2.4工业合成氨 课件-2026-2027学年高二上学期化学鲁科版选择性必修1

第4节　化学反应条件的优化 ——工业合成氨 第2章　化学反应的方向、限度与速率 1 [素养发展目标]　 1．能从化学反应限度、快慢的角度讨论化学反应和化工生产条件的选择和优化，形成变化观念与平衡思想的学科核心素养。 2．针对典型案例，提出有效控制反应条件的措施，能综合节约成本、循环利用、保护环境等观念，体验科学态度与社会责任的学科核心素养。 自1784年发现氨以后，人们一直在研究如何利用化学方法由氮气和氢气合成氨，但直到1913年才实现了合成氨的工业化生产。经过研究人员的努力，几十年后建造了日产氨1000吨的大型装置。 化学反应N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g) 看起来十分简单，为什么合成氨的工业化生产会经历如此漫长的发展过程?合成氨工厂为什么需要那么庞大而复杂的生产设备和特殊的生产条件? 联想·质疑 3 化学热力学 化学动力学 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 知识点　工业合成氨适宜条件的选择 1、合成氨反应的特点 在298 K时：N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)　ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·K－1·mol－1。 可逆 减小 <  <  <  能 2．合成氨反应的限度 (1)____________________有利于化学平衡向生成氨的方向移动。 (2)在一定的温度、压强下，反应物氮气、氢气的体积比为______时平衡混合物中氨的含量最高。 降低温度、增大压强 1∶3 3．合成氨反应的速率 (1)提高合成氨反应速率的方法 升高 增大 增大 催化剂 (2)浓度与合成氨反应速率的关系 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)，由关系式可知，______N2或H2的浓度、______NH3的浓度，都有利于提高合成氨反应的速率。 增大 减小 4．合成氨的适宜条件分析 (1)工业生产中，必须从__________和__________两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的________，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的______，同时还要考虑设备的要求和技术条件。 反应速率 反应限度 转化率 产量 (2)工业合成氨的适宜条件 影响因素 选择条件 温度 反应温度控制在___________左右 浓度 N2、H2投料比为________ 压强 1×107～1×108 Pa 催化剂 选择____作为催化剂 700 K 1∶2.8 铁 化工生产适宜条件的选择 (1)依据ΔH－TΔS判断反应的方向。 (2)化工生产适宜条件选择的一般原则 ①从化学反应速率分析，既不能过快，又不能太慢； ②从化学平衡移动分析，既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性； ③从原料的利用率分析，增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本； ④从实际生产能力分析，如设备承受高温、高压能力等； ⑤注意催化剂的活性对温度的限制。 归纳总结 (3)平衡类问题需综合考虑的几个方面 ①原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。化工生产中常常通过增大某一种价廉、易得的反应物的浓度来提高另一种昂贵、稀缺的反应物的转化率，从而降低生产成本； ②原料的循环利用； ③产物的污染处理； ④产物的酸碱性对反应的影响； ⑤气体产物的压强对平衡造成的影响； ⑥改变外界条件对平衡体系的影响。 归纳总结 1．1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列是哈伯法的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是(　　) A．①②③　　　　　B．②④⑤C．①③⑤ D．②③④ B 2．合成氨时，既要使合成氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的办法是(　　) ①减压 ②加压 ③升温 ④降温 ⑤补充N2或H2 ⑥加催化剂　⑦减小N2或H2的量 A．①③⑤　 B．②④⑤ C．②⑤ D．②③⑦ 解析：选C。合成氨的反应N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)是一个反应前后气体的物质的量减小的放热反应。①减压，平衡逆向移动，合成氨的产率减小，反应速率减慢，故①不符合；②加压，平衡正向移动，合成氨的产率增大，反应速率加快，故②符合；③升温，平衡逆向移动，合成氨的产率减小，反应速率加快，故③不符合；④降温，平衡正向移动，合成氨的产率增大，反应速率减慢，故④不符合；⑤补充N2或H2，合成氨的产率增大，反应速率加快，故⑤符合；⑥加催化剂，合成氨的产率不变，反应速率加快，故⑥不符合；⑦减小N2或H2的量，合成氨的产率减小，反应速率减慢，故⑦不符合。 3．下列有关合成氨工业的说法中，正确的是(　　)A．增大H2 的浓度，可提高H2 的转化率B．由于氨易液化，N2、H2 在实际生产中可以循环使用，所以总体来说氨的产率很高C．合成氨工业的反应温度控制在700 K左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动D．合成氨厂采用的压强是1×107～1×108 Pa，因为该压强下催化剂——铁的活性最大 解析：选B。A项，增大H2 的浓度，H2 的转化率减小；C项，合成氨工业的温度控制在700 K左右的目的是催化剂活性最大，且适当提高氨的合成速率；D项，压强采用1×107～1×108 Pa是考虑对设备材料的要求和适当提高氨的合成速率。 $