高中化學 2.4化學反應條件的優(yōu)化 工業(yè)合成氨課件 魯科版選修4.ppt

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,,,第4節(jié) 化學反應條件的優(yōu)化 ——工業(yè)合成氨,高中化學·選修4·魯科版,[目標導航] 1.認識合成氨的化學原理。2.應用化學平衡和化學反應速率的有關(guān)知識選擇合成氨的條件。3.了解合成氨生產(chǎn)的主要流程。4.了解工業(yè)條件選擇的依據(jù)和原則。,,,,,2．合成氨反應的特點 (1)能自發(fā)進行。 (2)正反應是 熱反應。 (3)正反應是氣體物質(zhì)的量 的反應。 (4)可逆反應。 3． 溫度、 壓強有利于化學平衡向生成NH3的方向移動；在一定溫度、壓強下，反應物N2、H2的體積比為 時，平衡混合物中NH3的含量最高。,放,減小,降低,增大,1∶2.8,二、合成氨反應的速率 1． N2或H2的濃度，減小NH3的濃度，都有利于提高合成氨反應的速率。 2． 溫度有利于提高合成氨的速率。 3．加入合適的催化劑能 合成氨反應的活化能，加快化學反應的速率。,增大,升高,降低,三、合成氨的適宜條件 1．合成氨反應條件的選擇原則 (1)盡量增大反應物的 ，充分利用原料； (2)選擇較快的 ，提高單位時間內(nèi)的產(chǎn)量； (3)考慮設(shè)備的要求和技術(shù)條件。,轉(zhuǎn)化率,化學反應速率,低壓,中壓,高壓,越大,(2)溫度 ①適宜條件： 左右。 ②理論依據(jù)：該溫度下催化劑的活性 ，反應速率比較快，氨的含量也相對較高。 (3)催化劑 適宜條件：以 為主的多成分催化劑。,700 K,最強,鐵,(4)濃度 ①適宜條件：N2和H2按物質(zhì)的量之比1∶2.8時混合，適時分離出 。 ②理論依據(jù)：適當提高 的濃度，來提高H2的轉(zhuǎn)化率。 (5)其他 為了提高原料的 ，未反應的N2和H2循環(huán)使用并及時補充N2和H2。,氨氣,N2,利用率,1．(選一選) 下列有關(guān)合成氨工業(yè)的敘述，可用勒·夏特列原理來解釋的是 ( ) A．使用鐵觸媒，使N2和H2混合氣體有利于合成氨 B．高壓比常壓條件更有利于合成氨的反應 C．500 ℃左右比室溫更有利于合成氨的反應 D．合成氨時采用循環(huán)操作，可提高原料的利用率,答案 B 解析 催化劑不影響平衡移動；合成氨采用500 ℃是綜合考慮反應速率和轉(zhuǎn)化率及催化劑的活性溫度；采用循環(huán)操作與平衡移動無關(guān)。,(2)溫度越低越利于合成氨平衡正向移動，工業(yè)合成氨采用700 K，不采用低溫操作的理由是溫度低時反應速率小，單位時間內(nèi)NH3的產(chǎn)量低。 (3)試分析實際生產(chǎn)中采取700 K左右的溫度的原因是溫度升高，不利于提高反應物的轉(zhuǎn)化率，溫度過低，反應速率小，單位時間內(nèi)NH3的產(chǎn)量低。并且在此溫度時，催化劑的活性最大。,(4)壓強越大越有利于合成氨平衡正向移動和提高反應速率，而實際采用的最高壓強為8.5×107～1×108Pa，不采用更高的壓強，其原因是：實際生產(chǎn)中，應根據(jù)反應設(shè)備可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標來選擇壓強。采用更高的壓強，對設(shè)備和材料的要求越高，需要的動力越大，會增加投資和能量消耗，不經(jīng)濟。,3．(填一填)在容積相同的四個容器中，按下列要求充入各氣體，并加入適當?shù)拇呋瘎?，?73 K時分別建立平衡，四種情況下H2的轉(zhuǎn)化率由大到小的順序是________。 ①1 mol N2＋3 mol H2 ②2 mol N2＋3 mol H2 ③1 mol N2＋4 mol H2 ④1 mol N2＋4 mol H2＋ 0.5 mol NH3,答案 ②＞①＞③＞④ 解析 ②是在①中增加N2，故H2的轉(zhuǎn)化率增大，即②＞①。③是在①中增加H2，故H2的轉(zhuǎn)化率減小，即①＞③。而④是在③基礎(chǔ)上增加氨，平衡向逆反應方向移動，H2的轉(zhuǎn)化率變小，有③＞④。由此可知H2的轉(zhuǎn)化率由大到小的順序為②＞①＞③＞④。,工業(yè)生產(chǎn)中選擇適宜生產(chǎn)條件的思路 1．分析化學反應的特點：從可逆性、反應前后氣體系數(shù)的變化、焓變?nèi)齻€角度分析。 2．根據(jù)反應特點具體分析外界條件對速率和平衡的影響。 3．從速率和平衡的角度進行綜合分析，再充分考慮實際情況，選出適宜的外界條件。,[關(guān)鍵提醒] 對化工生產(chǎn)中的化學反應條件進行優(yōu)化選擇時，要運用反應速率與化學平衡移動原理，同時考慮生產(chǎn)中的設(shè)備材料、動力要求、催化劑等因素。,【例1】 關(guān)于工業(yè)合成氨的敘述中，錯誤的是 ( ) A．在動力、設(shè)備、材料允許的情況下，反應盡可能在高壓下進行 B．溫度越高越有利于工業(yè)合成氨 C．在工業(yè)合成氨中N2、H2的循環(huán)利用可提高其利用率，降低成本 D．及時從反應體系中分離出氨氣有利于平衡向正反應方向移動,答案 B 解析 合成氨的反應為放熱反應，溫度越高，NH3的產(chǎn)率越低，溫度太高會影響催化劑的催化效果。,(1)從理論上分析，為了使二氧化硫盡可能轉(zhuǎn)化為三氧化硫，可控制的條件是____________________________________。 (2)實際生產(chǎn)中，選定400～500 ℃作為操作溫度，其原因是__________________________________________________。 (3)實際生產(chǎn)中，采用的壓強為常壓，其原因是____________ __________________________________________________。 (4)在生產(chǎn)中，通入過量空氣的目的是___________________ __________________________________________________。 (5)尾氣中有SO2必須回收是為了_______________________。,答案 (1)低溫、高壓 (2)該溫度是催化劑的活性最強的溫度，選擇此溫度可提高反應速率，縮短反應達到平衡所需要的時間 (3)因為在常壓下，400～500 ℃時，SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高了，若再加壓，對設(shè)備及動力系統(tǒng)要求高，加大了成本和能量消耗，不經(jīng)濟 (4)增大氧氣的濃度，使平衡向生成SO3的方向移動，提高SO2的轉(zhuǎn)化率 (5)減少對環(huán)境的污染,解析 從提高反應速率考慮，合成SO3需要加入催化劑和升溫，加壓；從增大反應物的轉(zhuǎn)化率方面考慮，合成SO3需低溫，加壓，通入廉價空氣；從表中數(shù)據(jù)和設(shè)備材料的要求以及催化劑的活性方面綜合考慮，選擇最適宜條件。,[反思感悟] 解答適宜條件選擇題關(guān)注兩點： ①抓住本反應的反應特點。②把外界條件對化學反應速率和化學平衡的影響和實際情況有機結(jié)合起來。,