人教版高中化学 化学反应适宜条件的选择—工业合成氨（公开课）课件 新人教.ppt

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1、2-4 2-4 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 交流研讨交流研讨 对于合成氨反应对于合成氨反应在在298K298K时有如下数据：时有如下数据：H=-92.2KJmolH=-92.2KJmol-1 -1 S=-198.2JmolS=-198.2Jmol-1-1KK-1-1平衡常数平衡常数 K=4.1X10 K=4.1X106 6(molL(molL-1-1)-2-2键能键能 N N三三N 946 kJmolN 946 kJmol-1;-1;H-H 435.1kJmolH-H 435.1kJmol-1-1 N-H 391KJmol N-H 39

2、1KJmol-1-1N2+3H2 2 NH32021/8/9 星期一2 研讨研讨总结总结 浓度浓度催化剂催化剂温度温度压强压强 目的目的 条件条件 选择选择 增大反应物浓度减增大反应物浓度减小生成物浓度小生成物浓度增大反应物浓度增大反应物浓度及时分离出氨及时分离出氨无影响无影响使用催化剂使用催化剂降低温度降低温度升高温度升高温度增大压强增大压强增大压强增大压强使使NHNH3 3生产得多生产得多(限度角度限度角度)使使NHNH3 3生产得快生产得快 (速率角度速率角度)2021/8/9 星期一3问题：问题：工业上合成氨的合适条件到底怎样？工业上合成氨的合适条件到底怎样？采用氮气与氢气物质的量为采

3、用氮气与氢气物质的量为1 1：2.82.8的投的投料比，及时分离料比，及时分离 NH NH3 3 ;根据条件选择低、中、高压；根据条件选择低、中、高压；跟动力、跟动力、材料、设备等配合材料、设备等配合;20MPa-30MPa温度控制在温度控制在700K700K左右左右:该温度是为合成氨该温度是为合成氨催化剂的活性温度催化剂的活性温度 ;铁作催化剂：铁作催化剂：使用催化剂能大大加快化使用催化剂能大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益经济效益;合成氨的适宜条件2021/8/9 星期一4 制取制取原料气原料气净净化化压压缩缩合合成成分分离离工业合成氨简

4、易流程图工业合成氨简易流程图液氨液氨N2和和H2(循环循环)(循环操作过程循环操作过程)C+H2OCO+H2 CO+H2O(g)CO2+H2催化剂催化剂除去杂质气体、粉尘等，除去杂质气体、粉尘等，防止催化剂防止催化剂“中毒中毒”空气空气液态空气液态空气CO2+N2N2(先先逸逸出出)分离出分离出CO2N2蒸发蒸发压缩液化压缩液化氧跟碳作用氧跟碳作用2021/8/9 星期一5 在接触法制取硫酸时接触室内发生的反应为：在接触法制取硫酸时接触室内发生的反应为：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H0 使用的催化剂为五氧化二钒，其活性温度约使用的催化剂为五氧化二钒，其活性温度约450左右。专家认为

5、该反应的转化左右。专家认为该反应的转化率高于率高于93时已可满足。请仔细分析表中的数据，指出氧化时已可满足。请仔细分析表中的数据，指出氧化SO2应选取的合适的应选取的合适的温度和压强温度和压强 表表1 1常压下常压下SO2转化率与温度的关系转化率与温度的关系温度温度400450475500525550575600650转转化率化率99.297.5 95.893.590.585.679.973.758.5 表表2 SO2的转化率与温度、压强的关系的转化率与温度、压强的关系0.1MPa0.5MPa1MPa10MPa40099.299.699.799.950093.596.997.899.36007

6、3.785.889.596.4压强压强温度温度 常压常压 400500 学以致用学以致用 2021/8/9 星期一6问题：问题：工业上合成工业上合成SO3的合适条件到底怎样？的合适条件到底怎样？投料关系：投料关系：温度控制：温度控制：压强选择：压强选择：催化剂：催化剂：合成的适宜条件过量的空气过量的空气400-500 400-500 常压常压五氧化二钒五氧化二钒2021/8/9 星期一7 交流交流研讨研讨 工业合成氨：耗能，污染、低效、高成本。工业合成氨：耗能，污染、低效、高成本。工业合成氨：耗能，污染、低效、高成本。工业合成氨：耗能，污染、低效、高成本。生物固氮（根瘤菌）生物固氮（根瘤菌）生

7、物固氮（根瘤菌）生物固氮（根瘤菌）：绿色、环保、高效、：绿色、环保、高效、：绿色、环保、高效、：绿色、环保、高效、0 0成本成本成本成本新型高效催化剂合成新型高效催化剂合成化学模拟生物固氮化学模拟生物固氮发展方向发展方向2021/8/9 星期一8课堂小结课堂小结1、反应特点：可逆、低速、放热、缩小、反应特点：可逆、低速、放热、缩小 浓度、压强浓度、压强互惠性条件互惠性条件2、适宜条件：、适宜条件：反应温度反应温度矛盾性条件矛盾性条件 催化剂催化剂自利性条件自利性条件3、生产流程：造气、生产流程：造气净化净化压缩压缩合成合成分离分离 新型高效催化剂合成新型高效催化剂合成4、发展趋势：、发展趋势：

8、化学模拟生物固氮化学模拟生物固氮2021/8/9 星期一91.在合成氨工业中，为增加氨的日在合成氨工业中，为增加氨的日产量，下列变化过程中不能使平衡产量，下列变化过程中不能使平衡向右移动的是（向右移动的是（）A.不断将氨分离出来不断将氨分离出来 B.采用采用21075107Pa的压强的压强 C.采用采用700K左右的温度而不是常温左右的温度而不是常温 D.使用催化剂使用催化剂考场演兵考场演兵2021/8/9 星期一102.对于合成氨的反应来说对于合成氨的反应来说,使用催化剂和施加使用催化剂和施加 高压高压,下列叙述中正确的是下列叙述中正确的是()A.都能提高反应速率都能提高反应速率,都对化学平

9、衡状态无都对化学平衡状态无 影响影响B.都对化学平衡状态有影响都对化学平衡状态有影响,都不影响达到都不影响达到 平衡状态所用的时间平衡状态所用的时间C.都能缩短达到平衡状态的时间都能缩短达到平衡状态的时间,只有压强只有压强 对化学平衡状态有影响对化学平衡状态有影响D催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的 时间时间,而压强无此作用而压强无此作用2021/8/9 星期一113.在一密闭容器中，在一密闭容器中，N2、H2合成氨的反应已合成氨的反应已达到平衡。此时再往容器中通入一定量达到平衡。此时再往容器中通入一定量N2,保保持温度和容器体积不变，当反应再次达到平持温度和

10、容器体积不变，当反应再次达到平衡时，与第一次平衡状态相比（）衡时，与第一次平衡状态相比（）.NH3的百分含量一定增大的百分含量一定增大 .NH3的浓度增大的浓度增大 .H2的转化率提高的转化率提高 .N2的转化率提高的转化率提高2021/8/9 星期一124.在合成氨时，可以提高在合成氨时，可以提高H2转化率的措施转化率的措施是（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.充入充入过量过量N2 D.升高温度升高温度2021/8/9 星期一135.关于氨的合成工业的下列说法正确的是关于氨的合成工业的下列说法正确的是（）A.A.从合成塔出来的气体，其中氨一般占从合成塔出来的气

11、体，其中氨一般占15%15%，所以生产氨的工业的效率都很低所以生产氨的工业的效率都很低B.B.由于由于NH3易液化，易液化，N2、H2可循环使用，则可循环使用，则总的说来氨的产率很高总的说来氨的产率很高C.C.合成合成氨工业的反应温度控制在氨工业的反应温度控制在700K700K左右，左右，目的是使平衡向正反应方向进行目的是使平衡向正反应方向进行D.D.合成合成氨工业采用氨工业采用2020 MPa-50MPa 50MPa，是因，是因该条件下催化剂的活性最好该条件下催化剂的活性最好2021/8/9 星期一146.6.工业上用氢气和一氧化碳气体在一定条件工业上用氢气和一氧化碳气体在一定条件下反应生产

12、甲醇下反应生产甲醇CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)(正反应放热）正反应放热）为了提高甲醇的产量，从理论上讲下列措施为了提高甲醇的产量，从理论上讲下列措施中正确的是中正确的是()A.A.高温高压高温高压 B.B.高温低压高温低压 C.C.低温低压低温低压 D.D.低温高压低温高压 2021/8/9 星期一157.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的生成速的生成速 率的两倍率的两倍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.2021/8/9 星期一16课外作业课外作业研究性学习课题研究性学习课题设想合成氨的发展前景设想合成氨的发展前景参考：参考：生物中植物对氮的需求；生物中植物对氮的需求；生物固氮的原理和条件；生物固氮的原理和条件；理想的人工固氮条件。理想的人工固氮条件。2021/8/9 星期一17