2018年高中化學 第2章 化學反應的方向、限度與速率 2.4 化學反應條件的優(yōu)化課件10 魯科版選修4.ppt

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1、化學反應條件的優(yōu)化 —工業(yè)合成氨,第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后,英國從海上完全封鎖了與之為敵的德國,硝石不能從智利進口了.農田沒有肥料,就會缺糧食;缺乏硝酸就會缺少炸藥,德國就會投降.可是兩年過去了，1916年德國的農田仍一片蔥綠,前線的炮火反而更加猛烈了.這是怎么回事?是誰創(chuàng)造了這個奇跡呢?,回顧一段歷史 ……,早在19世紀以前，為了滿足人們對氮肥，含氮的化合物日益增長的需求，英國物理學家克魯克斯率先發(fā)出了“向空氣中要氮肥”的號召,哈伯,實驗室合成氨,1918年諾貝爾化學獎,博施,實現(xiàn)工業(yè)合成氨，1931年諾貝爾化學獎,克魯克斯,回顧一段歷史 ……,弗里茨.哈伯：德國化學家，出生于一個猶太富商家中。

2、1900年獲得博士學位。1908年7月首次合成氨氣，1909年7月建成每小時生產90克氨氣的實驗裝置，1918年獲得諾貝爾化學獎?！坝每諝庵圃烀姘氖ト恕?、“合成氨之父” 他在1914年研制生產了硝酸銨和黃色炸藥TNT，解決了德軍的軍火問題。 在1915年1月，首次將氯氣用于戰(zhàn)場，后來又研制出了劇毒氣體光氣用于戰(zhàn)場。首創(chuàng)了使用化學 毒劑的化學戰(zhàn)，在第一次世界大戰(zhàn)中有130萬 人受到化學戰(zhàn)的傷害，其中9萬人死亡。 “現(xiàn)代化學戰(zhàn)之父”,回顧一段歷史 ……,毀譽參半的哈伯（“天使”與“惡魔）,哈伯,【哈伯—實驗室合成氨的條件】,N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g),該反應能不能發(fā)生

3、，在什么樣的條件下能更快、更多的獲取氨氣？,反應方向,反應限度,反應速率,1.反應方向：,298K時，△H-T△S ﹤0 反應能自發(fā)進行,298K時，K=4.1106 (molL-1) -2,【哈伯—實驗室合成氨的條件】,哈伯,[交流研討]（P65頁） 請根據(jù)正反應的焓變和熵變分析在298K下合成氨反應能否自發(fā)進行？ 已知：298K時，?H=－92.2kJmol-1 ?S=－198.2JK-1mol-1,2.反應限度：,①合成氨反應的特點是什么？ （1）反應 可逆反應。 （2）正反應是 熱的。 （3）正反應是氣體體積 的反應。 ②采取哪些措施有利于提高合成氨

4、反應的限度？ （1） 溫度；（2） 壓強； （3）增大 濃度，減小 濃度,哈伯,【哈伯—實驗室合成氨的條件】,N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g),△H=-92.2KJmol-1,降低,增大,氮氣、氫氣,氨氣,哈伯,【哈伯—實驗室合成氨的條件】,3.反應速率,合成氨反應速率與反應物濃度關系：ν=kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3),（1） 溫度； （2） 壓強； （3）增大 濃度，減小 濃度。 （4） 催化劑,升高,增大,使用,可增大合成氨反應速率的措施,氮氣、氫氣,氨氣,高壓,高壓,低溫,高溫,使用,無

5、影響,增大濃度,增大濃度,減小濃度,減小濃度,小結,矛盾,平衡分析,速率分析,壓強怎么選？,問題１,用不用催化劑？,問題2,溫度怎么選擇？,問題3,問題4,轉化率仍不夠大，還可采取什么辦法？,【資料一】鋨是一種貴重金屬，儲量較少，開發(fā)成本高，粉末狀的金屬鋨，常溫下會逐漸氧化成四氧化鋨。四氧化鋨在48℃時熔化，在130℃時沸騰。鋨蒸汽有劇毒，強烈刺激人眼黏膜，嚴重會造成失明。 【資料二】高溫高壓條件下，氫氣會使鋼脫碳，導致氫腐蝕，使鋼的機械性能下降，氫氣會滲透到鋼材內部，使鋼材出現(xiàn)裂紋。 【資料三】當?shù)獨馀c氫氣體積比為1:3時平衡混合物中氨的含量最高，但是氮氣在催化劑上吸附是反應中最難發(fā)生的步驟

6、，是影響反應速率的關鍵步驟。 【資料四】合成氨出氣口氨的含量較低，原料不能得到充分利用。,博施,【博施團隊—工業(yè)合成氨適宜條件】,尋找合適的催化劑，降低成本,制造耐高溫高壓設備,調整氮、氫比例,使未反應氣體循環(huán)利用,工業(yè)生產要注重：原料易得，成本低，利用率高，生產效率高等,博施,【博施團隊—工業(yè)合成氨適宜條件】,【交流研討】,1.為什么不盡可能使用更高的壓強？,2.為什么反應溫度控制在700K左右？,3.為什么氮氣與氫氣物質的量之比是1:2.8而不是1:3,催化劑Fe在 700K時催化活性最強,【實驗室合成氨的條件】,【課堂小結】,哈伯,博施,啟示：1.理論必須與實踐相結合。 2.工業(yè)生產

7、要追求效益最大化。,1. 關于合成氨的反應，下列說法正確的是 （ ） A．溫度越高，反應速率越快，所以合成氨反應的溫度越高越好 B．壓強越大合成氨反應速率越大，工業(yè)上不采用過高的壓強主要是考慮反應的限度問題 C．使用催化劑可以提高單位時間內氨氣的產量 D．濃度越大，反應速率越快，所以不必把氨從混合物中分離出來,【鞏固練習】,C,2.根據(jù)二氧化硫催化氧化為三氧化硫的反應特點和下表數(shù)據(jù)，選擇工業(yè)上制硫酸中二氧化硫接觸氧化的適宜條件。 （1）2SO2（g）+O2（g） 2SO3（g）△H＜0 （2）溫度和壓強對二氧化硫的平衡轉化率的影響,（1）應該選用的溫度是： 。 （2）應該采用的壓強是： ； 理由是：,,,0.1MPa時SO2的轉化率已經很高，采用更高的壓強，轉化率提高不大，對設備要求高，增加成本,400℃,0.1MPa,【遷移應用】,謝謝聆聽！,