高中化學(xué)化學(xué)反應(yīng)條件優(yōu)化——工業(yè)合成氨P(pán)PT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1高中化學(xué)化學(xué)反應(yīng)條件優(yōu)化高中化學(xué)化學(xué)反應(yīng)條件優(yōu)化工業(yè)合工業(yè)合成氨成氨于于1931年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 于于1918年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng) 于于2007年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)格哈德格哈德.埃特爾埃特爾第1頁(yè)/共25頁(yè)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)已知已知298K時(shí)時(shí): H= -92.2KJmol-1 S = -198.2JK-1mol-1 第2頁(yè)/共25頁(yè) 增大化學(xué)反應(yīng)速率增大化學(xué)反應(yīng)速率單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)率高單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)率高增大化學(xué)反應(yīng)限度增大化學(xué)反應(yīng)限度原料的利用率高原料的利用率高另外還要考慮生產(chǎn)中的另外還要考慮生產(chǎn)中的消耗能源消耗能源、原料來(lái)源原料來(lái)

2、源、設(shè)備條件設(shè)備條件、環(huán)境保護(hù)環(huán)境保護(hù)等因素。等因素。第3頁(yè)/共25頁(yè)溫故知新溫故知新影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的重要因素有哪些的重要因素有哪些? 化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)反應(yīng)速率 化學(xué)平衡化學(xué)平衡氣體壓強(qiáng)氣體壓強(qiáng)溫度溫度催化劑催化劑反應(yīng)物濃反應(yīng)物濃度度溫度越高溫度越高,反應(yīng)速反應(yīng)速率越大率越大壓強(qiáng)越大壓強(qiáng)越大,反應(yīng)速反應(yīng)速率越大率越大催化劑加快反應(yīng)速催化劑加快反應(yīng)速率率反應(yīng)物濃度越大反應(yīng)物濃度越大,反反應(yīng)速率越大應(yīng)速率越大升高溫度升高溫度,平衡向吸平衡向吸熱反應(yīng)方向移動(dòng)熱反應(yīng)方向移動(dòng)增大壓強(qiáng)增大壓強(qiáng),平衡向氣體平衡向氣體體積減小的方向移動(dòng)體積減小的方向移動(dòng)催化劑對(duì)平衡無(wú)影響

3、催化劑對(duì)平衡無(wú)影響增大反應(yīng)物濃度增大反應(yīng)物濃度,平平衡正向移動(dòng)衡正向移動(dòng)第4頁(yè)/共25頁(yè)反應(yīng)物的濃反應(yīng)物的濃度度催化劑催化劑溫度溫度壓強(qiáng)壓強(qiáng)增大反應(yīng)速率增大反應(yīng)速率外界條件外界條件增大反應(yīng)限度增大反應(yīng)限度平衡分析平衡分析【學(xué)以致用學(xué)以致用】 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H= -92.2KJmol-1第5頁(yè)/共25頁(yè) 研討的內(nèi)容研討的內(nèi)容研討的問(wèn)題研討的問(wèn)題 學(xué)習(xí)小組學(xué)習(xí)小組1、既然增大壓強(qiáng)既可提高反、既然增大壓強(qiáng)既可提高反應(yīng)速率，又可提高氨的產(chǎn)量，應(yīng)速率，又可提高氨的產(chǎn)量，那么在合成氨工業(yè)中壓強(qiáng)是否那么在合成氨工業(yè)中壓強(qiáng)是否越大越好？越大越好？壓強(qiáng)怎么定？壓強(qiáng)怎么定？2、既然降低

4、溫度有利于平衡、既然降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動(dòng)，那么生向生成氨的方向移動(dòng)，那么生產(chǎn)中是否溫度越低越好？產(chǎn)中是否溫度越低越好？3、 催化劑對(duì)化學(xué)平衡的移動(dòng)催化劑對(duì)化學(xué)平衡的移動(dòng)沒(méi)有影響，沒(méi)有影響， 在合成氨工業(yè)中在合成氨工業(yè)中要要不要使用催化劑不要使用催化劑，為什么？，為什么？溫度怎么選擇？溫度怎么選擇？要不要用催化要不要用催化劑？劑？討論結(jié)束后，討論結(jié)束后，1、2、3組分組分別展示第別展示第1、2、3個(gè)問(wèn)題答案；個(gè)問(wèn)題答案；4、5、6組分組分別對(duì)別對(duì)1、2、3組進(jìn)行評(píng)價(jià)補(bǔ)組進(jìn)行評(píng)價(jià)補(bǔ)充。充。第6頁(yè)/共25頁(yè)1組展示、組展示、4組進(jìn)行評(píng)價(jià)補(bǔ)充。組進(jìn)行評(píng)價(jià)補(bǔ)充。第7頁(yè)/共25頁(yè)2組展示、

5、組展示、5組進(jìn)行評(píng)價(jià)補(bǔ)充。組進(jìn)行評(píng)價(jià)補(bǔ)充。第8頁(yè)/共25頁(yè)催化劑對(duì)合成氨反應(yīng)速率的影響條件條件Ea /KJ.mol-1k(催催)/k(無(wú)無(wú))反應(yīng)速反應(yīng)速率常數(shù)率常數(shù)無(wú)催化劑無(wú)催化劑3353.41012(700k)使用使用Fe催化劑催化劑167 使用催化劑可使合成氨反應(yīng)使用催化劑可使合成氨反應(yīng) 的速率提高的速率提高上萬(wàn)億倍上萬(wàn)億倍。【數(shù)據(jù)支持】第9頁(yè)/共25頁(yè)3組展示、組展示、6組進(jìn)行評(píng)價(jià)補(bǔ)充。組進(jìn)行評(píng)價(jià)補(bǔ)充。第10頁(yè)/共25頁(yè)外部條件外部條件工業(yè)合成氨選擇的適宜條件工業(yè)合成氨選擇的適宜條件壓強(qiáng)壓強(qiáng)催化劑催化劑溫度溫度課本68頁(yè)第二自然段研討的結(jié)果？第11頁(yè)/共25頁(yè)一定溫度壓強(qiáng)下、氮?dú)狻錃獾?/p>

6、投料比與平衡時(shí)氨氣含量的關(guān)系一定溫度壓強(qiáng)下、氮?dú)?、氫氣的投料比與平衡時(shí)氨氣含量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)研究表明研究表明，在特定條件，在特定條件下，合成氨反應(yīng)的速率與反下，合成氨反應(yīng)的速率與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系為應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系為: =C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3) 【分析分析】（1）各物質(zhì)的濃度對(duì)反應(yīng)速率有哪些影響各物質(zhì)的濃度對(duì)反應(yīng)速率有哪些影響？（2）增大哪種反應(yīng)物的濃度對(duì)反應(yīng)速率影響）增大哪種反應(yīng)物的濃度對(duì)反應(yīng)速率影響更大一些？氨為什么要及時(shí)分離？更大一些？氨為什么要及時(shí)分離？（3）氮?dú)夂蜌錃馔读媳葹槭裁词牵┑獨(dú)夂蜌錃馔读媳葹槭裁词?1:2.8 ? （4）氮?dú)鈿錃鉃槭裁囱h(huán)使用？）

7、氮?dú)鈿錃鉃槭裁囱h(huán)使用？閱讀課本第閱讀課本第67頁(yè)最后頁(yè)最后一自然段一自然段至至68頁(yè)頁(yè)第12頁(yè)/共25頁(yè)條件條件工業(yè)合成氨的適宜條件工業(yè)合成氨的適宜條件壓強(qiáng)壓強(qiáng)催化劑催化劑溫度溫度表四研討的結(jié)果 適宜溫度適宜溫度 700K左右左右使用鐵觸媒作催化劑使用鐵觸媒作催化劑氮?dú)夂蜌錃馔读媳鹊獨(dú)夂蜌錃馔读媳?:2.8氨及時(shí)分離、氮?dú)鈿錃庋h(huán)利用氨及時(shí)分離、氮?dú)鈿錃庋h(huán)利用濃度濃度 高壓高壓 107-108Pa第13頁(yè)/共25頁(yè)加加壓壓抽離液氨抽離液氨分離液氨分離液氨除去氣體中的除去氣體中的油霧、水，防油霧、水，防止催化劑中毒止催化劑中毒第14頁(yè)/共25頁(yè)合成氨車間外貌合成氨車間外貌第15頁(yè)/共25頁(yè)第

8、16頁(yè)/共25頁(yè)第17頁(yè)/共25頁(yè)第18頁(yè)/共25頁(yè)*一般要一般要使用催化劑使用催化劑： * *選擇選擇合適的溫度合適的溫度：* *選擇選擇合適的壓強(qiáng)合適的壓強(qiáng)： 【小結(jié)小結(jié)反思反思】 這樣可以大大加快化學(xué)反應(yīng)這樣可以大大加快化學(xué)反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟(jì)效益；速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟(jì)效益； 既要考慮化學(xué)反應(yīng)速率和化既要考慮化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡，還要考慮動(dòng)力、材料、設(shè)備等。學(xué)平衡，還要考慮動(dòng)力、材料、設(shè)備等。該溫度是催化劑活性最大的溫度該溫度是催化劑活性最大的溫度；工業(yè)生產(chǎn)中化學(xué)反應(yīng)條件優(yōu)化的原則：工業(yè)生產(chǎn)中化學(xué)反應(yīng)條件優(yōu)化的原則：第19頁(yè)/共25頁(yè)合成氨反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng)

9、合成氨反應(yīng)是一個(gè)可逆反應(yīng): N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)已知已知常溫常溫時(shí)時(shí): H= -92.2KJmol-1 S = -198.2JK-1mol-1常溫常溫下合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)下合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)K為為.（molL-1)-2【信息支持】從反應(yīng)條件的選擇的角度分析從反應(yīng)條件的選擇的角度分析:你認(rèn)為合成氨工業(yè)的發(fā)展方向是怎樣的？你認(rèn)為合成氨工業(yè)的發(fā)展方向是怎樣的？溫度溫度催化劑催化劑哈伯哈伯900K鋨鋨現(xiàn)在現(xiàn)在700K鐵鐵第20頁(yè)/共25頁(yè)盧嘉錫盧嘉錫第21頁(yè)/共25頁(yè)遷移應(yīng)用遷移應(yīng)用：已知2SO2(g)+O2(g) 2SO3 (g) H0 其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表（1 1）從理論上分析，

10、為了）從理論上分析，為了使二氧化硫盡可能轉(zhuǎn)化為三氧化使二氧化硫盡可能轉(zhuǎn)化為三氧化 硫硫，可控制的條件是，可控制的條件是 （高、低？）溫，（高、低？）溫， （高、低？）壓（高、低？）壓（2）實(shí)際生產(chǎn)中，選定實(shí)際生產(chǎn)中，選定400400500500作為操作溫度其原因作為操作溫度其原因是是 。（3）實(shí)際生產(chǎn)中，采用的壓強(qiáng)為常壓，其原因是實(shí)際生產(chǎn)中，采用的壓強(qiáng)為常壓，其原因是 。 （4）在生產(chǎn)中，通入過(guò)量空氣的目是在生產(chǎn)中，通入過(guò)量空氣的目是 。（5）尾氣中有尾氣中有SOSO2 2必須回收是為了必須回收是為了 。不同壓強(qiáng)不同壓強(qiáng)SO2的轉(zhuǎn)化率（的轉(zhuǎn)化率（%）1.01 110105 5PaPa5.05 510105 5PaPa1.01 110106 6PaPa5.05 510106 6PaPa1.01 110107 7PaPa450097.5%98