1、化學反應(yīng)原理第二章第四節(jié)化學反應(yīng)原理第二章第四節(jié)復(fù)習復(fù)習影響化學反應(yīng)速率和化學平衡影響化學反應(yīng)速率和化學平衡的重要因素有哪些的重要因素有哪些? 化學反應(yīng)速率化學反應(yīng)速率 化學平衡化學平衡 溫度溫度氣體壓強氣體壓強催化劑催化劑濃度濃度溫度越高溫度越高,反應(yīng)速反應(yīng)速率越大率越大壓強越大壓強越大,反應(yīng)速反應(yīng)速率越大率越大正催化劑加快反應(yīng)正催化劑加快反應(yīng)速率速率反應(yīng)物濃度越大反應(yīng)物濃度越大,反反應(yīng)速率越大應(yīng)速率越大升高溫度升高溫度,平衡向吸平衡向吸熱方向移動熱方向移動增大壓強增大壓強,平衡向氣態(tài)物平衡向氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的方向移動質(zhì)系數(shù)減小的方向移動催化劑對平衡無影響催化劑對平衡無影響增大反應(yīng)物濃度增大

2、反應(yīng)物濃度,平平衡正向移動衡正向移動 自從自從18091809年在南美州的智利發(fā)現(xiàn)了硝酸鈉礦床之后，年在南美州的智利發(fā)現(xiàn)了硝酸鈉礦床之后，智利硝石很快就成為當時世界上無機礦物含氮肥料的主要智利硝石很快就成為當時世界上無機礦物含氮肥料的主要來源，據(jù)估計，在來源，據(jù)估計，在1850-19001850-1900年間，全世界無機氮肥有年間，全世界無機氮肥有70%70%來自智利硝石，但礦產(chǎn)資源是有限的，這就迫使人們?nèi)ニ紒碜灾抢跏?，但礦產(chǎn)資源是有限的，這就迫使人們?nèi)ニ伎迹喝绾问勾髿庵杏坞x態(tài)氮，用人工的方法轉(zhuǎn)變成可為植考：如何使大氣中游離態(tài)氮，用人工的方法轉(zhuǎn)變成可為植物吸收的化合態(tài)氮，即人工固氮，一直是化

3、學家探索的有物吸收的化合態(tài)氮，即人工固氮，一直是化學家探索的有關(guān)國計民生的重大課題，特別是如何利用空氣中氮和水中關(guān)國計民生的重大課題，特別是如何利用空氣中氮和水中的氫直接合成氨一直十九世紀化學家研究的焦點之一。但的氫直接合成氨一直十九世紀化學家研究的焦點之一。但由于長期未獲成功，以至有人得出由于長期未獲成功，以至有人得出“由氮和氫直接合成氨由氮和氫直接合成氨是不可能的是不可能的”的錯誤結(jié)論。直到的錯誤結(jié)論。直到19091909年，德國化學哈伯取年，德國化學哈伯取得了突破性進展，成功地建立了每小時能產(chǎn)生得了突破性進展，成功地建立了每小時能產(chǎn)生8080克氨的裝克氨的裝置，從而使人們看到了解決這一問

4、題的曙光，開創(chuàng)了合成置，從而使人們看到了解決這一問題的曙光，開創(chuàng)了合成氨的歷史，哈伯也因此獲得了氨的歷史，哈伯也因此獲得了19181918年的諾貝爾化學獎。年的諾貝爾化學獎。 弗里茨弗里茨哈伯：哈伯：化學反應(yīng)化學反應(yīng)的方向的方向化學反應(yīng)化學反應(yīng)的限度的限度化學反應(yīng)化學反應(yīng)的速率的速率合成氨反合成氨反應(yīng)能否自應(yīng)能否自發(fā)進行發(fā)進行？怎樣能促怎樣能促使化學平使化學平衡向合成衡向合成氨方向移氨方向移動動？怎樣能提怎樣能提高合成氨高合成氨反應(yīng)速率反應(yīng)速率？【交流交流研討研討】合成氨反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)合成氨反應(yīng)是一個可逆反應(yīng): N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)已知已知298K時時: H= -92.

5、2KJmol-1 S = -198.2JK-1mol-1請根據(jù)正反應(yīng)的焓變和熵變分析請根據(jù)正反應(yīng)的焓變和熵變分析298K下下合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進行？合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進行？298K下合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)下合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)K為為.（molL-1)-2合成氨反應(yīng)的特點：合成氨反應(yīng)的特點：可逆反應(yīng)可逆反應(yīng)正反應(yīng)正反應(yīng)氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小正反應(yīng)是放熱反應(yīng)正反應(yīng)是放熱反應(yīng)熵減小的放熱反應(yīng)熵減小的放熱反應(yīng)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H -92.2kJ/mol【交流交流研討研討】 請利用化學平衡移動的知識分析請利用化學平衡移動的知識分析什么條件有利于氨的合成什么條件有利于氨的合

6、成書書P65 P65 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 0.60.50.40.30.20.1NH3%N2:H2_溫度、溫度、_壓壓強強有利于化學平衡有利于化學平衡向向生成氨的方生成氨的方向移動向移動，N2、H2體積體積比為比為_時平衡混合物中氨的含量最高時平衡混合物中氨的含量最高。增大降低1：31、2、催化劑對合成氨反應(yīng)速率的影響條件條件 E /KJ/molk(催催)/k(無無)無催化劑無催化劑3353.41012(700k)使用使用Fe催化劑催化劑167【交流交流研討研討】 =C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)1、1.升高溫升高溫度度增大壓增大壓強強增大反應(yīng)物濃度增大反

7、應(yīng)物濃度使用催化劑使用催化劑增大增大N2H2濃度濃度,將氨及時從混將氨及時從混合氣中分離出去合氣中分離出去2.使用催化劑可使合成氨反應(yīng)的速率使用催化劑可使合成氨反應(yīng)的速率提高提高上萬億上萬億倍。倍。生成生成物物氨的濃度氨的濃度反應(yīng)物的濃度反應(yīng)物的濃度催化劑催化劑溫度溫度壓強壓強速率分析速率分析使使NH3生產(chǎn)得生產(chǎn)得快快外界條件外界條件高壓高壓高溫高溫使用使用增大濃度增大濃度減小濃度減小濃度平衡分析平衡分析使使NH3生產(chǎn)得生產(chǎn)得多多高壓高壓低溫低溫無影響無影響增大濃度增大濃度減小濃度減小濃度 研討的內(nèi)容研討的內(nèi)容研討的問題研討的問題 1、既然增大壓強既可提、既然增大壓強既可提高反應(yīng)速率，又可提高

8、氨高反應(yīng)速率，又可提高氨的產(chǎn)量，那么在合成氨工的產(chǎn)量，那么在合成氨工業(yè)中壓強是否越大越好？業(yè)中壓強是否越大越好？壓強怎么定？壓強怎么定？2、既然降低溫度有利于、既然降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動平衡向生成氨的方向移動，那么生產(chǎn)中是否溫度越，那么生產(chǎn)中是否溫度越低越好？低越好？3 、催化劑對化學平衡的移動催化劑對化學平衡的移動沒有影響沒有影響， 在合成氨工業(yè)中在合成氨工業(yè)中要要不要不要使用催化劑使用催化劑，為什么為什么？溫度怎么選擇？溫度怎么選擇？要不要用催化要不要用催化劑？劑？化學反應(yīng)化學反應(yīng)的方向的方向化學反應(yīng)化學反應(yīng)的限度的限度化學反應(yīng)化學反應(yīng)的速率的速率合成氨反合成氨反應(yīng)能否自應(yīng)能

9、否自發(fā)進行發(fā)進行？怎樣能促怎樣能促使化學平使化學平衡向合成衡向合成氨方向移氨方向移動動？怎樣能提怎樣能提高合成氨高合成氨反應(yīng)速率反應(yīng)速率？適宜的合成氨條件適宜的合成氨條件工藝流程工藝流程化學工藝學高壓對設(shè)備材質(zhì)、加工制造的要求、溫度的催化劑活性的影響等 1 1、壓強怎么選？、壓強怎么選？ 分析：分析： 合成氨反應(yīng)是氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的氣體合成氨反應(yīng)是氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的氣體反應(yīng)，反應(yīng)，增大增大壓強既可以壓強既可以增大增大反應(yīng)速率，又能使反應(yīng)速率，又能使平衡正向平衡正向移動，所以理論上壓強越大越好。移動，所以理論上壓強越大越好。 但是壓強越大，對但是壓強越大，對設(shè)備設(shè)備的要求高、壓縮的要求高、壓縮H

10、 H2 2和和N N2 2所需要的所需要的動力動力大，因此選擇壓強應(yīng)符合大，因此選擇壓強應(yīng)符合實際科學技術(shù)。實際科學技術(shù)。 綜合以上兩點綜合以上兩點: :根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標來選擇壓強。材質(zhì)量及綜合指標來選擇壓強。 2 2、溫度怎么選擇？、溫度怎么選擇？ 分析：分析： 因為正反應(yīng)方向是放熱的反應(yīng)，所以因為正反應(yīng)方向是放熱的反應(yīng)，所以降低降低溫溫度有利于平衡度有利于平衡正向正向移動。移動。 可是溫度越低，反應(yīng)可是溫度越低，反應(yīng)速率越小速率越小，達到平衡所需，達到平衡所需要的時間越要的時間越長長，因此溫度也不宜太低。，因此溫度也不宜太低。 催化劑催化劑要在一定溫

11、度下催化要在一定溫度下催化活性活性最大。最大。 綜合以上因素綜合以上因素: :實際生產(chǎn)中溫度一般選擇在實際生產(chǎn)中溫度一般選擇在700K700K左右左右（主要考慮催化劑的活性）（主要考慮催化劑的活性）。 3 3、用不用催化劑？、用不用催化劑？ 實際生產(chǎn)中選用實際生產(chǎn)中選用鐵鐵為主體的多成分催化劑為主體的多成分催化劑（鐵觸媒），它在（鐵觸媒），它在700K700K時活性最高。時活性最高。 分析分析: : 經(jīng)濟效益經(jīng)濟效益和和社會效益社會效益要求化學反應(yīng)速度要要求化學反應(yīng)速度要快快， 原料的利用率要原料的利用率要高高，單位時間的產(chǎn)量要，單位時間的產(chǎn)量要高高。 4 4、濃度怎么定？、濃度怎么定？ N

12、N2 2 和和H H2 2的比例怎么定？的比例怎么定？ 增大增大反應(yīng)物的濃度可以反應(yīng)物的濃度可以增大增大反應(yīng)速率，反應(yīng)速率，減小減小生成物的濃度可以使平衡生成物的濃度可以使平衡正向正向移動。從化學平衡移動。從化學平衡的角度分析，在氮氣和氫氣的物質(zhì)的量比為的角度分析，在氮氣和氫氣的物質(zhì)的量比為1 1：3 3時，平衡時，平衡轉(zhuǎn)化率最大轉(zhuǎn)化率最大，但是實驗測得適當提高，但是實驗測得適當提高N N2 2的的濃度，即濃度，即N N2 2和和H H2 2的物質(zhì)的量比為的物質(zhì)的量比為1 1：2.82.8時，更能促時，更能促進氨的合成。進氨的合成。 實際生產(chǎn)中的處理方法實際生產(chǎn)中的處理方法：及時將氣態(tài)氨冷卻：

13、及時將氣態(tài)氨冷卻液化分離液化分離出去；及時將氮氣和氫氣出去；及時將氮氣和氫氣循環(huán)循環(huán)利用，使利用，使其保持一定的濃度。其保持一定的濃度。外部條件外部條件工業(yè)合成氨的適宜條件工業(yè)合成氨的適宜條件壓強壓強溫度溫度催化劑催化劑濃度濃度研討的結(jié)果根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標來選擇壓強量及綜合指標來選擇壓強 適宜溫度適宜溫度 700K左右左右使用鐵觸媒作催化劑使用鐵觸媒作催化劑N2和和H2的物質(zhì)的量比為的物質(zhì)的量比為1：2.8的投的投料比料比, 氨及時從混合氣中分離出去氨及時從混合氣中分離出去【總結(jié)總結(jié)】工業(yè)上利用某可逆反應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品：工業(yè)上利用某可逆反應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品： 一般要

14、一般要使用催化劑使用催化劑：這樣可以大大加快化學：這樣可以大大加快化學反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟效益；反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟效益； 選擇選擇合適的溫度合適的溫度：該溫度是催化劑活性最大：該溫度是催化劑活性最大的溫度；的溫度； 選擇選擇合適的壓強合適的壓強：既要考慮化學反應(yīng)速率和：既要考慮化學反應(yīng)速率和化學平衡，還要考慮動力、材料、設(shè)備等。化學平衡，還要考慮動力、材料、設(shè)備等。 【小結(jié)小結(jié)反思反思】1 1、催化劑、催化劑合成氨的鐵催化劑合成氨的鐵催化劑 這一類合成氨催化劑以還原鐵為催化劑主要活性成分，這一類合成氨催化劑以還原鐵為催化劑主要活性成分，并摻加并摻加 各種促進劑

15、和載體的催化劑各種促進劑和載體的催化劑.促進劑：稀土金屬及其氧化物促進劑：稀土金屬及其氧化物關(guān)于稀土金屬及其氧化物的作用，我國也進行了一些研關(guān)于稀土金屬及其氧化物的作用，我國也進行了一些研究。國外也報究。國外也報 道了一些含道了一些含釤釤、鋯鋯、鈀、鈀、銠銠的催化劑研究的催化劑研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)稀土金屬及其氧化物是對氨合成非常有效的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)稀土金屬及其氧化物是對氨合成非常有效的促進劑。我國有豐富的促進劑。我國有豐富的鈦鈦、鋯鋯、鈮鈮等稀有金屬資源，因等稀有金屬資源，因此，此， 以稀有金屬氧化物為促進劑，有希望成為我國改進以稀有金屬氧化物為促進劑，有希望成為我國改進工業(yè)合成氨的鐵催化劑的研究方向之

16、一。工業(yè)合成氨的鐵催化劑的研究方向之一。 合成氨的釕催化劑合成氨的釕催化劑合成氨熔鐵型催化劑要在高溫、高壓和耗能合成氨熔鐵型催化劑要在高溫、高壓和耗能高的苛刻條件下使用，且催化劑的活性并不高的苛刻條件下使用，且催化劑的活性并不是很高。而合成氨的釕催化劑可能是一種較是很高。而合成氨的釕催化劑可能是一種較好的催化劑。它在低溫低壓下活性很高，常好的催化劑。它在低溫低壓下活性很高，常壓下比合成氨的鐵催化劑的活性高壓下比合成氨的鐵催化劑的活性高1020倍，倍，且對水、且對水、CO和和CO2不敏感，但合成氨的釕催不敏感，但合成氨的釕催化劑在高壓下未必比合成氨的鐵催化劑來得化劑在高壓下未必比合成氨的鐵催化劑

17、來得優(yōu)越。優(yōu)越?，F(xiàn)在，世界上好多國家（包括我國）的科學家，都現(xiàn)在，世界上好多國家（包括我國）的科學家，都在研究模擬生物固氮，即尋找人工制造的有固氮活在研究模擬生物固氮，即尋找人工制造的有固氮活性的化合物。固氮酶由兩種蛋白質(zhì)組成。一種蛋白性的化合物。固氮酶由兩種蛋白質(zhì)組成。一種蛋白質(zhì)（二氮酶）的分子量約質(zhì)（二氮酶）的分子量約22萬，含有兩個鉬原子、萬，含有兩個鉬原子、32個鐵原子和個鐵原子和32個活性硫原子；另一種蛋白質(zhì)（二個活性硫原子；另一種蛋白質(zhì)（二氮還原酶）是由兩個分子量為氮還原酶）是由兩個分子量為29000的相同亞基構(gòu)的相同亞基構(gòu)成的，每個亞基含有成的，每個亞基含有4個鐵原子和個鐵原子和

18、4個硫原子。已經(jīng)個硫原子。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些金屬有機化合物有可能作為可溶性的固氮發(fā)現(xiàn)一些金屬有機化合物有可能作為可溶性的固氮催化劑。催化劑。 2.2.化學模擬生物固氮化學模擬生物固氮氮氣在通常狀態(tài)下十分穩(wěn)定，一般難以發(fā)生化學氮氣在通常狀態(tài)下十分穩(wěn)定，一般難以發(fā)生化學反應(yīng)，但在超聲波作用下，可以使氮分子中的化反應(yīng)，但在超聲波作用下，可以使氮分子中的化學鍵削弱，從而在較溫和的條件下就可以發(fā)生化學鍵削弱，從而在較溫和的條件下就可以發(fā)生化學反應(yīng)。在室溫下用超聲波輻射溶有空氣的飽和學反應(yīng)。在室溫下用超聲波輻射溶有空氣的飽和水溶液后，可以測到處理過的水中含有亞硝酸、水溶液后，可以測到處理過的水中含有亞硝酸、硝酸

19、等；如果處理溶有氮氣、氫氣和一氧化碳的硝酸等；如果處理溶有氮氣、氫氣和一氧化碳的飽和水溶液，可以測到甲醛、氫氰酸和咪唑等物飽和水溶液，可以測到甲醛、氫氰酸和咪唑等物質(zhì)，這些實驗對人工固氮的研究提供了一條新的質(zhì)，這些實驗對人工固氮的研究提供了一條新的途徑。途徑。 3.3.超聲波固氮超聲波固氮：【遷移應(yīng)用遷移應(yīng)用】工業(yè)制造硫酸的主要反應(yīng)為工業(yè)制造硫酸的主要反應(yīng)為:2SO2(g)+O2(g) 2SO3 (g) H=-197.8 KJ/mol SO3 (g)+H2O(l)=H2SO4 (aq) 反應(yīng)反應(yīng)的平衡常數(shù)的平衡常數(shù)K隨溫度升高而減小隨溫度升高而減小.所用催化劑的主要成分為所用催化劑的主要成分為V2O5(6-12) 、K2SO4(17-20) 、SiO2 (50-70),能使催化劑中毒的物質(zhì)有砷、硒、能使催化劑中毒的物質(zhì)有砷、硒、氟等氟等.請根據(jù)以上信息討論二氧化硫氧化反應(yīng)的工藝條件請根據(jù)以上信息討論二氧化硫氧化反應(yīng)的工藝條件(溫度溫度 、壓強、原料氣配比等壓強、原料氣配比等)對工業(yè)生產(chǎn)硫酸的影響對工業(yè)生產(chǎn)硫酸的影響.書書P70 2P70 2不同壓強不同壓強SO2的轉(zhuǎn)化率（的轉(zhuǎn)化率（%）1.01 110105 5PaPa5.05 510105 5PaPa1.01 110106 6PaPa5.05 510106 6PaPa1.01 110107 7PaP