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1、蕾 猫 楷 染 方 骄 浅 溯 扇 校 木 安 坛 焰 瞳 灭 纷 检 剁 竭 斑 粥 防 佯 疽 翘 彬 暴 羌 境 或 僻 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c o m 第二章化学反应的方向、限度和速率 第四节 化学反应条件的优化工业合成氨 郎 蝶 灸 币 邪 甫 纪 敢 宛 孕 徒 林 尚 吸 隘 妻 乖 佳 珊 搏 军 蜡 浑 巡 档 测 唱 摘 子 简 圈 霓 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c o m 复 习 影响化学反应速率和化学平
2、衡 的重要因素有哪些? 化学反应应速率 化学平衡 浓浓度 气体压压强 温度 催化剂剂 温度越高,反应速 率越大 压强越大,反应速 率越大 催化剂加快反应速率 反应物浓度越大,反 应速率越大 升高温度,平衡向吸 热方向移动 增大压强,平衡向气态物 质系数减小的方向移动 催化剂对平衡无影响 增大反应物浓度,平 衡正向移动 行 矗 郁 迈 抄 瘪 玖 酌 烬 康 扭 欣 哦 贵 慨 慨 歹 裔 割 痔 测 旷 驯 投 稽 鸭 昧 抨 岁 棉 守 涅 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c o m 弗里茨哈伯与合成氨 合成氨从第一
3、次实验室研制到工业化投产经历 了约150年的时间。德国科学家哈伯在10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剂 ，2年间他们就进行了多达6500次试验，测试了2500 种不同的配方，最后选定了一种合适的催化剂-铁 ，使合成氨的设想在1913年成为工业现实。鉴于合 成氨工业的实现，瑞典皇家科学院于1918年向哈伯 颁发了诺贝尔化学奖。 汪 嗡 镁 堆 镑 讹 述 妹 摸 侨 哗 疏 鲸 兹 究 贤 飞 耳 良 锡 欣 辉 封 店 猾 多 癌 赊 羹 称 间 垛 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c o m
4、【交流研讨】 合成氨反应是一个可逆反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 已知298K时: H= -92.2KJmol-1 S = -198.2JK-1mol-1 请根据正反应的焓变和熵变分析298K下合成氨反应能否自发进行 ？ 298K下合成氨反应的平衡常数K 为.（molL-1)-2 H-T S= 33.14KJmol-1 ，反应能自发进行。 滇 实 卧 粘 官 塞 蝎 七 执 斗 冬 陋 闲 蜕 噶 施 蹲 老 宾 辨 伏 燎 冕 勋 廊 连 气 拧 冈 粮 行 尊 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c
5、o m 合成氨反应的特点： 可逆反应 正反应气态物质系数减小正反应是放热反应 熵减小的反应 一、合成氨反应的限度 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H -92.2kJ/mol (1体积) (3体积) (2体积) S = -198.2JK-1mol-1 请利用化学平衡移动的知识分析什么条件下有利 于氨的合成。 降低温度和增大压强。 招 戏 栓 趣 肚 膊 甩 泉 售 半 佑 姆 鼻 幌 藐 赃 仔 曼 淤 懒 星 寨 伊 集 湛 浅 贸 啄 滓 坊 犀 婆 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c o m 唇 丧 唆
6、弃 聘 贬 汤 扦 幻 跌 拄 词 决 哄 脓 实 淫 条 溢 战 斩 纯 狙 濒 炎 购 五 扯 烦 穗 娠 牢 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c o m 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 NH3% N2:H2 门 腐 擒 抚 高 滋 敲 锯 船 漂 蜂 蛾 浓 捉 喇 凄 言 释 弹 平 囱 纂 感 羡 肺 愤 魄 疯 溉 刃 婶 师 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c o m
7、 _温度、_压强有利于化学平衡向 生成氨的方向移动，N2、H2体积比为 _时平衡混合物中氨的含量最高。 增大 降低 1：3 秋 嘘 揉 芬 令 租 坞 仇 颐 欲 哑 颅 严 剔 箔 湿 熊 脱 斯 喊 库 续 吐 虑 答 展 帐 杀 酷 斋 忠 戮 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c o m 二、合成氨反应的速率 由平衡移动原理可知，合成氨的反应要在高压低温的 条件下进行才能得到较高的产率，但是高压对设备提 出了苛刻的要求，而反应温度的降低势必延长达到平 衡的时间，致使生产效率降低，失去工业化生产的意 义。因此寻找最
8、佳的生产条件是时，除了考虑反应的 限度外还要研究采取你那些措施来提高化学反应速率。 鄂 原 敝 蒂 充 飘 茄 课 奔 糯 钙 赌 子 怠 集 夫 秆 巷 晾 驹 炭 抖 倚 闰 凰 赤 赘 磋 陀 滴 廉 基 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c o m 【交流研讨】 1、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？ 2、实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应 的速率与反应的物质的浓度的关系为: =C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3) 请你根据关系式分析：各物质的浓度对反应速率有哪 些影响？可以采取哪
9、些措施来提高反应速率？ 你 鸳 椭 便 政 聂 棍 奈 止 舔 骋 欲 愧 初 敷 凑 倍 贪 怯 靛 滥 妄 蔚 蓬 边 陌 寥 隐 喧 叔 卯 摩 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c o m 3、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： 催化剂对合成氨反应速率的影响 条件 E /KJ/molk(催)/k(无) 无催化剂剂335 3.41012(700k) 使用Fe催化剂剂167 愈 选 咐 由 谍 裸 硝 赋 霉 已 均 帝 句 拒 悠 构 裔 稠 垦 肉 烯 笔 织 各 翁 沟 弧 所 械 晌
10、赘 棋 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c o m 1.升高温度 2.增大压强 3.增大反应物浓度 4.使用催化剂 5.增大N2H2浓度,将氨及时从 混合气中分离出去 使用催化剂可使合成氨反应的速率提 高上万亿倍。 筒 耀 衅 悬 砂 秃 葬 实 纳 尤 叮 嘴 桩 庄 迎 萄 沤 涕 华 绰 晒 乾 喝 碑 湃 终 凯 沏 浮 摧 擂 逞 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c o m 合成氨的适宜条件的选择合成氨的适宜条件的选择 生成物氨的浓度
11、 反应物的浓度 催化剂 温度 压强 速率分析 使NH3生产得快 外界条件 高压 高温 使用 增大浓度 减小浓度 平衡分析 使NH3生产得多 高压 低温 无影响 增大浓度 减小浓度 炼 唾 尊 匀 家 析 榴 侵 答 忍 动 登 威 萍 资 政 阀 胜 松 掇 谜 柜 巨 毫 涝 耪 臂 炯 忱 引 杰 琉 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c o m 【交流交流 研讨研讨】 研讨讨的内容研讨讨的问题问题 1、既然增大压强既可提 高反应速率，又可提高氨 的产量，那么在合成氨工 业中压强是否越大越好？ 压强怎么定？ 2、既然
12、降低温度有利于 平衡向生成氨的方向移动 ，那么生产中是否温度越 低越好？ 3 、催化剂对化学平衡的移动 没有影响， 在合成氨工业中 要不要使用催化剂，为什么？ 温度怎么选择？ 要不要用催剂？ 情 棠 吩 余 他 仲 院 报 偷 疑 张 终 棠 樟 撇 津 雌 贺 阵 扼 蜀 咬 淑 绢 魂 公 微 猿 邪 薯 扔 葱 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c o m 1、压强怎么选？ 分析： 合成氨反应是气态物质系数减小的气体反应，增 大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动， 所以理论上压强越大越好。 但是压强越大，对
13、设备的要求高、压缩H2和N2所 需要的动力大，因此选择压强应符合实际科学技术。 综合以上两点:根据反应器可使用的钢材质 量及综合指标来选择压强。实际生产中压强一般选择 在200500大气压之间。 瑟 靡 咨 雕 昌 唯 聂 喳 矮 搽 沾 椽 猫 祥 噶 含 蚊 琳 吼 扬 善 查 诡 索 恒 舷 镁 迫 啄 摈 誓 摄 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c o m 2、温度怎么选择？ 分析： 因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度 有利于平衡正向移动。 可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要 的时间越长，因此温度
14、也不宜太低。 催化剂要在一定温度下催化活性最大。 综合以上因素:实际生产中温度一般选择在 700K左右（主要考虑催化剂的活性）。 梯 疆 侣 税 坏 队 独 疫 框 男 抨 缮 孝 乞 絮 豆 瘟 操 糜 迈 败 腹 叮 哼 拍 澎 噎 儿 磅 绞 项 九 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c o m 3、用不用催化剂？ 实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（ 铁触媒），它在700K时活性最高。 分析: 经济效益和社会效益要求化学反应速度要快， 原料的利用率要高，单位时间的产量要高。 濒 享 焊 娥 累 闽 颇 洪 王
15、缴 灸 累 番 琴 福 巢 豁 负 顾 考 羔 慷 筛 聚 芍 缩 明 班 茂 莎 收 赡 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c o m 4、浓度怎么定？ N2 和H2的比例怎么定？ 增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小生 成物的浓度可以使平衡正向移动。从化学平衡的角 度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平 衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2的浓度， 即N2和H2的物质的量比为1：2.8时，更能促进氨的 合成。 实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却 液化分离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使其 保持一定的
16、浓度。即N2和H2的物质的量比为1：2.8 （阅读书本67页） 木 设 二 偶 膜 羔 装 左 嘻 周 酱 嗣 杏 熄 卸 赊 雹 炭 融 螺 逼 刻 炭 丝 躲 棱 洽 笨 裙 周 杆 禄 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c o m 外部条件工业业合成氨的适宜条件 压压强 温度 催化剂剂 浓浓度 研讨的结果 根据反应器可使用的钢材质量 及综合指标来选择压强 适宜温度 700K左右 使用铁触媒作催化剂 N2和H2的物质的量比为1：2.8的投 料比, 氨及时从混合气中分离出去 乐 墅 罗 籍 目 萨 卸 饰 烟 垣 养
17、玻 峙 搪 暑 磷 摘 箔 叔 已 篮 饭 垃 闷 韧 湘 怕 峦 能 拽 柱 冕 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c o m 工业上利用某可逆反应生产产品： 一般要使用催化剂：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； 选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大的 温度； 选择合适的压强：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。 【小结反思】 英 揍 兑 蝎 绕 陶 挽 瑞 咏 尾 贬 弊 芍 嗓 碗 铺 舷 酒 店 龚 枢 诞 术 豌 隘 忿 芳 蚀 秩 迟 娱 卷 第 二
18、章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c o m 课堂练习课堂练习 1在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列变化过 程不能使平衡向右移动的是（ ） （A）不断将NH3分离出来 （B）使用催化剂 （C）采用700K左右的高温 （D）采用21075107Pa的压强 BC 蜀 钮 享 牢 赠 烦 隆 厦 婚 或 匝 繁 键 浩 臃 盆 蚕 扇 借 脂 署 镐 臻 谷 媚 亩 枷 循 拭 晚 毗 冗 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c o m 2、合成氨所需的H
19、2可由煤和水蒸气反应而制得，其 中一步的反应为： CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)（正反应放热）， 下列措施中，能提高CO转化率的是（ ） A、增大压强 B、降低温度 C、增大水蒸气浓度 D、增大CO浓度 BC 3、在合成氨时，可以提高H2转化率的措施是（ ） (A)延长反应时间 (B)充入过量H2 (C)充入过量N2 (D)升高温度 C 逊 胃 恋 太 翅 怕 捧 早 养 柏 撒 幌 询 冷 塑 肤 伎 记 低 喉 璃 葡 渭 失 美 嘻 坞 各 趾 阑 稀 朗 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c
20、o m 4、关于氨的合成工业的下列说法正确的是 （ ） (A)从合成塔出来的气体，其中氨一般占15%，所以生产氨 的工业的效率都很低 (B)由于NH3易液化，N2、H2可循环使用，则总的说来氨的 产率很高 (C)合成氨工业的反应温度控制在500 左右，目的是使 平衡向正反应方向进行 (D)合成氨工业采用20 MPa - 50MPa ，是因该条件下催 化剂的活性最好 B 能 驳 切 让 蚀 涤 疥 驮 昧 该 拥 笛 茨 埋 昌 笆 尸 赚 顾 谬 膛 颊 蛇 前 篷 纤 膝 苹 迷 炒 辫 监 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d
21、u . c o m 5.对于反应: 2SO2(g)+O2 (g) 2SO3 (g) 下列判断正确的是( ) A.2体积SO2和足量O2反应,必定生成2体积SO3 B.其他条件不变,增大压强,平衡向右移动 C.平衡时, SO2消耗速率必定等于O2的生成速率 的两倍 D.平衡时, SO2浓度必定等于O2浓度的两倍. BC 枫 哟 腺 激 曳 氏 宰 铀 霞 汲 分 授 其 舍 胶 怔 曹 绝 夏 岿 盆 怯 卡 诀 瘦 黎 莲 泌 埠 失 周 素 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c o m 已知2SO2(g)+O2(g)
22、2SO3 (g) H0其 实验数据见表 (1) 应选用的温度是_。 (2)应采用的压强是_，理由是_ (3)_ _。 450 常压因为常压下SO2 的转化率已经很高，若采用较大压强，SO2的转化率提 高很少，但需要的动力更大，对设备的要求更高。 尖 兰 跟 嗜 阅 噬 撰 竿 俱 扳 冶 柠 电 右 涂 嘱 昌 光 失 啼 住 咬 隶 渗 北 坦 叁 铜 匪 堤 箔 俗 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c o m 作业:书本70页第2题 练习册:31、32页 梨 峻 友 谢 敖 恬 际 末 代 迷 蠕 绩 邯 拇 崭 神 己 抒 塑 庇 救 航 霍 墟 咋 浆 十 肘 粱 碗 字 捐 第 二 章 化 学 反 应 的 方 向 限 度 和 速 率 w w w . d e a r e d u . c o m