高中化學-化學反應條件的優(yōu)化-工業(yè)合成氨教學課件設計

化學反應條件的優(yōu)化

——工業(yè)合成氨科學技術出版社普通高中化學教科書選擇性必修1·化學反應原理第2章第4節(jié)主講人：單位：通過對工業(yè)合成氨反應條件的優(yōu)化：學習目標形成從物質轉化及反應方向、限度、快慢等多個角度綜合分析，綜合節(jié)約成本、循環(huán)利用、保護環(huán)境等觀念解決實際問題的基本思路;建構認識化學反應的三角模型；體會反應方向、反應限度和反應速率相關知識的應用價值，

增強將化學反應原理利用于生產、生活的意識，提高理論聯(lián)系實際的能力。N2(g)+3H2(g)2NH3(g)諾貝爾獎與工業(yè)合成氨合成氨反應是一個可逆反應:

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已知298K時:△H=-92.2kJ·mol-1△S=-198.2J·K-1·mol-1任務：根據(jù)反應的焓變和熵變計算在298K時合成氨反應能否正向自發(fā)進行？探究一：合成氨反應的方向

ΔH－TΔS＝-92.2kJ·mol-1－298K×（-198.2×10-3J·mol-1·K-1）＝-33.1kJ·mol-1

ΔH－TΔS＜0任務：1合成氨反應有什么特點？2利用平衡移動的知識分析什么條件有利于后的氨的合成？探究二：合成氨反應的限度

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92.2kJ·mol-1可逆反應正反應放熱氣體體積減小平衡混合物中氨的含量與溫度、壓強的關系降低溫度增大壓強1:11:21:31:41:51:60.60.50.40.30.20.1NH3%n（N2:H2）研究表明，N2與H2的投料比為1:3時，平衡混合物中氨的含量最高。平衡混合物中氨的含量與投料比的關系降低溫度增大壓強增大N2和H2濃度(1:3)減小NH3濃度任務：1合成氨反應有什么特點？2利用平衡移動的知識分析什么條件有利于后的氨的合成？探究二：合成氨反應的限度

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92.2kJ·mol-1可逆反應正反應放熱氣體體積減小降低溫度增大壓強增大N2和H2濃度(1:3)；減小NH3濃度探究三：合成氨反應的速率

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92.2kJ·mol-1任務：可以通過控制哪些反應條件來提高號號號合成氨反應的速率？升高溫度增大壓強增大N2和H2濃度使用催化劑探究三：合成氨反應的速率

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92.2kJ·mol-1任務：可以通過控制哪些反應條件來提高號號號合成氨反應的速率？

合成氨反應速率與參與反應物質濃度的關系：v=kc(N2)·c1.5(H2)·c-1(NH3)升高溫度增大壓強增大N2和H2濃度，減小NH3濃度使用催化劑催化劑對氨的合成反應速率的影響使用催化劑可以顯著降低反應的活化能，加快合成氨反應的速率壓強濃度

溫度方向

低溫催化劑

低溫高溫溫度怎么選？增大N2、H2減小NH3高壓高壓使用使用何種催化劑？壓強越大越好嗎？濃度怎么定？增大N2、H2減小NH3只考慮限度

只考慮速率工業(yè)生產實際探究四：合成氨的適宜條件壓強濃度

溫度方向

低溫催化劑

低溫高溫增大N2、H2減小NH3高壓高壓使用使用何種催化劑？壓強越大越好嗎？濃度怎么定？增大N2、H2減小NH3只考慮限度

只考慮速率工業(yè)生產實際考慮催化劑活性：700K探究四：合成氨的適宜條件壓強濃度

溫度方向

低溫催化劑

低溫高溫增大N2、H2減小NH3高壓高壓使用使用何種催化劑？壓強越大越好嗎？及時補充N2、H2

(N2:H2=1:2.8)，分離NH3NH3液化分離；N2、H2循環(huán)利用增大N2、H2減小NH3只考慮限度

只考慮速率工業(yè)生產實際考慮催化劑活性：700K探究四：合成氨的適宜條件壓強濃度

溫度方向

低溫催化劑

低溫高溫增大N2、H2減小NH3高壓高壓使用使用何種催化劑？及時補充N2、H2

(N2:H2=1:2.8)，液化分離NH3N2、H2循環(huán)利用增大N2、H2減小NH3只考慮限度

只考慮速率工業(yè)生產實際考慮催化劑活性：700K材料設備要求低壓、中壓、高壓探究四：合成氨的適宜條件壓強濃度

溫度方向

低溫催化劑

低溫高溫增大N2、H2減小NH3高壓高壓使用使用何種催化劑？及時補充N2、H2

(N2:H2=1:2.8)，液化分離NH3N2、H2循環(huán)利用增大N2、H2減小NH3只考慮限度

只考慮速率工業(yè)生產實際考慮催化劑活性：700K材料設備要求低壓、中壓、高壓探究四：合成氨的適宜條件壓強濃度

溫度方向

低溫催化劑

低溫高溫考慮催化劑活性：700K增大N2、H2減小NH3高壓高壓使用使用Fe催化劑催化劑中毒：氣體凈化材料設備要求低壓、中壓、高壓及時補充N2、H2

(N2:H2=1:2.8)，液化分離NH3N2、H2循環(huán)利用增大N2、H2減小NH3只考慮限度

只考慮速率工業(yè)生產實際探究四：合成氨的適宜條件概括整合溫度濃度壓強ΔH-TΔS方向速率限度限度溫度濃度催化劑化學反應

壓強適宜條件的選擇溫度、壓強、濃度、催化劑原料、設備、節(jié)能減排等合成氨造氣化學與技術N2和H2循環(huán)利用利用反應產生的熱預熱合成氣凈化在硫酸工業(yè)中，通過反應：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)制取SO3ΔH＝－198kJ·mol－1。(已知制取二氧化硫的催化劑是V2O5,它在673K

~773K效果最好）下表為不同溫度和壓強下SO2的轉化率(%)。鞏固練習p/PaT/K1×105（常壓）5×1051×1065×1061×10772397.598.999.299.699.782385.692.994.997.798.3（1）根據(jù)化學理論綜合分析，為使SO2盡可能轉化為SO3

，可控制的條件（T、P）是,

。（2）實際生產中，選定673K

~773K為操作溫度，其原因是

。（3）實際生產中，采用的壓強為常壓，其原因是

。（4）在生產中，通過通入過量空氣的目的是

。（5）尾氣中有二氧化硫必須回收是為了

。723K,1×107Pa此時催化劑效率最高轉化率已足夠高；壓強顯著增大，轉化效率增幅不大增大氧氣濃度，提高轉化率，增大反應速率防治污染空氣；循環(huán)利用整理筆記制作單位：化學組錄制時間：2020年10月28日END化學反應條件的優(yōu)化

——工業(yè)合成氨山東科學技術出版社普通高中教科書化學

選擇性必修1·化學反應原理第2章化學反應的方向、限度與速率第4節(jié)化學反應條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨主講人：李興單