2.4.1.化学反应条件的调控 《工业合成氨》课件 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

工业合成氨 [图片] 民以食为天 粮食增产 吃不饱 吃的饱 如何使粮食增产呢？ 禾下乘凉梦 改良品种 粮食危机 肥料 2023/10/26 3 制氮肥的原料 环节一——构建化工生产主反应选择思路 1898年，英国科学家克鲁克斯发出了“向空气要氮肥”的号召 氮的固定 N2 氮肥 2023/10/26 4 回顾学过的固氮反应，哪个反应可以实现工业化生产? 说明原因？ 环节一——构建化工生产主反应选择思路 高能 固氮 生物 固氮 N2 + O2 = 2NO N2 + 3H2 2NH3 4 2023/10/26 5 回顾学过的固氮反应，哪个反应可以实现工业化生产? 说明原因？ 环节一——构建化工生产主反应选择思路 5 2023/10/26 6 回顾学过的固氮反应，哪个反应可以实现工业化生产? 说明原因？ 环节一——构建化工生产主反应选择思路 N2 + 3H2 2NH3 1.NH3 可以进一步转化为 被植物吸收和利用; 2.该反应原料来源丰富; 3.合成氨反应 ΔH＜0，ΔS＜0，低温下反应能自发进行; 4.该反应在常温下反应限度较大。 6 2023/10/26 7 著名化学家、中科院资深院士 2008年国家最高科学技术奖获得者 假如没有发明合成氨，以及第一、第二、第三代新农药的技术，世界粮食产量至少要减半，60亿人口中的30亿会被饿死。 ——徐光宪 如何调控反应条件使它满足工业化生产的要求呢? 环节一——构建化工生产主反应选择思路 2023/10/26 8 环节二——选择合成氨反应条件 温故知新：影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些? 影响因素 化学反应速率 化学平衡 气体压强 温度 浓度 催化剂 温度越高,反应速率越大 压强越大,反应速率越大 正催化剂加快反应速率 反应物浓度越大,反应速率越大 升高温度,平衡向吸热方向移动 增大压强,平衡向气体分子数减小的方向移动 催化剂对平衡无影响 增大反应物浓度,平衡正向移动 8 2023/10/26 9 环节二——选择合成氨反应条件 如何从温度、浓度、压强、催化剂角度提高合成氨的反应速率和限度? 理论指导 化学反应速率 化学平衡 气体压强 温度 浓度 催化剂 高压 高温 使用 高压 低温 不影响 增大原料气浓度 分离出氨气 原料循环利用 9 2023/10/26 10 环节二——选择合成氨反应条件 压强的选择： p=10 ～ 30 MPa ΔH =－92. 2 kJ·mol－ 1 N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) 压强的选择 平衡混合物中氨的含量与温度、压强的关系 10 2023/10/26 11 环节二——选择合成氨反应条件 温度的选择 【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.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。 如何面对从理论上分析温度对于限度和速率的影响相互矛盾的问题? ΔH =－92. 2 kJ·mol－ 1 N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) 11 2023/10/26 12 环节二——选择合成氨反应条件 温度的选择 温度的选择： 较高温度 【点睛】速率和限度是工业生产需要考虑的两大核心因素，我们需要统筹兼顾，当二者发生矛盾时，优先调控反应速率，并遵循催化剂活性最大化的原则。 ΔH =－92. 2 kJ·mol－ 1 N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) 工业生产追求的目标： 单位时间产率最大化 12 2023/10/26 13 环节二——选择合成氨反应条件 催化剂的选择 催化剂的选择： 铁触媒 500℃活性最佳 相同时间内氨的含量与温度、催化剂的关系 温度的选择： 较高温度 T=400-500℃ 13 2023/10/26 14 请画出催化剂参与下合成氨反应过程中的能量变化 环节二——选择合成氨反应条件 理解催化剂作用下的反应历程 催化剂参与下合成氨反应能量-反应历程图 两个峰的含义？ 14 2023/10/26 15 多个峰的含义？ 1.加入催化剂之后，活化能大大降低; 2.加入催化剂之后，产生了几个小峰，说明发生了几个反应。 环节二——选择合成氨反应条件 理解催化剂作用下的反应历程 计算机模拟的铁触媒参与下合成氨反应能量-反应历程图 15 2023/10/26 16 断键 成键 吸附 脱附 扩散