2.3 工业合成氨 课件-2026-2027学年高二上学期化学苏教版选择性必修1

工业合成氨 苏教版 《化学反应原理》 化学反应条件的优化—— 专题二 第三单元 化学平衡的移动 1 学习目标 1.了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件； 2.了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异，提高实际应用能力； 3.通过对合成氨适宜条件的分析，认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要作用。通过对合成氨适宜条件的研究选择，学会把握主要矛盾、统筹兼顾解决问题的能力，培养理论联系实际的能力，从而赞赏化学科学对个人生活和社会发展的贡献。 PART 01 导 《饥饿的苏丹》—— 凯文 卡特 3 自然固氮 生物固氮 人工固氮 PART 01 导 重走固氮路——领略魅力化学 1898年，英国皇家学会会长克鲁克斯发出“向空气要氮肥”的号召，呼吁全世界的化学家致力于人工固氮的研究。 克鲁克斯 PART 01 导 重走固氮路——领略魅力化学 1898年 德国化学家弗兰克等人研究出氮气、碳化钙、水蒸气制氨气，并设立工厂，但生产成本较高。 PART 02 思 重走固氮路——领略魅力化学 【学习任务一】选择合适的工业反应 【问题】工业上选择哪种方法进行固氮，你的理由是？ ①氧化法：N2(g)+O2(g)==2NO(g) △H=+180.5kJ/mol ; △S=+247.7J·mol-1·K-1 △H=-92.4kJ/mol ; △S=-198.2J·mol-1 · K-1 常温下(298K)，K=5.0×108 ②还原法：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 常温下(298K),K=3.8×10-31 6 PART 02 议 重走固氮路——领略魅力化学 【学习任务一】选择合适的工业反应 【问题】工业上选择哪种方法进行固氮，你的理由是？ ①氧化法：N2(g)+O2(g)==2NO(g) △H=+180.5kJ/mol ; △S=+247.7J·mol-1·K-1 △H=-92.4kJ/mol ; △S=-198.2J·mol-1 · K-1 常温下(298K)，K=5.0×108 ②还原法：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 常温下(298K),K=3.8×10-31 7 PART 04 展&评 【问题】工业上选择哪种方法进行固氮，你的理由是？ ①氧化法：N2(g)+O2(g)==2NO(g) △H=+180.5kJ/mol ; △S=+247.7J·mol-1·K-1 △H=-92.4kJ/mol; △S=-198.2J·mol-1 · K-1 常温下(298K)，K=5.0×108 ②还原法：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 常温下(298K),K=3.8×10-31 常温下，△G>0，反应不能自发进行 常温下，△G<0，反应能自发进行 且反应进行程度大 【学习任务一】选择合适的工业反应 PART05 思 重走固氮路——领略魅力化学 1902年~1909年，哈伯致力于用氮气和氢气合成氨气的研究，他在实验室用氮气和氢气在600 ℃、20 MPa下得到了氨，但是产率只有2%。之后他又进行了大量的实验，最终把氨的含量提高到6%，实现了工业化生产的可能性，并于1918年获得诺贝尔化学奖。 请根据合成氨反应特点，思考如何通过选择反应条件加快反应速率和提高平衡混合物中氨的含量。 【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件 PART05 议 重走固氮路——领略魅力化学 【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件 对合成氨的影响 影响因素 浓度 温度 压强 催化剂 增大合成氨的反应速率 提高平衡混合物中氨的含量 【理论分析】根据合成氨反应特点，如何通过选择反应条件加快反应速率和提高平衡混合物中氨的含量。 PART05 展 & 评 重走固氮路——领略魅力化学 【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件 对合成氨的影响 影响因素 浓度 温度 压强 催化剂 增大合成氨的反应速率 提高平衡混合物中氨的含量 【原理分析】根据合成氨反应特点，如何通过选择反应条件加快反应速率和提高平衡混合物中氨的含量。 增大 升高 增大 使用催化剂 C(N2)：C(H2)=1：3 降低 增大 不影响 PART 06 展&评 【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件 【数据分析】表中的实验数据是在不同温度、压强下，平衡混合物中氨的含量的变化情况(初始时氮气和氢气的体积比是1∶3)。 PART 07 思 【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件—— V的角度 常温下(298K)，K=5.0×108 185℃(458K)， K=1 500℃(800K)，K=3.2×10-5 PART 02 议 【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件—— V的角度 常温下(298K)，K=5.0×108 185℃(458K)， K=1 500℃(800K)，K=3.2×10-5 解决思路：在低温下提高反应速率！ ——催化剂 ——活化能高 PART 07 展&评 【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件 常温下(298K)，K=5.0×108 185℃(458K)， K=1 500(800K)，K=3.2×10-5 解决思路：在低温下提高反应速率！ ——催化剂 哈伯——锇或铀做催化剂 博施——铁触媒（速率提高1012倍)（2500种配方20000多次试验） 【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件—— V的角度 活性温度是500℃ PART 07 思 【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件—— V的角度 实验研究表明，在特定条件下，合成氨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) Q1：关系式中各物质的浓度对反应速率有哪些影响？ Q2：增大哪种物质的浓度对反应速率的提高最有效？ Q3：工业上反应气n（N2）：n（H2）1：3 VS 1：2.8 ？ Q4：工业上及时分离出氨气的目的是什么？如何分离？ PART 07 议 【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件—— V的角度 实验研究表明，在特定条件下，合成氨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) Q1：关系式中各物质的浓度对反应速率有哪些影响？ Q2：增大哪种物质的浓度对反应速率的提高最有效？ Q3：工业上反应气n（N2）：n（H2）1：3 VS 1：2.8 ？ Q4：工业上及时分离出氨气的目的是什么？如何分离？ 鲁教版课本P78 氮的吸附分解所需的活化能最高，是控制总反应速率的关键步骤 埃特尔揭开了合成氨的“天机”，推动了表面化学动力学的发展。 Q3：工业上反应气n（N2）：n（H2）1：3 VS 1：2.8 ？ Q4：工业上及时分离出氨气的目的是什么？如何分离？ 【学习任务二】寻找工业合成氨的适宜条件—— V的角度 PART 07 展&评 PART 08 思 【学习任务三】合成氨生产工业流程 PART 08 展&评 【小结】合成氨生产工业流程 新鲁科80页 PART 09 总结 建构化工生产中适宜条件选择的分析思路模型 明确目的 确定反应 原理分析 实验摸索 化学平衡 反应速率 设备可行 成本核算 可行性 找条件 ②化学反应的限度 ③化学反应的速率 生产的高效益 生产的高效率 ④生产条件对生产设备的要求等投资成本 经济效益 ①化学反应的方向 生产的科学性 1918年， 德国化学家哈伯，锇或铀做催化剂，获诺贝尔化学奖。 1931年，德国化学家博施，铁触媒（V提高1012倍)，获诺贝尔化学奖。 2016年，中国，新型催化剂 1 MPa 350 ℃ 2007年，德国化学家埃特尔，发现哈博—博施合成法的作用机理，推动了表面化学动力学的发展，获诺贝尔化学奖。 PART 09 总结 重走固氮路——领略魅力化学 数风流人物，还看今朝 探索不曾止步 ...... 聆 听 谢 谢 世界因化学而美丽，生活因化学而精彩！ 23 $