1、 第四节 化学反应条件的优化 -工业合成氨 化学反应的方向化学反应的限度化学反应的速率合成氨反应能否自发进行怎样能促使化学平衡向合成氨方向移动怎样能提高合成氨反应速率适宜的合成氨条件工艺流程化学工艺学高压对设备材质、加工制造的要求、温度的催化剂活性的影响等【交流研讨】课本P65 一、合成氨反应的限度 合成氨反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已知298K时:H=-92.2KJmol-1 S=-198.2JK-1mol-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？自发 分析合成氨反应的特点：可逆反应正反应气体的物质的量减小正反应是298K时自发的放热反应熵减小的反
2、应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H-92.2kJ/molS=-198.2JK-1mol-1 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 0.60.50.40.30.20.1NH3%n(N2:H2)2、增大压强1、降低温度3、氮气和氢气的体积比 1：3请利用化学平衡移动的知识分析:什么条件有利于合成氨？【交流研讨】1、你认为可以通过控制那些反应条件来提高合成氨反应的速率？2、实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与各物质的浓度的关系为:=C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)请根据关系式分析：各物质的浓度对反应速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？课本P66 二、
3、合成氨反应的速率 T,C,P,催 增大反应物浓度，减小生成物浓度 3、请你根据下表所给的数据分析催化剂对合成氨反应速率的影响：条件Ea/KJmol-1k(催)/k(无)无催化剂3353.41012(700k)使用Fe催化剂167使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。1.升高温度2.增大压强3.增大 N2、H2 浓度,将氨及时从混合气体中分出去 4.使用催化剂请利用化学反应速率的知识分析:什么条件有利于合成氨？三、合成氨的适宜条件生成物氨的浓度 反应物的浓度催化剂温度压强速率分析外界条件高压高温使用增大浓度减小浓度平衡分析高压低温无影响增大浓度减小浓度 1、压强怎么选？分析：合成氨反应是气
4、体的物质的量减小的反应，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。但是压强越大，对设备的要求高、压缩 H2 和 N2所需要的动力越大，因此选择压强应符合实际科学技术。综合以上两点:根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。实际生产中压强一般选择在11071108Pa之间。2、温度怎么选择？分析：因为正反应是放热反应，所以降低温度有利于平衡正向移动。但是温度越低，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。催化剂要在一定温度下活性才最大。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）。3、用不用催化剂？实际生产中选用
5、铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在700K时活性最高。分析:经济效益和社会效益要求化学反应速率要快,原料的利用率要高，单位时间内的产量要高。4、浓度怎么定？N2 和 H2的比例怎么定？增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高 N2的浓度，即 N2和 H2的物质的量比为1：2.8时，更能促进氨的合成。实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化分离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使其保持一定的浓度。即 N2 和 H2 的物质的量比为 1：2.8（阅读课本67-68页）外部条件工业合成氨的适宜条件
6、压强温度催化剂浓度研讨的结果根据反应器使用的钢材质量及综合指标来选择压强（低、中、高）适宜温度：700K左右使用铁触媒作催化剂N2和H2的物质的量比为1：2.8的投料比,氨及时从混合气中分离出去工业上利用某可逆反应生产产品时：a、一般要使用催化剂：这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益；b、选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大的温度；c、选择合适的压强：既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。【小结反思】1、已知 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H0其实验数据见表(1)应选用的温度是_。(2)应采用的压强是_，理由是_450常压因为常压下SO
7、2的转化率已经很高，若采用较大压强，SO2的转化率提高很少，但需要的动力更大，对设备的要求更高。1、合成氨所需的H2可由煤和水蒸气反应制得，其中一步反应为：CO(g)+H2O（g）CO2(g)+H2(g)（正反应放热），下列措施中，能提高CO转化率的是（）A、增大压强 B、降低温度 C、增大水蒸气浓度 D、增大CO浓度 BC练一练 2.对于反应:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)下列判断正确的是()A.2体积SO2和足量O2反应,必定生成2体积SO3 B.其他条件不变,增大压强,平衡向右移动C.平衡时,SO2消耗速率必定等于O2的生成速率的两倍D.平衡时,SO2浓度必定等于O2浓度的两倍.BC