第2章 第4节 化学反应条件的优化--工业合成氨2023-2024学年高二上学期化学鲁科版（2019）选择性必修1

第4节 化学反应条件的优化 — 工业合成氨 高中化学·选择性必修一 1 复习回顾 影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些? 化学反应速率 化学平衡 温度 气体压强 催化剂 浓度 温度越高， 反应速率越大 压强越大， 反应速率越大 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，平衡向气态物质系数减小的方向移动 催化剂对平衡无影响 增大反应物浓度，平衡正向移动 1、应用化学反应速率和化学平衡原理,选择合成氨的适宜条件。 2、应用化学原理选择化工生产条件的思想和方法。 3、通过合成氨条件的分析，认识化学反应速率和化学平衡的控制在工业生产中的重要作用。 重点难点 联系实际工业生产，合成氨适宜条件的选择 素养目标 英国科学家 克鲁克斯 重走固氮路 环节一 1898年→德国化学家富兰克林等人研究出氮气、碳化钙、水蒸 气制氨气，并设立工厂，但生产成本较高 1898年→英国科学家克鲁克斯发出“向空气要氮肥”的号召 方案一 方案二 【思考】你选择哪套方案实现固氮？Why？ =-33.1KJ·mol-1＜0 =+53.3KJ·mol-1＞0 哈伯的实验室装置 合成氨工厂模型 如何优化合成氨 的反应条件？ 1909年→“哈伯-博施法”合成氨 哈伯完成了合成氨的基础开发工作，博施实现了合成氨的工业化，两人先后获得诺贝尔奖 1902年→哈伯研究N2、H2合成氨气 德国化学家 哈伯 重走固氮路 环节一 如何提高综合经济效益 合成氨气的速率 合成氨气的限度（平衡移动、转化率） 生产成本、动力、材料、设备等对上述理论探讨进一步论证 理论 实际 工业合成氨反应条件的控制 一、合成氨反应的限度 环节二 (温度、浓度、压强等) ①△S＜0 ②△H＜0 ③△vg＜0 降低温度 温度(℃) 压强(atm) 氨的体积分数 （%） 400 ℃，500atm 增大压强 一、合成氨反应的限度 观察下图，寻找合适的投料比 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 NH3% N2:H2 N2与H2的投料比为1:3 1.你认为可以通过控制哪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反应的物质的浓度的关系为: 请你根据关系式分析：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？ 3.请根据表2-4-1所给数据分析催化剂对合成氨反应速率的影响。 二、合成氨反应的速率 自主探究 合作解疑 合作解疑1 你认为可以通过控制哪些反应条件来提高合成氨反应的速率？ v 温度 浓度 压强 催化剂 (1)升高温度； (2)增大压强； (3)增大反应物浓度； (4)使用催化剂 2.实验研究表明，在特定条件下，氨的合成反应的速率与参与反应的物质浓度的关系式为 
 v=kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3) 根据该关系式分析∶ 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?
 1、氨的合成反应的速率与氮气浓度的1次方成正比，与氢气浓度的1.5次方成正比，与氨气浓度的1次方成反比。 2.应在反应达到一定转化率时，将氨从混合气中分离出去。 结论： 合作解疑2 催化剂对氨的合成反应速率的影响 合作解疑3 使用催化剂可以使合成氨反应的速率提高上万亿倍。因此，要实现合成氨的工业化生产，使用适宜的催化剂是最有效的途径。 结论： 三、合成氨生产的适宜条件 使NH3生产得快（速率分析） 外界 条件 压强 温度 催化剂 反应物浓度 使NH3生产得多（平衡分析） 外界 条件 压强 温度 催化剂 反应物浓度 高压 高温 使用 增大浓度 低温 高压 增大浓度 无影响 矛盾 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 （1）要使氨生成得更多（即提高平衡混合物里氨的含量） （2）要使氨生成得更快（即提高单位时间里氨的产量） 多 快 化学平衡 反应速率 如生产设备所需材料的要求 注意环境保护，反应物利用率接近百分之百 好 省 绿色化学 降低成本 综合理论和实际两方面,在工业合成氨的过程中我们需要关注哪些问题？ 4:00 2:59 2:58 2:57