化学反应条件的优化课件.ppt

1、厦门二外高二化学组厦门二外高二化学组 20102010年年1212月月化学反应原理第二章第四节化学反应原理第二章第四节研究目标：研究目标：1、研究如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件。（重点难点）（重点难点）2、研究应用化学原理选择化工生产条件的思想和方法。过程方法目标过程方法目标培养思维能力、自学能力情感目标情感目标培养辩证唯物主义观点培养学生树立环保意识复习复习影响化学反应速率和化学平衡影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些的重要因素有哪些?化学反应速率化学反应速率 化学平衡化学平衡 温度温度气体压强气体压强催化剂催化剂浓度浓度温度越高温度越高,反应速反应速率越大率

2、越大压强越大压强越大,反应速反应速率越大率越大正催化剂加快反应正催化剂加快反应速率速率反应物浓度越大反应物浓度越大,反反应速率越大应速率越大升高温度升高温度,平衡向吸平衡向吸热方向移动热方向移动增大压强增大压强,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,平平衡正向移动衡正向移动 弗里茨弗里茨哈伯：哈伯：将空气变为面包将空气变为面包【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-1 S=-198.2JK

3、-1mol-1298K下合成氨反应的平衡常数下合成氨反应的平衡常数K为为.（molL-1)-2课本课本P65 P65 合成氨反应有哪些特点？合成氨反应有哪些特点？可逆反应可逆反应正反应正反应气态物质系数减小气态物质系数减小正反应是放热反应正反应是放热反应请利用请利用化学平衡移动化学平衡移动的知识分析什么的知识分析什么条件有利于氨的合成？条件有利于氨的合成？熵减小的反应熵减小的反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H-92.2kJ/mol(1体积体积)(3体积体积)(2体积体积)_温度、温度、_压压强有利于化学平衡向生强有利于化学平衡向生成氨的方向移动成氨的方向移动，N N2 2、H H2

4、2体积体积比为比为_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。增增大大降低降低1：3【分析结果分析结果】【交流交流研讨研讨】1、你认为可以通过控制那些反应条件、你认为可以通过控制那些反应条件来提高合成氨反应的来提高合成氨反应的速率速率？课本课本P66 P66 升高温升高温度度 增大压增大压强强 增大反应物浓度增大反应物浓度 使用催化剂使用催化剂【交流交流研讨研讨】2、实验实验研究表明研究表明，在特定条件下，在特定条件下，合成氨反应的速率与反应的物质的浓合成氨反应的速率与反应的物质的浓度的关系为度的关系为:=C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)请你根据关系式分析：各物质的请你根

5、据关系式分析：各物质的浓浓度度对对反反应应速率速率有哪些影响？可以采有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应取哪些措施来提高反应速率速率？课本课本P66 P66 增大增大N2H2浓度浓度,将氨及时从将氨及时从 混合气中分离出去混合气中分离出去3、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：催化剂对合成氨反应速率的影响条件条件 E/KJ/molk(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使用催化剂可使合成氨反应 的速率提高的速率提高上万亿倍上万亿倍

6、。生成生成物氨的浓度物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增大浓度增大浓度减小浓度减小浓度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浓度增大浓度减小浓度减小浓度 研讨的内容研讨的内容研讨的问题研讨的问题 1、既然增大压强既可提、既然增大压强既可提高反应速率，又可提高氨高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？业中压强是否越大越好？压强怎么定？压强怎么定？2、既然降低温度有利于、既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向

7、移动平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越，那么生产中是否温度越低越好？低越好？3、催化剂对化学平衡的移动催化剂对化学平衡的移动没有影响，没有影响，在合成氨工业中在合成氨工业中要要不要使用催化剂不要使用催化剂，为什么？，为什么？温度怎么选择？温度怎么选择？要不要用催化要不要用催化剂？剂？1 1、压强怎么选？、压强怎么选？分析分析：合成氨反应是气态物质系数减小的气体合成氨反应是气态物质系数减小的气体反应，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

8、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大，因此选择压强应符合大，因此选择压强应符合实际科学技术。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根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强钢材质量及综合指标来选择压强。2 2、温度怎么选择？、温度怎么选择？分析：分析：因为正反应方向是放热的反应，所以因为正反应方向是放热的反应，所以降低降低温温度有利于平衡度有利于平衡正向正向移动。移动。可是温度越低，可是温度越低，反应速率越小反应速率越小，达到平衡所需，达到平衡所需要的时间越要的时间越长长，因此温度也不宜太低。，因此温度也不宜太低。催化剂催

9、化剂要在一定温度下催化要在一定温度下催化活性活性最大。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在实际生产中温度一般选择在700K700K左右（主要考虑催化剂的活性）。左右（主要考虑催化剂的活性）。3 3、用不用催化剂？、用不用催化剂？实际生产中实际生产中选用选用铁铁为主体的多成分催化剂为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在（铁触媒），它在700K700K时活性最高。时活性最高。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度要要求化学反应速度要快快，原料的利用率要原料的利用率要高高，单位时间的产量要，单位时间的产量要高高。1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 0.60

10、.50.40.30.20.1NH3%N2:H2 4 4、浓度怎么定？、浓度怎么定？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，减小减小生成物的浓度可以使平衡生成物的浓度可以使平衡正向正向移动。从化学平衡移动。从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1 1：3 3时，时，平衡转化率最大平衡转化率最大，但是实验测得适当提高，但是实验测得适当提高N N2 2的的浓度，即浓度，即N N2 2和和H H2 2的物质的量比为的物质的量比为1 1：2.82.8时，更能促时，更能促进

11、氨的合成。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：及时将气态氨冷却液及时将气态氨冷却液化化分离分离出去；及时将氮气和氢气出去；及时将氮气和氢气循环循环利用，使其保持利用，使其保持一定的浓度。一定的浓度。（阅读课本（阅读课本67-68页）页）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根据反应器可使用的钢材质量及根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强综合指标来选择压强 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

12、气中分离出去氨及时从混合气中分离出去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应：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；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：该温度是催化剂活性最大：该温度是催化剂活性最大的温度；的温度；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：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。化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。【小结小结反思反思】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：已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H0其实验数据见表(1)应选用的温度

13、是_。应采用的压强是_，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，但需要的动力更大，对设备的要求更高。提高很少，但需要的动力更大，对设备的要求更高。【迁移应用迁移应用】1.氨的合成反应，生产中采用的适宜条件是（）。A、低温、高压、适当的催化剂B、高温、常压C、尽可能高温、高压D、适当的温度、适当的高压、适宜催化剂D【课堂练习课堂练习】2 2.合成氨中，原料气（合成氨中，原料气（N N2 2、H H2 2及少量的及少量的COCO、NHNH3 3混合气）在进入合成塔前常用醋酸二氨合混合气）在进

14、入合成塔前常用醋酸二氨合铜溶液来吸收原料气中的铜溶液来吸收原料气中的COCO，其反应是：，其反应是：（1 1）醋酸二氨合铜吸收）醋酸二氨合铜吸收COCO的生产适宜条件应是的生产适宜条件应是_。（。（T T、P P）（2 2）吸收）吸收COCO后的醋酸铜氨液经过适当处理又可后的醋酸铜氨液经过适当处理又可再生，恢复其吸收再生，恢复其吸收COCO的能力以供循环使用。醋的能力以供循环使用。醋酸铜氨液再生的生产适宜条件应是酸铜氨液再生的生产适宜条件应是_。（T T、P P）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D()()CuNHAcCO NHCuNHAc CO3 233 3+(放热反应)B 课本课本P【课后作业课后作业】