人教版高中化学 2.4化学反应条件的优化—工业合成氨课件 鲁科选修4.ppt

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1、 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2021/8/9 星期一1【交流交流研讨研讨】课本课本P65 P65 一、合成氨反应的限度一、合成氨反应的限度合成氨反应合成氨反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已知已知298298K K时时:H=-92.2KJmol:H=-92.2KJmol-1-1 S=-198.2JKS=-198.2JK-1-1molmol-1-1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298298K K下下合成氨反应能否自发进行？合成氨反应能否自发进行？自发2021/8/9 星期一2分析合成氨反应的特点：分析合成氨反应的

2、特点：可逆反应可逆反应正反应正反应气体的物质的量减小气体的物质的量减小正反应是正反应是298K时自发的放热反应时自发的放热反应熵减小的反应熵减小的反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H-92.2kJ/mol S=-198.2JKS=-198.2JK-1-1molmol-1-12021/8/9 星期一32021/8/9 星期一41:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 0.60.50.40.30.20.1NH3%n(N2:H2)2021/8/9 星期一5 2、增大压强、增大压强 1、降、降低温度低温度3、氮气和氢气的体积比、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请利用

3、化学平衡移动的知识分析:什么条件有利于合成氨？什么条件有利于合成氨？2021/8/9 星期一6【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、实验研究实验研究表明表明，在特定条件下，合成，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氨反应的速率与各物质的浓度的关系为:=C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)请根据关系式分析：各物质的请根据关系式分析：各物质的浓度浓度对对反反应应速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？高反应速率？课本课本P66 P66

4、 二、合成氨反应的速率二、合成氨反应的速率T,C,P,T,C,P,催催增大反应物浓度，减小生成物浓度增大反应物浓度，减小生成物浓度2021/8/9 星期一73、请你根据下表所给的数据分析催化、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：剂对合成氨反应速率的影响：条件条件Ea/KJmol-1k(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167使用催化剂可使合成氨反应的速率提使用催化剂可使合成氨反应的速率提高高上万亿上万亿倍。倍。2021/8/9 星期一81.升升高温高温度度2.增大压增大压强强3.增大反应物浓度增大反应物浓度4.使用催化

5、剂使用催化剂5.增大增大 N2、H2 浓度浓度,将氨及时从将氨及时从混合气体混合气体中分离出去中分离出去请利用化学反应速率的知识分析请利用化学反应速率的知识分析:什么条件有利于合成氨？什么条件有利于合成氨？2021/8/9 星期一9三、合成氨的适宜条件三、合成氨的适宜条件生成物生成物氨的浓度氨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外界条件外界条件高压高压高温高温使用使用增大浓度增大浓度减小浓度减小浓度平衡分析平衡分析高压高压低温低温无影响无影响增大浓度增大浓度减小减小浓度浓度2021/8/9 星期一10 1 1、压强怎么选？、压强怎么选？分析：分析：合成氨反

6、应是气体的物质的量减小的反应，合成氨反应是气体的物质的量减小的反应，增大增大压强既可以压强既可以增大增大反应速率，又能使反应速率，又能使平衡正向平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。移动，所以理论上压强越大越好。但是压强越大，对但是压强越大，对设备设备的要求高、压缩的要求高、压缩 H H2 2 和和 N N2 2所需要的所需要的动力动力越大，因此选择压强应符越大，因此选择压强应符合实际科学技术。合实际科学技术。综合以上两点综合以上两点:根据反应器可使用的钢材根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。实际生产中质量及综合指标来选择压强。实际生产中压强一般选择在压强一般选择在1101107

7、71101108 8PaPa之间。之间。2021/8/9 星期一11 2 2、温度温度怎么选择？怎么选择？分析：分析：因为正反应是放热反应，所以因为正反应是放热反应，所以降低降低温度有温度有利于平衡利于平衡正向正向移动。移动。但是温度越低，反应但是温度越低，反应速率越小速率越小，达到平衡，达到平衡所需要的时间越所需要的时间越长长，因此温度也不宜太低。，因此温度也不宜太低。催化剂催化剂要在一定温度下要在一定温度下活性活性才最大。才最大。综合以上因素综合以上因素:实际生产中温度一般选择实际生产中温度一般选择在在700K700K左右左右（主要考虑催化剂的活性）（主要考虑催化剂的活性）。2021/8/

8、9 星期一12 3 3、用不用催化剂？、用不用催化剂？实际生产中选用实际生产中选用铁铁为主体的多成为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在分催化剂（铁触媒），它在700K700K时时活性最高。活性最高。分析分析:经济效益经济效益和和社会效益社会效益要求化学反应速要求化学反应速率要率要快快,原料的利用率要原料的利用率要高高，单位时间内，单位时间内的产量要的产量要高高。2021/8/9 星期一13 4 4、浓度浓度怎么定？怎么定？N N2 2 和和 H H2 2的比例怎么定？的比例怎么定？增大增大反应物的浓度可以反应物的浓度可以增大增大反应速率，反应速率，减小减小生生成物的浓度可以使平衡成物的浓度可以

9、使平衡正向正向移动。氮气和氢气的物移动。氮气和氢气的物质的量比为质的量比为1 1：3 3时，平衡时，平衡转化率最大转化率最大，但是，但是实验实验测得测得适当提高适当提高 N N2 2的浓度，即的浓度，即 N N2 2和和 H H2 2的物质的量比的物质的量比为为1 1：2.82.8时，更能促进氨的合成。时，更能促进氨的合成。实际生产中的处理方法：实际生产中的处理方法：及时将气态氨及时将气态氨冷却冷却液化分离液化分离出去；及时将氮气和氢气出去；及时将氮气和氢气循环循环利用，使其保持一定的浓度。利用，使其保持一定的浓度。即即 N N2 2 和和 H H2 2 的的物质的量比为物质的量比为 1 1：

10、2.82.8（阅读课本（阅读课本67-68页）页）2021/8/9 星期一14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浓度研讨的结果研讨的结果根据反应器使用的钢材质量及综合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）指标来选择压强（低、中、高）适宜温度：适宜温度：700K左右左右使用铁触媒作催化剂使用铁触媒作催化剂N2和和H2的物质的量比为的物质的量比为1：2.8的投的投料比料比,氨及时从混合气中分离出去氨及时从混合气中分离出去2021/8/9 星期一15工业上利用某可逆反应生产产品时：工业上利用某可逆反应生产产品时：a a、一般要

11、、一般要使用催化剂使用催化剂：这样可以大大加：这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益；经济效益；b b、选择、选择合适的温度合适的温度：该温度是催化剂活：该温度是催化剂活性最大的温度；性最大的温度；c c、选择、选择合适的压强合适的压强：既要考虑化学反应：既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、设速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。备等。【小结小结反思反思】2021/8/9 星期一16 高考链接高考链接 1.(2007宁夏）宁夏）一定条件下，合成氨反应达到平一定条件下，合成氨反应达到平衡时，测得混合气体中氨气的体积

12、分数为衡时，测得混合气体中氨气的体积分数为20.0%，与反应前的体积相比，反应后气体，与反应前的体积相比，反应后气体体积缩小的百分率是体积缩小的百分率是 ()A 16.7%B 20.0%C 80.0%D 83.3%A2021/8/9 星期一172、已知 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H0其实验数据见表（高考题高考题）(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_(3)_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，但需要的动力更大，对设备的要求更

13、高。提高很少，但需要的动力更大，对设备的要求更高。2021/8/9 星期一181 1、合成氨所需的、合成氨所需的H H2 2可由煤和水蒸气反应可由煤和水蒸气反应制得，其中一步反应为：制得，其中一步反应为：COCO(g)(g)+H+H2 2O O（g g）CO CO2(g)2(g)+H+H2(g)2(g)（正反应放热）（正反应放热），下列措施中，能提高，下列措施中，能提高COCO转化率的是（转化率的是（）A A、增大压强、增大压强 B B、降低温度、降低温度 C C、增大水蒸气浓度、增大水蒸气浓度 D D、增大、增大COCO浓度浓度BC练一练练一练2021/8/9 星期一192.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 SO3 B.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的生成的生成速率的两倍速率的两倍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.BC2021/8/9 星期一20