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

化學(xué)反應(yīng)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(jìn)口了.農(nóng)田沒有肥料,就會(huì)缺糧食;缺乏硝酸就會(huì)缺少炸藥,德國就會(huì)投降.可是兩年過去了，1916年德國的農(nóng)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(gè)奇跡呢?,回顧一段歷史 ,早在19世紀(jì)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(xué)家克魯克斯率先發(fā)出了“向空氣中要氮肥”的號召,哈伯,實(shí)驗(yàn)室合成氨,1918年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),博施,實(shí)現(xiàn)工業(yè)合成氨，1931年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng),克魯克斯,回顧一段歷史 ,弗里茨.哈伯：德國化學(xué)家，出生于一個(gè)猶太富商家中。1900年獲得博士學(xué)位。1908年7月首次合成氨氣，1909年7月建成每小時(shí)生產(chǎn)90克氨氣的實(shí)驗(yàn)裝置，1918年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?！坝每諝庵圃烀姘氖ト恕?、“合成氨之父” 他在1914年研制生產(chǎn)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(xué) 毒劑的化學(xué)戰(zhàn)，在第一次世界大戰(zhàn)中有130萬 人受到化學(xué)戰(zhàn)的傷害，其中9萬人死亡。 “現(xiàn)代化學(xué)戰(zhàn)之父”,回顧一段歷史 ,毀譽(yù)參半的哈伯（“天使”與“惡魔）,哈伯,【哈伯實(shí)驗(yàn)室合成氨的條件】,N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g),該反應(yīng)能不能發(fā)生，在什么樣的條件下能更快、更多的獲取氨氣？,反應(yīng)方向,反應(yīng)限度,反應(yīng)速率,1.反應(yīng)方向：,298K時(shí)，H-TS 0 反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行,298K時(shí)，K=4.1106 (molL-1) -2,【哈伯實(shí)驗(yàn)室合成氨的條件】,哈伯,交流研討（P65頁） 請根據(jù)正反應(yīng)的焓變和熵變分析在298K下合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？ 已知：298K時(shí)，H=92.2kJmol-1 S=198.2JK-1mol-1,2.反應(yīng)限度：,合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)是什么？ （1）反應(yīng) 可逆反應(yīng)。 （2）正反應(yīng)是 熱的。 （3）正反應(yīng)是氣體體積 的反應(yīng)。 采取哪些措施有利于提高合成氨反應(yīng)的限度？ （1） 溫度；（2） 壓強(qiáng)； （3）增大 濃度，減小 濃度,哈伯,【哈伯實(shí)驗(yàn)室合成氨的條件】,N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g),H=-92.2KJmol-1,降低,增大,氮?dú)?、氫?氨氣,哈伯,【哈伯實(shí)驗(yàn)室合成氨的條件】,3.反應(yīng)速率,合成氨反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度關(guān)系：=kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3),（1） 溫度； （2） 壓強(qiáng)； （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(yīng)速率的措施,氮?dú)?、氫?氨氣,高壓,高壓,低溫,高溫,使用,無影響,增大濃度,增大濃度,減小濃度,減小濃度,小結(jié),矛盾,平衡分析,速率分析,壓強(qiáng)怎么選？,問題,用不用催化劑？,問題2,溫度怎么選擇？,問題3,問題4,轉(zhuǎn)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(chǔ)量較少，開發(fā)成本高，粉末狀的金屬鋨，常溫下會(huì)逐漸氧化成四氧化鋨。四氧化鋨在48時(shí)熔化，在130時(shí)沸騰。鋨蒸汽有劇毒，強(qiáng)烈刺激人眼黏膜，嚴(yán)重會(huì)造成失明。 【資料二】高溫高壓條件下，氫氣會(huì)使鋼脫碳，導(dǎo)致氫腐蝕，使鋼的機(jī)械性能下降，氫氣會(huì)滲透到鋼材內(nèi)部，使鋼材出現(xiàn)裂紋。 【資料三】當(dāng)?shù)獨(dú)馀c氫氣體積比為1:3時(shí)平衡混合物中氨的含量最高，但是氮?dú)庠诖呋瘎┥衔绞欠磻?yīng)中最難發(fā)生的步驟，是影響反應(yīng)速率的關(guān)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(tuán)隊(duì)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(shè)備,調(diào)整氮、氫比例,使未反應(yīng)氣體循環(huán)利用,工業(yè)生產(chǎn)要注重：原料易得，成本低，利用率高，生產(chǎn)效率高等,博施,【博施團(tuán)隊(duì)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(qiáng)？,2.為什么反應(yīng)溫度控制在700K左右？,3.為什么氮?dú)馀c氫氣物質(zhì)的量之比是1:2.8而不是1:3,催化劑Fe在 700K時(shí)催化活性最強(qiáng),【實(shí)驗(yàn)室合成氨的條件】,【課堂小結(jié)】,哈伯,博施,啟示：1.理論必須與實(shí)踐相結(jié)合。 2.工業(yè)生產(chǎn)要追求效益最大化。,1. 關(guān)于合成氨的反應(yīng)，下列說法正確的是 （ ） A溫度越高，反應(yīng)速率越快，所以合成氨反應(yīng)的溫度越高越好 B壓強(qiáng)越大合成氨反應(yīng)速率越大，工業(yè)上不采用過高的壓強(qiáng)主要是考慮反應(yīng)的限度問題 C使用催化劑可以提高單位時(shí)間內(nèi)氨氣的產(chǎn)量 D濃度越大，反應(yīng)速率越快，所以不必把氨從混合物中分離出來,【鞏固練習(xí)】,C,2.根據(jù)二氧化硫催化氧化為三氧化硫的反應(yīng)特點(diǎn)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）H0 （2）溫度和壓強(qiáng)對二氧化硫的平衡轉(zhuǎn)化率的影響,（1）應(yīng)該選用的溫度是： 。 （2）應(yīng)該采用的壓強(qiáng)是： ； 理由是：,0.1MPa時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，采用更高的壓強(qiáng)，轉(zhuǎn)化率提高不大，對設(shè)備要求高，增加成本,400,0.1MPa,【遷移應(yīng)用】,謝謝聆聽！,