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

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1、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,硝石不能從智利進口了.農(nóng)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(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,實驗室合成氨,1918年諾貝爾化學(xué)獎,博施,實現(xiàn)工業(yè)合成氨,1931年諾貝爾化學(xué)獎,克魯克斯,回顧一段歷史 ……,弗里茨.哈伯:德國化學(xué)家,出生于一個猶太富商家中。

2、1900年獲得博士學(xué)位。1908年7月首次合成氨氣,1909年7月建成每小時生產(chǎn)90克氨氣的實驗裝置,1918年獲得諾貝爾化學(xué)獎。“用空氣制造面包的圣人” 、“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(yīng)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(yīng)方向,反應(yīng)限度,反應(yīng)速率,1.反應(yīng)方向:,298K時,△H-T△S ﹤0 反應(yīng)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(yīng)的焓變和熵變分析在298K下合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進行? 已知:298K時,?H=-92.2kJmol-1 ?S=-198.2JK-1mol-1,2.反應(yīng)限度:,①合成氨反應(yīng)的特點是什么? (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)。 ②采取哪些措施有利于提高合成氨

4、反應(yīng)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(yīng)速率,合成氨反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度關(guān)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(yīng)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(jié),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(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(dǎo)致氫腐蝕,使鋼的機械性能下降,氫氣會滲透到鋼材內(nèi)部,使鋼材出現(xiàn)裂紋。 【資料三】當(dāng)?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(yīng)中最難發(fā)生的步驟

6、,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(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(yīng)溫度控制在700K左右?,3.為什么氮氣與氫氣物質(zhì)的量之比是1:2.8而不是1:3,催化劑Fe在 700K時催化活性最強,【實驗室合成氨的條件】,【課堂小結(jié)】,哈伯,博施,啟示:1.理論必須與實踐相結(jié)合。 2.工業(yè)生產(chǎn)

7、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.壓強越大合成氨反應(yīng)速率越大,工業(yè)上不采用過高的壓強主要是考慮反應(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(zhuǎn)化率的影響,(1)應(yīng)該選用的溫度是: 。 (2)應(yīng)該采用的壓強是: ; 理由是:,,,0.1MPa時SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高,采用更高的壓強,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!,

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