高中化學 2.4化學反應(yīng)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(yīng)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(dǎo)航]1.認識合成氨的化學原理。2.應(yīng)用化學平衡和化學反應(yīng)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(yīng)的特點(1)能自發(fā)進行。(2)正反應(yīng)是熱反應(yīng)。(3)正反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量的反應(yīng)。(4)可逆反應(yīng)。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(yīng)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(yīng)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(yīng)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(yīng)的活化能,加快化學反應(yīng)的速率。,增大,升高,降低,三、合成氨的適宜條件1.合成氨反應(yīng)條件的選擇原則(1)盡量增大反應(yīng)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(yīng)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(yīng)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。,700K,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(yīng)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(yīng)C.500℃左右比室溫更有利于合成氨的反應(yīng)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(yīng)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700K,不采用低溫操作的理由是溫度低時反應(yīng)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700K左右的溫度的原因是溫度升高,不利于提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率,溫度過低,反應(yīng)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(yīng)速率,而實際采用的最高壓強為8.5107~1108Pa,不采用更高的壓強,其原因是:實際生產(chǎn)中,應(yīng)根據(jù)反應(yīng)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?73K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________。①1molN2+3molH2②2molN2+3molH2③1molN2+4molH2④1molN2+4molH2+0.5molNH3,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(yīng)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(yīng)的特點:從可逆性、反應(yīng)前后氣體系數(shù)的變化、焓變?nèi)齻€角度分析。2.根據(jù)反應(yīng)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(yīng)條件進行優(yōu)化選擇時,要運用反應(yīng)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(yīng)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(yīng)體系中分離出氨氣有利于平衡向正反應(yīng)方向移動,答案B解析合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng),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(yīng)速率,縮短反應(yīng)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(yīng)速率考慮,合成SO3需要加入催化劑和升溫,加壓;從增大反應(yīng)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(yīng)的反應(yīng)特點。②把外界條件對化學反應(yīng)速率和化學平衡的影響和實際情況有機結(jié)合起來。,- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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