化学反应条件的优化――工业合成氨课件.ppt

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1、第2章第四节《化学反应条件的优化——工业合成氨》高中化学选修《化学反应原理》回顾一段历史……勒夏特列能斯特氨(NH3)理论计算：高压条件下：N2+3H2＝2NH3爆炸1900年德国物理学家、化学家能斯特理论计算：合成氨是不能进行的！！！热力学数据德国化学家能斯特通过理论计算，认为合成氨是不能进行的。因此人工合成氨的研究又惨遭厄运。后来才发现，他在计算时误用一个热力学数据，以致得到错误的结论。德国皇帝快找哈伯来！！！我要成为百万富翁啦！啦！1908年7月，哈伯在实验室用N2和H2在600℃，200个大气压下合成出氨，产率仅有2%德国化学家弗里茨·哈伯Fri

2、tzHaber赞扬哈伯的人说：他是天使，为人类带来丰收和喜悦，是用空气制造面包的圣人；诅咒他的人说：他是魔鬼，给人类带来灾难、痛苦和死亡，针锋相对、截然不同的评价，同指一人而言，令人愕然；哈伯的功过是非究竟如何，且看这位化学家一生所走的辉煌而又坎坷的道路。第一次世界大战中，哈伯担任化学兵工厂厂长时负责研制、生产氯气、芥子气等毒气，并使用于战争之中，造成近百万人伤亡。化学战1911年到1913年，合成了1000吨液氨，并且用它制造出3500吨烈性炸药TNT讨论1：假如你是一个工厂的厂长，对工业生产你主要应考虑哪些问题？经济效益和社会效益：增大化学反应速率单

3、位时间内产率高增大化学反应限度原料的利用率高另外还要考虑生产中的消耗能源、原料来源、设备条件、环境保护等因素。提高综合经济效益原理探讨实际论证单位时间里提高合成氨的产量（从化学反应的速率考虑）提高平衡混合物中氨的含量（从化学平衡的移动考虑）从生产成本、动力、材料、设备等对上述理论探讨进一步论证，以得出合理的结论。一、合成氨反应的限度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？资料１：交流　研讨２、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？讨论2：请同学们写出合成氨的化学反应方程式，并讨论说明这个反应方程式有什么特点？特点

4、：a、可逆反应b、正反应放热c、正反应是气体体积减小的反应N2+3H22NH3（正反应放热）达到平衡时平衡混合物中NH3的含量（体积分数）[V(N2):V(H2)=1:3]压强/MPaNH3含量/%温度/℃温度升高，氨的含量降低压强增大，氨的含量增大资料１：资料２：氢氮比二、合成氨反应的速率1、结合影响反应速率的因素，思考什么条件能使氨生成得快？升高温度增大压强增大反应物浓度使用催化剂资料３：交流　研讨讨论３：请同学们根据合成氨的特点，从化学反应速率和化学平衡两个角度来综合分析，合成氨应采取什么反应条件？高压高压高温低温使用不影响高压高压高温低温使用不影

5、响一致矛盾★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？★既然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？思考在合成氨工业中要使用催化剂，既然催化剂对化学平衡的移动没有影响，为什么还要使用呢？压强怎么选？分析：①合成氨反应是体积缩小的气体反应，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。②但是压强越大，对设备的要求高、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，实际生产中压强一般选择在200～500大气压之间。思考问题１温度怎么选择？

6、分析：①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。②可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。③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）。思考问题２铁触媒催化能力资料4：用不用催化剂？思考问题３催化剂对合成氨反应速率的影响使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。资料5：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500℃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

7、。思考问题３压强/MPaNH3含量/%温度/℃思考问题４即使在500℃和30MPa时，合成氨平衡混合物中NH3的体积分数也只有26.4%，转化率仍不够大，还可采取什么办法？实验表明，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ν=κC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)资料6：N2+3H22NH3（正反应放热）分析：保持一定的N2、H2浓度，减少氨气　　的浓度，可以提高合成氨的效率和产量。实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化而分离出去；及时补充氮气和氢气，使其保持一定的浓度。思考问题４即使在500℃和30MPa时，合成氨平衡混合物中

8、NH3的体积分数也只有26.4%，转化率仍不够大，还可采取什么办法？还可以在哪些