焓变和熵变分析298K成氨反应成氨反应能否自发进行？能否自发进行？2、请利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利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于氨的合成（一）合成氨反应的限度 降低降低降低降低温度，温度，温度，温度， 增大增大增大
6、增大压强压强压强压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动有利于化学平衡向生成氨的方向移动有利于化学平衡向生成氨的方向移动有利于化学平衡向生成氨的方向移动在温度压强一定时，在温度压强一定时，N N N N2 2 2 2、H H H H2 2 2 2体积比为体积比为体积比为体积比为 1 1 1 1：3 3 3 3 时平衡混合物中氨的含量最高时平衡混合物中氨的含量最高。【交流交流研讨研讨】1、你认为可以通过控制那些反应条件来提、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？高合成氨反应的速率？2、实验实验研究研究表明表明，在特定条件下，合成氨反应，在特定条件下，合成氨反应的速率与反应的物质的浓度
7、的关系为的速率与反应的物质的浓度的关系为: =C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)请你根据关系式分析：各物质的请你根据关系式分析：各物质的浓度浓度对对反反应速应速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？速率？（二）合成氨反应的速率（二）合成氨反应的速率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条件E（KJ/mol）k(催催)/k(无无)无催化剂无催化剂3353.41012(700k)使用使用Fe催化剂催化剂1673 3、催化剂是对合成氨反应速率的影响程度如何催化剂是对合成氨反应速率的影响程度如何催化剂是对合成氨反应速率的影响
8、程度如何催化剂是对合成氨反应速率的影响程度如何？（三）（三）合成氨的适宜条件的选择合成氨的适宜条件的选择生成生成物物的浓度的浓度反应物的浓度反应物的浓度催化剂催化剂温度温度压强压强速率分析速率分析使使NH3生产得生产得快快外界条件外界条件高压高压高温高温使用使用平衡分析平衡分析使使NH3生产得生产得多多高压高压低温低温无影响无影响增大反应物浓度增大反应物浓度减小生成物浓度减小生成物浓度N N N N2 2 2 2、H H H H2 2 2 2体积比为体积比为体积比为体积比为 1 1 1 1：3 3 3 3 外部条件外部条件工业合成氨的适宜条件工业合成氨的适宜条件压强压强温度温度催化剂催化剂浓度
9、浓度研讨的结果研讨的结果 适宜温度适宜温度 700K左右（催化剂活性最大）左右（催化剂活性最大）铁铁N2和和H2的物质的量比为的物质的量比为1：2.8的投料的投料,氨氨及时从混合气中分离出去，及时从混合气中分离出去，未转化的未转化的N N2 2和和H H2 2进行循环利用进行循环利用根据反应器可使用的钢材质量及综根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强，大致分为：低合指标来选择压强，大致分为：低压、中压、高压压、中压、高压为了提高合成氨的生产能力，还可以在那些方为了提高合成氨的生产能力，还可以在那些方面做进一步改进？面做进一步改进？仿生固氮酶催化剂仿生固氮酶催化剂抗毒能力的新型催化剂抗毒
10、能力的新型催化剂工业上利用某可逆反应生产产品工业上利用某可逆反应生产产品： 一般要一般要使用催化剂使用催化剂：这样可以大大加快化学反：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；应速率，提高生产效率，也提高了经济效益； 选择选择合适的温度合适的温度：该温度是：该温度是催化剂活性最大催化剂活性最大的的温度；温度； 选择选择合适的压强合适的压强：既要考虑化学反应速率和化：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。学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。【小结小结反思反思】1 1工业合成氨的反应是在工业合成氨的反应是在700k700k左右进行，主左右进行，主要原因是（
11、要原因是（ ） A.700K A.700K时反应速率最快时反应速率最快 B.700K B.700K时时 NHNH3 3的平衡浓度最大的平衡浓度最大 C.700K C.700K时时N N2 2的转化率最高的转化率最高 D.700K D.700K时催化剂活性最好时催化剂活性最好D【巩固提升巩固提升】2、在合成氨时，可以提高、在合成氨时，可以提高H2转化率的措施是转化率的措施是（）(A)延长反应时间延长反应时间(B)充入过量充入过量H2(C)充入过量充入过量N2(D)升高温度升高温度C【巩固提升巩固提升】3.下列反应达到平衡时，哪种条件下生成物下列反应达到平衡时，哪种条件下生成物的含量最高：的含量最
12、高：X2(g)+2Y2(g)X2Y4(g)（正反应为放热反应）（正反应为放热反应）()A.高温高温高压高压B.低温低温低压低压C.高温高温低压低压D.高压高压低温低温D【巩固提升巩固提升】 4.已知已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H0（催化剂：（催化剂：V2O5在在400500催化效果最好）催化效果最好）(1) 应选用的温度是应选用的温度是_。(2)应采用的压强是应采用的压强是_，理由是，理由是_450常压常压因为常压下因为常压下SO2的转化率已经很高，若采用较大压强，的转化率已经很高，若采用较大压强，SO2的转化率的转化率提高很少，但会增大设备成本。提高很少，但会增大设备成本。【
13、试一试试一试】4.已知已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H0（4）尾气中有）尾气中有SO2必须回收是为了必须回收是为了 增大氧气浓度，提高增大氧气浓度，提高SO2的利用率的利用率防止防止SO2污染空气污染空气(3)在生产中，通入过量空气的目是在生产中，通入过量空气的目是 【试一试试一试】5.对于反应对于反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)下列判断正确的是下列判断正确的是()A.2体积体积SO2和足量和足量O2反应反应,必定生成必定生成2体积体积SO3B.其他条件不变其他条件不变,增大压强增大压强,平衡向右移动平衡向右移动C.平衡时平衡时,SO2消耗速率必定等于消耗速率必定等于O2的生成速率的生成速率的两倍的两倍D.平衡时平衡时,SO2浓度必定等于浓度必定等于O2浓度的两倍浓度的两倍.BC【巩固提升巩固提升】总结总结1、学科班长总结本节课的收获，评选出优秀小组、学科班长总结本节课的收获，评选出优秀小组和个人。和个人。2、作业、作业布置：完成布置：完成本节课的巩固学案（明早上交）。本节课的巩固学案（明早上交）。
