1、 第第2 2章章 第四节第四节 鲁科版鲁科版 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 教学目标 了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件合成氨的适宜条件 了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产的选择与理论分析的差异和方法，体验实际生产的选择与理论分析的差异;通过对合成氨适宜条件的分析，认识化学反应速通过对合成氨适宜条件的分析，认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要作用。率和化学平衡的调控在工业生产中的重要作用。温故温故知新知新影响化学反应
2、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弗里茨弗里茨哈伯哈伯德国德国名人故事名人故事 合成氨从第一次实验室研合成氨从第一次实验室研制到工业化投产经历了约制到工业化投产经历了约150150年年的时间。德国科学家哈伯在的时间。德国科学家哈伯在1010年的时间内进行了无数次的探年的时间内进行了无数次的探索，单是寻找高效稳定的催化索，单是寻找高效稳定的催化剂，剂，2 2年间他们就进行了多达年间他们就进行了多达65006500次试验，测试了次试验，测试了25002500种不种不同的配
3、方，最后选定了一种合同的配方，最后选定了一种合适的催化剂，使合成氨的设想适的催化剂，使合成氨的设想在在19131913年成为工业现实。鉴于年成为工业现实。鉴于合成氨工业的实现，瑞典皇家合成氨工业的实现，瑞典皇家科学院于科学院于19181918年向哈伯颁发了年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖诺贝尔化学奖。另外还要考虑生产中的另外还要考虑生产中的消耗能源、原料来源、消耗能源、原料来源、设备条件、环境保护设备条件、环境保护等因素等因素。讨论：假如你是一个化工厂的老板，讨论：假如你是一个化工厂的老板，对工业生产你主要应考虑哪些问题？对工业生产你主要应考虑哪些问题？经济效益和社会效益经济效益和社会效益增大化学反
4、应速率增大化学反应速率单位时间内产率高单位时间内产率高增大化学反应限度增大化学反应限度原料的利用率高原料的利用率高一、合成氨反应的限度1、请根据正反应的焓变和熵变，请根据正反应的焓变和熵变，分析分析298K298K下合成氨反应能否自发进行下合成氨反应能否自发进行？P65、请利用化学平衡移动的知识分析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什么条件有利于氨的合成？交流交流研讨研讨从反应的可逆性、热效应、气体从反应的可逆性、热效应、气体物质系数变化的角度分析合成氨物质系数变化的角度分析合成氨的反应特点？的反应特点？N2+3H2 2NH3 （正反应放热）（正反应放热）特点：特点：a、可逆反
5、应、可逆反应b、正反应放热、正反应放热c、气态物质系数的改变量、气态物质系数的改变量v0达到平衡时平衡混合物中达到平衡时平衡混合物中NHNH3 3的含量的含量（体积分数）（体积分数）V(N V(N2 2):V(H):V(H2 2)=1:3)=1:3 0.10.1101020203030606010010020020015.315.381.581.586.486.489.989.995.495.498.898.83003002.22.252.052.064.264.271.071.084.284.292.692.64004000.40.425.125.138.238.247.047.065.26
6、5.279.879.85005000.10.110.610.619.119.126.426.442.242.257.557.56006000.050.054.54.59.19.113.813.823.123.131.431.4压强压强/MPaMPaNHNH3 3含含 量量/%/%温度温度/温度升高，氨的含量降低温度升高，氨的含量降低压强增大，氨的含量增大压强增大，氨的含量增大H2、N2比例比例二、合成氨反应的速率二、合成氨反应的速率交流交流研讨研讨1、你认为可以控制哪些条件使合成氨的你认为可以控制哪些条件使合成氨的速率更快？速率更快？2、实验表明，合成氨的速率公式为：、实验表明，合成氨的速率公
7、式为：V=kC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)你又可以从中得到什么结论呢？你又可以从中得到什么结论呢？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的使用催化剂可使合成氨反应的速率提高速率提高上万亿上万亿倍倍。提高反应的平衡转化率提高反应的平衡转化率提高化学反应的速率提高化学反应的速率反应特点反应特点措施措施反应特点反应特点措施措施放热放热活化能高活化能高分子数减少分子数减少低温时速率低低温时速率低反应可逆反应可逆提高原料气浓度提高原料气浓度能提高速率能提
8、高速率氨气浓度增加能氨气浓度增加能降低速率降低速率综合比较合成氨的反应合成氨的反应正反应为正反应为放热反应放热反应分析角度分析角度反应条件反应条件使合成氨的速使合成氨的速率快率快使平衡混合物使平衡混合物中氨的含量高中氨的含量高压强压强温度温度催化剂催化剂高压高压高压高压高温高温低温低温 使用使用不影响不影响一致矛盾分析选择合成氨的适宜条件铁触媒催化能力铁触媒催化能力0.10.1101020203030606010010020020015.315.3 81.581.586.486.489.989.995.495.4 98.898.83003002.22.252.052.064.264.271.0
9、71.084.284.2 92.692.64004000.40.425.125.138.238.247.047.065.265.2 79.879.85005000.10.110.610.619.119.126.426.442.242.2 57.557.56006000.050.054.54.59.19.113.813.823.123.1 31.431.4压强/MPaNH3含 量/%温度/即使在即使在500500和和30MPa30MPa时，合成氨平衡混时，合成氨平衡混合物中合物中NHNH3 3的体积分数也只有的体积分数也只有26.4%26.4%，转，转化率仍不够大，还可采取什么办法？化率仍不够大
10、，还可采取什么办法？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 据反应器据反应器及综合指标选择及综合指标选择 适宜温度适宜温度 700K700K左右左右使用铁触媒作催化剂使用铁触媒作催化剂液化氨并及时分离、补氮、氢液化氨并及时分离、补氮、氢原料气循环原料气循环 n(N n(N2 2):n(H):n(H2 2)=1:2.8)=1:2.8 小结 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：这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益
11、；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：该温度是催化剂活性最大的温度；性最大的温度；选择选择合适的压强合适的压强：既要考虑化学反应：既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。设备等。小结.反思学以致用C C1.1.有如下平衡体系：有如下平衡体系：CO（g）+2H2（g）CH3OH(g)（正反应为放热反应），为了增加甲醇的（正反应为放热反应），为了增加甲醇的日产量，应采取的正确措施是（日产量，应采取的正确措施是（）A.A.高温、高压高温、高压 B.B.低温、低压低温、低压 C.C.适宜的温度、高压、催化剂适宜的温度、高压
12、、催化剂 D.D.高温、高压、催化剂高温、高压、催化剂当堂练习2.2.下列事实中不能用化学平衡移动原理来下列事实中不能用化学平衡移动原理来解释的是（解释的是（）A.A.工业制硫酸的过程中通入足量的空气工业制硫酸的过程中通入足量的空气,可以提高可以提高SOSO2 2的产率的产率B.B.加入催化剂有利于合成氨反应加入催化剂有利于合成氨反应C.C.高压有利于合成氨反应高压有利于合成氨反应D.500D.500左右比室温更有利于合成氨反应左右比室温更有利于合成氨反应BD当堂练习3、下列说法正确的是（、下列说法正确的是（）A A、在高温下，延长反应时间或者增加氮气的浓度均可、在高温下，延长反应时间或者增加
13、氮气的浓度均可以提高合成氨中以提高合成氨中H H2 2的转化率的转化率B B、在密闭容器中，当、在密闭容器中，当CaCOCaCO3 3 CaO+CO CaO+CO2 2处于平衡处于平衡状态时，再加入状态时，再加入NaNa2 2O O2 2固体，固体，CaCOCaCO3 3的量会减少。的量会减少。C C、有固体参加的可逆反应达平衡后，若改变压强，不、有固体参加的可逆反应达平衡后，若改变压强，不会影响平衡的移动会影响平衡的移动D D、在合成氨反应中，使用催化剂能提高反应速率，使、在合成氨反应中，使用催化剂能提高反应速率，使氨的质量分数增加，从而增加氨的产量氨的质量分数增加，从而增加氨的产量当堂练习
14、4、在一定条件下在一定条件下,合成氨反应达到平衡合成氨反应达到平衡后后,混合气体中混合气体中NH3的体积占的体积占25%,若反若反应前后条件保持不变应前后条件保持不变,则反应后缩小的则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的之比气体体积与原反应物体积的之比()当堂练习 5、在合成氨反应中，入口气体体积比、在合成氨反应中，入口气体体积比 N2:H2:NH3 为为6:18:1，出口气体体积比为，出口气体体积比为9:27:8，则，则H2的转化率为的转化率为_。5当堂练习 解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂；解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂；1949年全国氮肥产量仅年全国氮肥产量仅0.6万吨；万吨；
15、1982年达到年达到1021.9万吨，成为世界上产量最高的国家之一。万吨，成为世界上产量最高的国家之一。19世纪以前，一些有远见的化学家指出：考虑到将来的粮食问题，为世纪以前，一些有远见的化学家指出：考虑到将来的粮食问题，为了使子孙后代免于饥饿，我们必须寄希望于科学家能实现大气固氮。了使子孙后代免于饥饿，我们必须寄希望于科学家能实现大气固氮。因此将空气中丰富的氮固定下来并转化为可被利用的形式，在因此将空气中丰富的氮固定下来并转化为可被利用的形式，在20世世纪初成为一项受到众多科学家注目和关切的重大课题。德国化学家纪初成为一项受到众多科学家注目和关切的重大课题。德国化学家哈伯就是从事合成氨的工艺条件试验和理论研究的化学家之一哈伯就是从事合成氨的工艺条件试验和理论研究的化学家之一,他他终于在终于在1913年实现了合成氨的工业生产，满足了年实现了合成氨的工业生产，满足了20世纪人口由世纪人口由30亿增至亿增至60亿对粮食的需求，因此人们赞扬哈伯是亿对粮食的需求，因此人们赞扬哈伯是“用空气制造面包用空气制造面包的圣人的圣人”。
