2022年化学：..《化学反应条件的优化——工业合成氨》.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 第 4 节 化学反应条件的优化工业合成氨学问与技能：.明白如何应用化学反应速率和化学平稳原理分析合成氨的相宜条 件；.明白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 际生产条件的挑选与理论分析的差异；通过对合成氨相宜条件的分析,熟悉化学反应速率和化学平稳的 掌握在工业生产中的重要作用；过程与方法：在化学反应的方向、限度、速率等理论为指导的基础上带领同学选 择相宜的反应条件,引导同学考虑合成氨生产中动力、设备、材料 生产效率等因素,查找工业合成氨生产的正确条件；qGQWFBh4Uy 情感态度与价值观：熟悉化学反应原理在工业生产中的重要作

2、用,提升同学对化学反应 的价值的熟悉,从而称赞化学科学对个人生活和社会进展的奉献；qGQWFBh4Uy 教学重难点： 应用化学反应速率和化学平稳原理挑选合成氨的相宜 条件；课型： 新课 课时支配： 课时 教学过程：【提问】影响化学反应速率和化学平稳的重要因素有哪些？【同学】回答【留意】催化剂只能转变化学反应速率,不能转变化学平稳状态；【老师】今日这节课我们就看看如何利用化学反应的有关学问将一 个化学反应实现工业化,我们以工业合成氨为例；第一我 们看看合成氨的有关背景；qGQWFBh4Uy 【投影】展现弗里茨 哈伯的图像【投影】 弗里茨 哈伯与合成氨 合成氨从第一次试验室研制到工业化投产经受了约

3、 150 年的时间；德国科学家哈伯在10 年的时间内进行了很多次的探究,单是查找高效稳固的催化剂,2 年间他们就进行了多达6500 次试验,测试了 2500 种不同的配方,最终选定了一种合适的催化剂,使合成氨的设想在 1913 年成为工业现实；鉴于合成氨工业的实现,瑞典皇- 1 - / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 家科学院于 1918 年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖；qGQWFBh4Uy 【投影并讲解】qGQWFBh4Uy 化 学 反 应【沟通 研讨】 P65 合 成 氨 反化学合成氨反应是一个可逆反应 : N

4、2g+3H2g 2NH3g 1qGQWFBh4Uy 化 学 热 已知 298K时: H= -92.2KJ mol1, S = -198.2J 适宜1mol工发进行？请依据正反应的焓变和熵变分析 怎 样 能 促使 化 学 反 298K 下合成氨反应能否自 的成 艺流298K下合成氨反应的平稳常数 K 为 4.1 10 氨 62【同学】假设 H 和 S不随温度变化,算得【提问】观看合成氨的化学反应,说明合成反应的特点：化 学 动 化 学 反 应 怎 样 能 提 T + 3H2g 2NH3g H -92.2kJ/mol 质、1 体积 3体积 2体 积 【同学】 可逆反应 熵减小的反应 正反应气态物质

5、系数减小 正反应是放热反应【板书】第四节 化学反应条件的优化工业合成氨 一、合成氨反应的限度【沟通 研讨】请利用化学平稳移动的学问分析 什么条件有利于氨的合成；P65 【投影】qGQWFBh4Uy 速率？NH3 0.6【 学 生 回 答 】降低 温度、 增0. 大 压强有利于化学平稳向生成氨的 50 方向移动, N2、H2 体积比为 1：3 时 .4 平 衡 混 合 物 中 氨 的 含 量 最 高 ；qGQWFBh4Uy 0.3 【板书】二、合成氨反应的速率 0.【沟通 研讨】 P66 1、你认为可以通过掌握那些反应条件来提高合成氨反应的 1：1 1：2 1：3 1：4 1：5 1：6 2、试

6、验争论说明,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: =CN2C 1. 5H2C1NH3 , 请你依据关系式分析：各物- 2 - / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 质的浓度对反应速率有哪些影响？可以实行哪些措施来 提高反应速率？qGQWFBh4Uy 3、请你依据下表所给的数据分析催化剂对合成氨反应速率 的影响：催化剂对合条件 E /KJ/mol k催/k无 成氨反应无催化剂335 3.4 10 12700k 速率的影响使用 Fe催化剂167 【同学回 答】1.上升温度 增大压强 增大反应物浓

7、度 使用催化剂 2.增大 N2、H2 浓度,将氨准时从混合气中分别出去 3.使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍；【板书】三、 合成氨的相宜条件【投影】 合成氨的相宜条件的挑选外界条件使 NH3 生产得快使 NH3 生产得多速率分析平稳分析压强高压高压温度高温低温催化剂使用无影响反应物的浓度增大浓度增大浓度生成物氨的浓减小浓度减小浓度度【沟通研讨】研讨的内容研讨的问研讨的结题构1、既然增大压强既可提高反应速率,压强怎么又可提高氨的产量,那么在合成氨定？工业中压强是否越大越好？2、既然降低温度有利于平稳向生成氨温度怎么的方向移动,那么生产中是否温度挑选？越低越好3 、催化剂对化学平稳的移动

8、没有影要不要用- 3 - / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 响, 在合成氨工业中要不要使用催化 催化剂？剂,为什么？【分析】 1、压强怎么选？ 合成氨反应是气态物质系数减小的气体反应,增大压强既可以增大反应速率,又能使平稳正向移动,所以理论上压强越大越好； qGQWFBh4Uy 但是压强越大,对设备的要求高、压缩 H2 和 N2 所需要的动 力大,因此挑选压强应符合实际科学技术；【结论】综合以上两点 挑选压强；:依据反应器可使用的钢材质量及综合指标来【分析】 2、温度怎么挑选？ 由于正反应方向是放热的反应,所

9、以降低温度有利于平 衡正向移动； 可是温度越低,反应速率越小,达到平稳所需要的时间 越长,因此温度也不宜太低； 催化剂要在肯定温度下催化活性最大；【结论】综合以上因素 :实际生产中温度一般挑选在 700K 左右主要 考虑催化剂的活性）；【分析】 3、用不用催化剂？经济效益和社会效益要求化学反应速度要快,原料的利用率要高,单位时间的产量要高；【结论】实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂铁触媒）,它在700K时活性最高；【分析】 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稳正向移动；从化学平稳的角度分析,在氮气和氢气的物质的量比为1：

10、3 时,平稳转化率最大,但是试验测得适当提高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；qGQWFBh4Uy 【结论】实际生产中的处理方法：准时将气态氨冷却液化分别出去；准时将氮气和氢气循环利用,使其保持肯定的浓度；qGQWFBh4Uy 【投影】研讨的结果外部 条 件 压强工业合成氨的相宜条件 依据反应器可使用的钢材质量及综合指标- 4 - / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 来挑选压强温度相宜温度 700K左右1：2.8 的投料比 , 催化剂使用铁触媒作催化剂浓度N2 和 H

11、2 的物质的量比为 氨准时从混合气中分别出去【板书】合成氨的方程式留意条件）【小结】【老师小结】工业上利用某可逆反应生产产品： 1、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； 2、挑选合适的温度：该温度是催化剂活性最大的温度； 3、挑选合适的压强：既要考虑化学反应速率和化学平稳,仍要 考虑动力、材料、设备等；【老师】 我国合成氨工业的进展情形：解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂； 1949年全国氮肥产量仅 0.6 万吨； 2000年达到 3363.7 万吨,成为世界上产量最高的国家之一；拥 有多种原料、不同流程的大、中、小合成氨厂 1000 多家；qG

12、QWFBh4Uy 【投影】 合成氨的工业前景1、催化剂 合成氨的铁催化剂 这一类合成氨催化剂以仍原铁为催化剂主要活性成分,并掺 加 各种促进剂和载体的催化剂 . 促进剂：稀土金属及其氧化物 关于稀土金属及其氧化物的作用,我国也进行了一些争论；道了一些含钐、锆、钯、铑的催化剂争论结果,国外也报 发觉稀土金属及其氧化物是对氨合成特别有效的促进剂；我 国有丰富的钛、锆、铌等稀有金属资源,因此,以稀有金 属氧化物为促进剂,有期望成为我国改进工业合成氨的铁催 化剂的争论方向之一；qGQWFBh4Uy 合成氨的钌催化剂 合成氨熔铁型催化剂要在高温、高压和耗能高的苛刻条件下 使用,且催化剂的活性并不是很高；

13、而合成氨的钌催化剂可能是一种较好的催化剂；它在低温低压下活性很高,常压下- 5 - / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 7 页精选学习资料 - - - - - - - - - 比合成氨的铁催化剂的活性高1020 倍,且对水、 CO 和CO2 不敏锐,但合成氨的钌催化剂在高压下未必比合成氨的 铁催化剂来得优越；qGQWFBh4Uy 2.化学模拟生物固氮 现在,世界上好 多国家 包括我国）的科学家,都在争论模拟生物固氮,即查找人工制造的有固氮活性的化合物；固氮酶由两种蛋白质组成；一种蛋白质二氮酶）的分子量约22万,含有两个钼原子、 32 个铁原子和 32 个活性硫原子；

14、另一种蛋白质 + O2g = 2SO3g H=-197.8 KJ/mol SO3g + H2Ol = H2SO4 aq 反应 的平稳常数 K随温度上升而减小 . 所用催化剂的主要成分为V2O56 -12 、K2SO417 -20 、SiO250-70,能使催化剂中毒的物质有砷、硒、氟等.qGQWFBh4Uy 请依据以上信息争论二氧化硫氧化反应的工艺条件 温度 、压强、原料气配比等 对工业生产硫酸的影响 . 【投影材料】已知2SO2g+O2g2SO3 g H0 其试验数据见表1）应选用的温度是 450 ；名师归纳总结 2）应采纳的压强是常压,理由是由于常压下 SO2 的转第 6 页,共 7 页-

15、 - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 化率已经很高,如采纳较大压强,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；qGQWFBh4Uy 3）在生产中,通入过量空气的目是；尾气中有 SO2 必需回收是为了；qGQWFBh4Uy 【主板书】第四节 化学反应条件的优化工业合成氨一、合成氨反应的限度二、合成氨反应的速率 =CN2C 1. 5H2C1NH3 三、合成氨的相宜条件1、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；2、挑选合适的温度：该温度是催化剂活性最大的温度；3、挑选合适的压强：既要考虑化学反应速率和化学平稳,仍要考虑动力、材料、设备等；申明：全部资料为本人收集整理,仅限个人学习使用,勿做商业用途；- 7 - / 7 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 7 页