第四節(jié)化學(xué)反響條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨復(fù)習(xí)影響化學(xué)反響速率和化學(xué)平衡的重要因素有哪些?

化學(xué)反應(yīng)速率

化學(xué)平衡

溫度氣體壓強(qiáng)催化劑濃度溫度越高,反響速率越大有氣體參加的反響，壓強(qiáng)越大,反響速率越大。正催化劑加快反響速率反響物濃度越大,反響速率越大升高溫度,平衡向吸熱方向移動有氣體參加的反響，增大壓強(qiáng),平衡向氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的方向移動催化劑對平衡無影響增大反響物濃度,平衡正向移動合成氨反響有哪些特點(diǎn)？①可逆反響③正反響氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減?、苷错懯欠艧岱错懻埨没瘜W(xué)平衡移動的知識分析什么條件有利于氨的合成？②熵減小的反響N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H

＝-(1體積)(3體積)(2體積)【交流·研討】合成氨反響是一個可逆反響:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)298K時:△H=-92.2KJ·mol-1；△S=-198.2J·K-1·mol-1請根據(jù)正反響的焓變和熵變分析:298K下合成氨反響能否自發(fā)進(jìn)行？科學(xué)家計(jì)算知：298K下合成氨反響的平衡常數(shù)K為４.１×１０６〔mol·L-1)-2；說明合成氨反響在298K是進(jìn)行得很完全?！鱄-T△S=-92200J·mol-1+298K×198.2J·K-1·mol-1·mol-1<0所以能自發(fā)進(jìn)行。思考：為什么合成氨工業(yè)需要復(fù)雜設(shè)備來進(jìn)行生產(chǎn)？

溫度、___壓強(qiáng)有利于化學(xué)平衡向生成氨的方向移動；在一定溫度、壓強(qiáng)下，N2、H2體積比為

時平衡混合物中氨的含量最高。增大降低1：3一、合成氨反響的限度N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H

＝-(1體積)(3體積)(2體積)思考：你認(rèn)為可以通過控制那些反響條件來提高合成氨反響的速率？

升高溫度

1、提高合成氨反響的速率的方法【交流·研討】增大壓強(qiáng)增大反響物濃度使用催化劑【交流·研討】思考：實(shí)驗(yàn)研究說明，在特定條件下，合成氨反響的速率與反響的物質(zhì)的濃度的關(guān)系為:ν=κC(N2)C(H2)C-1(NH3)請你根據(jù)關(guān)系式分析：各物質(zhì)的濃度對反響速率有哪些影響？可以采取哪些措施來提高反響速率？結(jié)論：增大N2、H2濃度,將NH3及時從混合氣中別離出去。思考：請你根據(jù)下表所給的數(shù)據(jù)分析催化劑對合成氨反響速率的影響：表2-4-1催化劑對合成氨反響速率的影響條件△E/KJ/molk(催)/k(無)無催化劑3353.4×1012(700k)使用Fe催化劑167結(jié)論：使用催化劑降低了反響活化能，可使合成氨反響的速率提高上萬億倍。【交流·研討】高溫高壓增大N2、H2濃度,將NH3及時從混合氣中別離出去。使用催化劑二、合成氨反響的速率外界條件使NH3生產(chǎn)得快使NH3生產(chǎn)得多速率分析平衡分析壓強(qiáng)溫度催化劑反應(yīng)物的濃度生成物氨的濃度高壓高壓高溫低溫使用無影響增大濃度增大濃度減小濃度減小濃度思考：從反響速率和平衡移動的角度分析合成氨的適宜條件的選擇:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)【交流·研討】1、壓強(qiáng)怎么選？分析：①合成氨反響是氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的氣體反響，增大壓強(qiáng)既可以增大反響速率，又能使平衡正向移動，所以理論上壓強(qiáng)越大越好。②但是壓強(qiáng)越大，對設(shè)備的要求高、壓縮H2和N2所需要的動力大，因此選擇壓強(qiáng)應(yīng)符合實(shí)際科學(xué)技術(shù)。綜合以上兩點(diǎn):根據(jù)反響器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來選擇壓強(qiáng)。大致分為：低壓：〔1×107Pa)中壓：〔2×107Pa~3×107Pa〕高壓：〔2×107Pa~3×107Pa〕

2、溫度怎么選擇？分析：①因?yàn)檎错懛较蚴欠艧岬姆错懀越档蜏囟扔欣谄胶庹蛞苿?。②可是溫度越低，反響速率越小，到達(dá)平衡所需要的時間越長，因此溫度也不宜太低。③催化劑要在一定溫度下催化活性最大。綜合以上因素:實(shí)際生產(chǎn)中溫度一般選擇在700K左右〔主要考慮催化劑的活性〕。

3、用不用催化劑？實(shí)際生產(chǎn)中選用鐵為主體的多成分催化劑〔鐵觸媒〕，它在700K時活性最高。分析:經(jīng)濟(jì)效益和社會效益要求化學(xué)反響速度要快，原料的利用率要高，單位時間的產(chǎn)量要高。討論：能否用過量氮?dú)馓岣邭錃廪D(zhuǎn)化率？工業(yè)合成氨是否采用此方法？1:11:21:31:41:51:60.60.50.40.30.20.1NH3%N2:H2

4、濃度怎么定？N2

和H2的比例怎么定？增大反響物的濃度可以增大反響速率，減小生成物的濃度可以使平衡正向移動。從化學(xué)平衡的角度分析，在氮?dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量比為1：3時，平衡轉(zhuǎn)化率最大，但是實(shí)驗(yàn)測得適當(dāng)提高N2的濃度，即N2和H2的物質(zhì)的量比為1：時，更能促進(jìn)氨的合成。實(shí)際生產(chǎn)中的處理方法：及時將氣態(tài)氨冷卻液化別離出去；及時將氮?dú)夂蜌錃庋h(huán)利用，使其保持一定的濃度?！查喿x課本67-68頁〕外部條件工業(yè)合成氨的適宜條件壓強(qiáng)溫度催化劑濃度三、合成氨的適宜條件根據(jù)反響器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來選擇壓強(qiáng)，常用中壓。

適宜溫度

700K左右使用鐵觸媒作催化劑N2和H2的物質(zhì)的量比為1：的投料比,氨及時從混合氣中別離出去一般要使用催化劑：這樣可以大大加快化學(xué)反響速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟(jì)效益；選擇適宜的溫度：該溫度是催化劑活性最大的溫度；選擇適宜的壓強(qiáng)：既要考慮化學(xué)反響速率和化學(xué)平衡，還要考慮動力、材料、設(shè)備等。

【小結(jié)·反思】工業(yè)上利用某可逆反響生產(chǎn)產(chǎn)品：已知2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)△H＜0其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表(1)應(yīng)選用的溫度是______。應(yīng)采用的壓強(qiáng)是______，理由是____________________________________________________________________________________________450℃常壓因?yàn)槌合耂O2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，若采用較大壓強(qiáng)，SO2的轉(zhuǎn)化率提高很少，但需要的動力更大，對設(shè)備的要求更高?！具w移應(yīng)用】1.氨的合成反響，生產(chǎn)中采用的適宜條件是〔〕。A、低溫、高壓、適當(dāng)?shù)拇呋瘎〣、高溫、常壓C、盡可能高溫、高壓D、適當(dāng)?shù)臏囟?、適當(dāng)?shù)母邏骸⑦m宜催化劑D【課堂練習(xí)】2.合成氨中，原料氣〔N2、H2及少量的CO、NH3混合氣〕在進(jìn)入合成塔前常用醋酸二氨合銅溶液來吸收原料氣中的CO，其反響是：〔1〕醋酸二氨合銅吸收CO的生產(chǎn)適宜條件應(yīng)是__________?！睺、P〕〔2〕吸收CO后的醋酸銅氨液經(jīng)過