1、年年 级：高二级：高二 学学 科：化学（人教版）科：化学（人教版）化学反应的调控一、从合成氨说起 1.为什么要合成氨？18世纪末，英国化学家克鲁克斯“先天下之忧而忧”，率先发出为了使子孙后代免于饥饿“向空气要氮肥”的号召。化学创造了第二个大自然！从化学平衡的视角分析，合成氨应该可行！想一想：从哪些角度选择固氮反应？常温 K3.81031常温 K5.0108 氧化法：还原法：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)N2(g)+O2(g)2NO(g)2 2.合成氨很难吗？18世纪末，有人试图在常温常压下合成氨，也有人在常温加压下进行实验。都失败了 合成氨不容易，难在哪儿？如果是你，你会怎样分析？德国
2、化学家哈伯向合成氨发起冲击。1908年7月，他在实验室用氮气和氢气在600、20 MPa下得到了氨，但是产率只有2%。哈伯合成氨所用装置冷却室反应器出水口干燥室液态NH3出口进水口未反应气体通过循环泵返回压缩N2和H2进口二、寻找工业合成氨的适宜条件 如果你是20世纪初的工程师，你如何为工厂设计合成氨的生产条件？可以从哪些角度分析？化学平衡化学反应速率理论实践 想一想：理论分析合成氨反应有什么样的特点？如何通过选择反应条件提高平衡混合物中氨的含量？对合成氨反应的影响影响因素浓度温度压强提高平衡混合物中氨的含量N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H 92.4 kJ/mol 1 1.从化学平衡分
3、析对合成氨反应的影响影响因素浓度温度压强提高平衡混合物中氨的含量n(N2):n(H2)1:3及时移走产生的氨降低增大从化学平衡看，合成氨的适宜条件 理论分析：实验结果：温度 低温可以提高平衡混合物中氨的含量。n(N2):n(H2)1:3 10 MPa与理论预期一致实践探索通过实验验证理论 采用控制变量的方法n(N2):n(H2)1:3 400 压强 理论分析：压强越大越有利于提高平衡混合物中氨的含量。实验结果：与理论预期一致原料气 n(N2):n(H2)1:3 及时移走产生的氨低温和高压从化学平衡看，合成氨的适宜条件 想一想：思考：为什么没有在常温合成氨？合成氨难在哪儿？还有什么因素制约氨的合
4、成？常温下合成氨化学反应速率很小！合成氨反应为什么慢？2 2.从化学反应速率分析活化能高如何增大合成氨的化学反应速率？对合成氨反应的影响影响因素浓度温度压强催化剂增大合成氨的反应速率增大升高增大使用 怎样降低反应的活化能？改变反应历程对合成氨反应的影响影响因素浓度温度压强催化剂增大合成氨的反应速率增大升高增大使用提高平衡混合物中氨的含量n(N2):n(H2)1:3及时移走产生的氨降低增大无影响 想一想：3 3.综合分析 实现工业生产：综合考虑成本要低！压强 从化学反应速率与化学平衡考虑，都是压强越大越好。综合成本与设备耐压：10 MPa30 MPa 3 3.综合分析催化剂增大化学反应速率，不改
5、变平衡混合物的组成。现在常用铁，其活性最好的温度为500 左右。3 3.综合分析 温度 综合考虑，特别是考虑催化剂的活性。一般400500 低温可以提高平衡混合物中氨的含量，但低温会减小化学反应速率。在温度与压强的最佳条件下，平衡混合物中氨的含量仍不高，怎么办？温度/氨的含量/%0.1 MPa10 MPa20 MPa30 MPa60 MPa100 MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.1
6、013.823.131.4 想一想：合成氨常用的生产条件：使用催化剂温度：400500 压强:10 MPa30 MPa将氨及时分离出来原料气循环使用二、寻找工业合成氨的适宜条件三、化工生产中调控反应的一般思路1.选取恰当的反应思考并归纳出化工生产中调控反应的一般思路 试一试：影响因素调控反应三、化工生产中调控反应的一般思路反应化学平衡反应速率最佳效果2.分析调控方法三、化工生产中调控反应的一般思路3.探索最佳工艺 哈伯：锇（剧毒）作催化剂 17.5 MPa20.0 MPa、500600 氨含量6%三、化工生产中调控反应的一般思路 博施：铁作催化剂 开发了适合高温、高压下的合成设备 设计了获得大
7、量廉价原料气的方法三、化工生产中调控反应的一般思路埃特尔：在合成氨反应初期，氮、氢分子被吸附在铁催化剂表面。进而确定吸附的氮原子和氢原子是反应活性物，整个反应就是氮原子逐步加氢最终生成氨分子的过程，并给出了每步反应的活化能。原料用量n(N2):n(H2)：理论值为1:3实际为1:2.8 哈伯（1918年）合成氨的基础开发工作 博施（1931年）实现了合成氨的工业化 埃特尔（2007年）揭开了合成氨的“天机”4.不断技术创新合成氨与三次诺贝尔化学奖 “合成氨”里的中国人：2016年中科院大连化学物理研究所研究团队研制合成了一种新型催化剂，将合成氨的温度、压强分别降到了350、1 MPa。更加节能、降低成本小结：化学反应的调控明确目的 可行性确定反应原理分析实验摸索 找条件化学平衡反应速率设备可行成本核算 如何为一个化学反应选择适宜的生产条件？
