工业合成氨1 鲁科版18页PPT
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化学反应的速率工业合成氨 PPT 鲁科版
【解析】 催化剂能同等程度地改变正逆反应的速 率，A项错误；压强对化学反应速率的影响是通过 浓度改变来体现的，增大反应体系的压强，浓度不 一定增大，如恒容下充入惰性气体，速率并没有增 大，B项错误；降低温度反应速率减小，延长反应 达到平衡的时间，C项错误；化学反应速率通常用 单位时间内反应物浓度的减少量或生成物浓度的增 加量来表示，D项正确。
在容积不变的密闭容器中存在如下反应：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) Δ H<0，某研究小组研究了其他条件不变时，改
变某一条件对上述反应的影响，下列分析正确的是( )
A．图Ⅰ研究的是t0时刻增大O2的物质的量浓度对反应速 率的影响 B．图Ⅱ研究的是t0时刻通入氦气增大体系压强对反应速 率的影响 C．图Ⅲ研究的是催化剂对化学平衡的影响，且甲的催化 效率比乙高 D．图Ⅲ研究的是温度对化学平衡的影响，且乙的温度较 高
3．同一反应中用不同物质表示的化学反应速率之间的关系 对于反应aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)，在同一时间段内化学反 应速率v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝ _a_∶__b_∶__c_∶__d_ 。
二、影响化学反应速率的因素 1．有效碰撞、活化分子和活化能 (1)活化分子：能够发生__化__学__反__应___的分子。 (2)活化能：如图：
正确的是( )
A．催化剂 V2O5 不改变该反应的逆反应速率
B．增大反应体系的压强，反应速率一定增大
C．该反应是放热反应，降低温度将缩短反应达到平衡的时间
D．在 t1、t2 时刻，SO3(g)的浓度分别是 c1、c2，则时间间隔 t1～t2 内，SO3(g)生成的平
均速率为 v＝ct22－－tc11
【拓展训练】 2.反应3Fe(s)＋4H2O(g)Fe3O4(s)＋4H2(g)在 一可变容积的密闭容器中进行，下列条件的改变对其反应速
鲁科版高二化学选择性必修1 化学反应条件的优化 - 工业合成氨-课件
化学反应条件的优化 - 工业合成氨
高二年级 化学
自1784年氨被发现以来，但直到1913年才实现了 合成氨的工业化生产。
化学反应 N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)看起来十分 简单，但合成氨的工业化生产经历如此漫长的发展过 程，并且需要庞大而复杂的生产设备，这其实和它的 生产条件有关。
合成氨
N2 +
3H2
高温 高压
2NH3
催化剂
从必修第一册，我们了解到合成氨的条件是高 温、高压、催化剂。
思考
化工生产中，选择适宜的反应条件需要从哪些角度考 虑？具体需要考虑哪些因素？
思考
化工生产中，选择适宜的反应条件需要从哪些角度考 虑？具体需要考虑哪些因素？
角度
思考
化工生产中，选择适宜的反应条件需要从哪些角度考 虑？具体需要考虑哪些因素？
如何从温度、浓度、压强提高合成氨的平衡转化率？ 因素 温度
浓度
压强
N2(g) +3H2(g) 2NH3(g) △H = - 92.2kJ·mol-1
如何从温度、浓度、压强提高合成氨的平衡转化率？
因素 反应特点
相应措施
温度
浓度
压强
N2(g) +3H2(g) 2NH3(g) △H = - 92.2kJ·mol-1
CH4 + H2O CO + H2O
高温 催化剂
高温 催化剂
CO + 3H2 CO2 + H2
净化 消除造气过程中夹带的杂质，防止催化剂中毒。 合成氨 该部分包括终端产品氨的分离，氮气、氢气的
循环使用，利用反应产生的热预热合成气等。
合成氨生产过程中，要使用多种催化剂、十几个反应塔或 吸收塔、上百个热交换器和循环泵以及上千米的管道，这些构 成了合成氨厂错落有致的设备布局。
高二年级 化学
自1784年氨被发现以来，但直到1913年才实现了 合成氨的工业化生产。
化学反应 N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)看起来十分 简单，但合成氨的工业化生产经历如此漫长的发展过 程，并且需要庞大而复杂的生产设备，这其实和它的 生产条件有关。
合成氨
N2 +
3H2
高温 高压
2NH3
催化剂
从必修第一册，我们了解到合成氨的条件是高 温、高压、催化剂。
思考
化工生产中，选择适宜的反应条件需要从哪些角度考 虑？具体需要考虑哪些因素？
思考
化工生产中，选择适宜的反应条件需要从哪些角度考 虑？具体需要考虑哪些因素？
角度
思考
化工生产中，选择适宜的反应条件需要从哪些角度考 虑？具体需要考虑哪些因素？
如何从温度、浓度、压强提高合成氨的平衡转化率？ 因素 温度
浓度
压强
N2(g) +3H2(g) 2NH3(g) △H = - 92.2kJ·mol-1
如何从温度、浓度、压强提高合成氨的平衡转化率？
因素 反应特点
相应措施
温度
浓度
压强
N2(g) +3H2(g) 2NH3(g) △H = - 92.2kJ·mol-1
CH4 + H2O CO + H2O
高温 催化剂
高温 催化剂
CO + 3H2 CO2 + H2
净化 消除造气过程中夹带的杂质，防止催化剂中毒。 合成氨 该部分包括终端产品氨的分离，氮气、氢气的
循环使用，利用反应产生的热预热合成气等。
合成氨生产过程中，要使用多种催化剂、十几个反应塔或 吸收塔、上百个热交换器和循环泵以及上千米的管道，这些构 成了合成氨厂错落有致的设备布局。
高二化学课件鲁科版选修四2.4 化学反应条件的优化—工业合成氨 公开课教学课件共28张PPT (共28张PPT)
选择合适的温度：该温度是催化剂活 性最大的温度；
选择合适的压强：既要考虑化学反应 速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、 设备等。
◆学以致用◆
◆当堂练习◆
1.有如下平衡体系：
CO（g）+2H2（g） CH3OH(g) （正反应为放热反应），为了增加甲醇的 日产量，应采取的正确措施是（ C ） A.高温、高压 B.低温、低压 C.适宜的温度、高压、催化剂
D.高温、高压、催化剂
◆当堂练习◆ 2.下列事实中不能用化学平衡移动原理来 解释的是（ BD ） A.工业制硫酸的过程中通入足量的空气, 可以提高SO2的产率 B.加入催化剂有利于合成氨反应 C.高压有利于合成氨反应
D.500℃左右比室温更有利于合成氨反应
◆当堂练习◆
3、下列说法正确的是（
B
）
A、在高温下，延长反应时间或者增加氮气的浓度均可 以提高合成氨中H2的转化率 B、在密闭容器中，当CaCO3 CaO + CO2处于平衡 状态时，再加入Na2O2固体，CaCO3的量会减少。 C、有固体参加的可逆反应达平衡后，若改变压强，不 会影响平衡的移动
0.1
10
20
30
89.9 71.0
47.0
60
100
200 300
400
15.3 81.5 86.4 2.2 52.0 64.2
0.4 25.1 38.2 0.1 10.6 19.1 0.05 4.5 9.1
95.4 98.8 84.2 92.6
65.2 79.8 42.2 57.5 23.1 31.4
◆当堂练习◆
5．
B
我国合成氨工业的发展情况：
解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂； 1949年全国氮肥产量仅0.6万吨； 1982年达到1021.9万吨，成为世界上产量最高的国家之一。
探索工业合成氨反应条件ppt 鲁科版
探索工业合成氨反应条件
丰台实验学校 杨巨峰
1909年，德国化学哈伯开创了合 成氨的历史因此获得了1918年的 诺贝尔化学量
2007年诺贝尔化学奖颁发 给德国化学家格哈德埃特 尔，原因之一就是他对合 成氨的机理研究。
[问题1] 请同学们写出合成氨的化学反应方程 式，并分析这个反应有什么特点？
铁触媒催化剂对合成氨反应速率的 影响
铁触媒的最佳活性温度为500℃
条件
无催化剂
Ea/KJ.mol-1
335
使用铁催化剂
167
2007年N0BEL 化学奖 格哈德埃特尔(德）对合成 氨机理的研究，表明的合成 氨的反应历程
阅读参考资料4，并通过理论分析回答 下列问题：
1、有些合成氨工业生产中将制备好的原料气 N2和H2按投料比1：2.8的比例进入合成塔， 采用此投料比的原因是什么？ 2、我国“十一五”规划中明确提出工业生产 要节能减排，合成氨工业中很多环节也体 现节能减排的理念，剩余的原料气体如何 处理？合成氨工业中能量能否循环利用呢？
哪些基本要求吗 ？
提 高 合 成 氨 的 生 产 效 益 要使氨生成得更快（即提高 单位时间里氨的产量） ——化学反应速率问题 要使氨含量更高（即提高平衡 混合物里氨的含量） ——化学平衡问题 兼顾原料、设备、成本等问题
小组合作探索合成氨反应的条件：
1.理论分析：综合对化学反应速率和化学平衡移动 两方面考虑，合成氨应选用的适宜条件是什 么？
二 合成氨工业简述：
流程：
原料气的制取 净化 压缩
合成 N 2、 H 2
分离
液氨
动画模拟合成氨
合成氨的实地照片
哈伯的合成氨法是非常成功的， 但是科学的发展是没有止境的，请大 家来设想合成氨的发展前景？那些方 面可以改进？
丰台实验学校 杨巨峰
1909年，德国化学哈伯开创了合 成氨的历史因此获得了1918年的 诺贝尔化学量
2007年诺贝尔化学奖颁发 给德国化学家格哈德埃特 尔，原因之一就是他对合 成氨的机理研究。
[问题1] 请同学们写出合成氨的化学反应方程 式，并分析这个反应有什么特点？
铁触媒催化剂对合成氨反应速率的 影响
铁触媒的最佳活性温度为500℃
条件
无催化剂
Ea/KJ.mol-1
335
使用铁催化剂
167
2007年N0BEL 化学奖 格哈德埃特尔(德）对合成 氨机理的研究，表明的合成 氨的反应历程
阅读参考资料4，并通过理论分析回答 下列问题：
1、有些合成氨工业生产中将制备好的原料气 N2和H2按投料比1：2.8的比例进入合成塔， 采用此投料比的原因是什么？ 2、我国“十一五”规划中明确提出工业生产 要节能减排，合成氨工业中很多环节也体 现节能减排的理念，剩余的原料气体如何 处理？合成氨工业中能量能否循环利用呢？
哪些基本要求吗 ？
提 高 合 成 氨 的 生 产 效 益 要使氨生成得更快（即提高 单位时间里氨的产量） ——化学反应速率问题 要使氨含量更高（即提高平衡 混合物里氨的含量） ——化学平衡问题 兼顾原料、设备、成本等问题
小组合作探索合成氨反应的条件：
1.理论分析：综合对化学反应速率和化学平衡移动 两方面考虑，合成氨应选用的适宜条件是什 么？
二 合成氨工业简述：
流程：
原料气的制取 净化 压缩
合成 N 2、 H 2
分离
液氨
动画模拟合成氨
合成氨的实地照片
哈伯的合成氨法是非常成功的， 但是科学的发展是没有止境的，请大 家来设想合成氨的发展前景？那些方 面可以改进？
鲁科版工业合成氨ppt课件
• 答案 ②＞①＞③＞④ • 解 ① 加 可氨析中知，增H2②平加的是衡H转2在向化，①逆率故反中由H2应增大的方加到转向N小化2移的，率动顺故减，序H小2H为，的2②的即转＞转①化①化＞率＞率③增③变。大＞小而，④，④即。有是②③在＞＞③①④基。。础③由上是此增在
• 工业生产中选择适宜生产条件的思路
• 答案 (1)低温、高压 (2)该温度是催化剂的活性最强的温度，选择 此温度可提高反应速率，缩短反应达到平衡所需要的时间 (3)因为 在常压下，400～500 ℃时，SO2的转化率已经很高了，若再加压， 对设备及动力系统要求高，加大了成本和能量消耗，不经济 (4)增 大氧气的浓度，使平衡向生成SO3的方向移动，提高SO2的转化率 (5)减少对环境的污染
时，平衡混合物中NH3的含量最高。
降低
增大
1∶2.8
• 二、合成氨反应的速率
• 1成．氨增反大应的速率N2。或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于提高合
• 2．
温度有利于提高合成氨的速率。
• 3．加入合适的催化剂能
反升应高的速率。
合成氨反应的活化能，加快化学
降低
• 三、合成氨的适宜条件
• 1．合成氨反应条件的选择原则
• (4)压强越大越有利于合成氨平衡正向移动和提高反应速率，而实际 采用的最高压强为8.5×107～1×108Pa，不采用更高的压强，其原 因是：实际生产中，应根据反应设备可使用的钢材质量及综合指标 来选择压强。采用更高的压强，对设备和材料的要求越高，需要的 动力越大，会增加投资和能量消耗，不经济。
• [关键提醒] 对化工生产中的化学反应条件进行优化选择时，要运 用反应速率与化学平衡移动原理，同时考虑生产中的设备材料、动 力要求、催化剂等因素。
反应条件的优化-工业合成氨 PPT 鲁科版
• 1.根据合成氨反应的特点，应分别采取什么措施提高反 应的平衡转化率和反应速率？请将你的建议填入下表。
提高反应的平衡转化率 反应特点 放热 分子数减少 反应可逆 措施 低温 加压 提高化学反应速率 反应特点 活化能高 低温速率低 措施 使用催化剂 加温
增加H2/N2的浓度 及时分离NH3
低温加压 原料气浓度增加能提高 反应速率 氨气浓度增加能降低反 应速率
2SO3 (g) △H
1.01×107 Pa 99.7% 98.3%
（1）从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化 硫， 可控制的条件是 。 （2）实际生产中，选定400℃～500℃作为操作温度其原因 是 。 （3）实际生产中，采用的压强为常压，其原因是: . （4）在生产中，通入过量空气的目是 。 (5)尾气中有SO2必须回收是为了 。
交流研讨
• 2.请尝试为合成氨选择适宜条件。 • 3.在确定合成氨的适宜条件的过程中 遇到了哪些问题？是怎样解决的？
温度、压强的选择采取了折中的方法，各方面考虑最佳条件。
• 4.为了提高合成氨生产能力，还可以 在哪些反面做进一步的改进？
采用了循环流程的工艺，不断地分离氨气，提高生产效率。
研讨的结果
第4 节
化学反应条件的优化 —工业合成氨
【问题】分析工业生产主要要考虑哪些 题？
• 经济效益和社会效益 ：
单位时间内产率高
原料的利用率高
增大化学反应限度
增大化学反应速率
另外还要考虑生产中的消耗能源、原料来源、 设备条件、环境保护等因素。
复 习
温度
影响化学反应速率和化学平衡 的重要因素有哪些?
化学反应速率 化学平衡
外部条件 压强 温度 催化剂 工业合成氨的适宜条件 高压 200~500大气压 适宜温度 700K左右 使用铁触媒作催化剂 液化氨并及时分离、使氮氢 原料气循环利用.
提高反应的平衡转化率 反应特点 放热 分子数减少 反应可逆 措施 低温 加压 提高化学反应速率 反应特点 活化能高 低温速率低 措施 使用催化剂 加温
增加H2/N2的浓度 及时分离NH3
低温加压 原料气浓度增加能提高 反应速率 氨气浓度增加能降低反 应速率
2SO3 (g) △H
1.01×107 Pa 99.7% 98.3%
（1）从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化 硫， 可控制的条件是 。 （2）实际生产中，选定400℃～500℃作为操作温度其原因 是 。 （3）实际生产中，采用的压强为常压，其原因是: . （4）在生产中，通入过量空气的目是 。 (5)尾气中有SO2必须回收是为了 。
交流研讨
• 2.请尝试为合成氨选择适宜条件。 • 3.在确定合成氨的适宜条件的过程中 遇到了哪些问题？是怎样解决的？
温度、压强的选择采取了折中的方法，各方面考虑最佳条件。
• 4.为了提高合成氨生产能力，还可以 在哪些反面做进一步的改进？
采用了循环流程的工艺，不断地分离氨气，提高生产效率。
研讨的结果
第4 节
化学反应条件的优化 —工业合成氨
【问题】分析工业生产主要要考虑哪些 题？
• 经济效益和社会效益 ：
单位时间内产率高
原料的利用率高
增大化学反应限度
增大化学反应速率
另外还要考虑生产中的消耗能源、原料来源、 设备条件、环境保护等因素。
复 习
温度
影响化学反应速率和化学平衡 的重要因素有哪些?
化学反应速率 化学平衡
外部条件 压强 温度 催化剂 工业合成氨的适宜条件 高压 200~500大气压 适宜温度 700K左右 使用铁触媒作催化剂 液化氨并及时分离、使氮氢 原料气循环利用.
2.4 化学反应条件的优化—工业合成氨
T—思考考虑：催温化度剂是的否活越化高温越度好，？必须保持高活性；
P—考虑设备的耐压能力；
考虑催化剂的活性
C—考虑反压应强物是的否最越佳大的越投好料？比例，一般为系数比，及时移出产物；
催化剂—①催化剂中毒，及使用寿命
②催化剂的活化温度范围考，虑催设化备活的性耐最压高能的力点。
还需要考虑哪些问题？
【研讨结果】
浓度 压强 温度 催化剂
使生产氨气快 （速率分析） 增加反应物浓度
高压 高温 使用
使生成氨气多 （平衡分析） 增加反应物浓度
高压 低温
无影响
n(N2)︰n(H2)= 1︰在2.特8 定条件下，合成氨反应的速率与反应的物质的浓
NH3%
度的关系为: ν =kC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)
请你根据关系式分析：各物质的浓度对反应速率有哪
外部条件 压强
工业合成氨的适宜条件 1×107～1×108 Pa
温度 催化剂
浓度
适宜温度（700K左右） 催化剂活性大
使用铁触媒作催化剂 N2和H2的物质的量比为1︰2.8的投料比, 氨及时 从混合气中分离出去
知识拓展：工业合成氨的生产流程
Thank you for watching !
-33.14 kJ·mol-1＜0 因为ΔH-TΔS ＜0 ，298 K下合成氨反应能自发进行。 合成氨反应298K时的平衡常数K=4.1×106（mol·L-1)-2
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH ＝-92.2 kJ·mol-1
根据外界条件对反应速率和反应限度的影响， 请为工业合成氨选择合适的条件：
0.6
些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？
高中化学鲁科版选修4课件1：2.4 化学反应条件的优化——工业合成氨
小结
压强 温度
使氨生产快 （速率）
高压
高温
使氨生产多 实际生产中 （平衡） 适宜条件
原因
高压 低温
1×107Pa— 1×108Pa
有利于氨的合成,对动 力、材料强度、设备 制造要求适中
700K
速率较快,转化率适中 催化剂活性最大
催化剂
加快
无影响
铁触媒
使反应速率加快
浓度
增大浓度
增大N2 、 H2
浓度，减小
增大浓度 减小浓度
讨论：
1、既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动， 那么生产中是否温度越低越好？ 2、既然增大压强既可提高反应速率，又可提高氨 的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？
3、在合成氨工业中要使用催化剂，既然催化剂对 化学平衡的移动没有影响，为什么还要使用呢？
分析：
1．温度。合成氨为放热反应，低温有利于氨的生 成。但是温度越低，反应速率就慢，到达平衡所 需要的时间越长，因而单位时间内产量低，这在 工业生产中是很不经济的。综合考虑各种因素， 在实际生产上，采用700K的温度。原因：速率较 快,转化率适中催化剂活性最大。
_低__温、_高__压、N2、H2浓度比为_1_：__3_有利于 化学平衡正向移动。
（二）合成氨反应的速率
1、请根据合成氨反应的特点，结合影响反应速 率的因素，思考什么条件下能使氨生成的快？
升高温度 增大压强 增大反应物浓度 使用催化剂
2、实验表明，在特定条件下，合成氨反应的速 率与反应的物质的浓度的关系为：
第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨
研究目标：
1、研究如何应用化学反应速率和化学 平衡原理，选择合成氨的适宜条件。
2、研究应用化学原理选择化工生产条件 的思想和方法。 过程方法目标
优课系列高中化学鲁科版选修4 2.4化学反应条件的优化——工业合成氨 课件(20张)
浓度
N2和H2的物质的量比为1：2.8的投 料比, 氨及时从混合气中分离出去
【小结·反思】
工业上利用某可逆反应生产产品时：
a、一般要使用催化剂：这样可以大大加 快化学反应速率，提高生产效率，也提高了 经济效益；
b、选择合适的温度：该温度是催化剂活 性最大的温度；
c、选择合适的压强：既要考虑化学反应 速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、设 备等。
二、合成氨反应的速率
【交流·研讨】
课本P66
1、你认为可以通过控制那些反应条件来 提高合成氨反应的速率？T,C,P,催
2、实验研究表明，在特定条件下，合成 氨反应的速率与各物质的浓度的关系为:
ν =κC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)
请根据关系式分析：各物质的浓度对反应 速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提 高反应速率？增大反应物浓度，减小生成物浓度
1、降低温度 2、增大压强 3、氮气和氢气的体积比 1：3
1、所有高尚教育的课程表里都不能没有各种形式的跳舞：用脚跳舞，用思想跳舞，用言语跳舞，不用说，还需用笔跳舞。 2、一切真理要由学生自己获得，或由他们重新发现，至少由他们重建。 3、教育始于母亲膝下，孩童耳听一言一语，均影响其性格的形成。 4、好的教师是让学生发现真理，而不只是传授知识。 5、数学教学要“淡化形式，注重实质.
谢谢观赏
You made my day!
我们，还在路上……
1、已知 2SO2(g)+O2(g) 验数据见表
2SO3 (g) △H＜0其实
(1) 应选用的温度是_4_5_0_℃__。 (2)应采用的压强是_常__压___，理由是因__为__常__压__下_S__O2 _的__转_化__率__已__经__很_高__，__若__采__用_较__大__压__强__，_S__O_2_的__转_化__率__ 提高__很__少__，__但_需__要__的__动_力__更__大__，__对_设__备__的__要__求_更__高__。_
工业合成氨PPT课件1 鲁科版
例已知2SO2(g)+O2(g)
其实验数据见表
2SO3 (g) △H＜0
(1) 应选用的温度是_4_5_0_℃__。
(2)应采用的压强是_常__压___，理由是因__为__常__压__下_S__O2 _的__转_化__率__已__经__很_高__，__若__采__用_较__大__压__强__，_S__O_2_的_转__化__率__ 提高__很__少__，_但__需__要__的__动_力__更__大__，__对_设__备__的__要__求_更__高__。_。
_低__ 温、高___压有利于化学平衡正向移动， N2、H2浓度比为_1_：__3_有利于原料充分反应， 从而提高氨的产率。
讨论：能否用过量氮气提高氢气转
NH3% 化率？工业合成氨是否采用此方法？
实验表明：适当提高氮气比例为1:2.8，有利于合成氨 0.6 0.5 0.4
0.3
0.2
0.1
1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6
N2:H2
二、合成氨反应的速率
交流·研讨 (P66)
1、升高温度、增大压强 增大反应物浓度、使用催化剂
2、增大N2 、H2浓度,将氨及时 从混合气中分离出去
3、使用催化剂可以使合成氨 的速率提高上万亿倍
三、合成氨的适宜条件
1、请填写下表
外界条件
压强 温度 催化剂 反应物的浓度 生成氨的浓度
使NH3生产多 平衡分析
了以下反应途径，假设反应都能进行，你
C 认为最合理的是（
）
A. C3H8 高高温温脱氢C+H2
B. C3H8
C3H6+H2
C. C3H8+H2O 催化剂 CO+H2
鲁科版高中化学选择性必修1第2章第4节化学反应条件的优化—工业合成氨课件
K1=3.92×10-11 mol·L-1
H2O(g)
反应Ⅲ:CH3OH(g)+ O2(g)
HCHO(g)+H2O(g)
ΔH2=-149.71 kJ·mol
-1
K2=4.35×10
20
mo ·-
反应温度对甲醇氧化反应的影响如图所示:
(2)生产时,要控制
( )
为 0.4 左右,目的是
一座合成氨工厂。
探究
合成氨反应的自发性、反应限度、反应速率
问题1:根据合成氨的热力学数据分析,合成氨的自发性如何?反应限度如何?
提示:298 K时,该反应ΔG<0,所以是自发的,无需借助电或光。反应平衡常
数K>105,理论上几乎能进行到底。
问题2:从该反应的速率常数看,此反应快慢情况如何?如何加快此反应速率?
解析:低温平衡正向移动,高压平衡正向移动,故A正确;低温平衡正向移动
,低压平衡逆向移动,故B错误;高温平衡逆向移动,高压平衡正向移动,故C
错误;高温低压,平衡逆向移动,故D错误。
3.(2021·北京八一中学月考)工业上制备纯硅反应的热化学方程式:SiCl4(g)+2H2(g)
Si(s)+4HCl(g)
H2O(g)
ΔH=-241.8 kJ·mol-1,但表示 H2 的摩尔燃烧焓的热化
学方程式中生成的水应为液态,则氢气的摩尔燃烧焓不是-241.8 kJ·mol-1,B 项
错误;由题给信息可知,600 K 以后甲醇的转化率接近 100%,但甲醛的产率下降的
原因可能是温度升高导致甲醛发生热分解反应,C 项正确。
3.合成氨动力学数据
在特定条件下,合成氨速率方程 v=
鲁科版高中化学选择性必修1化学反应原理精品课件 第2章 第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨
C.使用催化剂可以缩短反应达到平衡所需的时间
D.工业生产通常不采取加压措施是因为常压下SO2的转化率已相当高
解析 由表中数据及勒·夏特列原理知,针对放热反应,一定压强下降低温度,
平衡正向移动,反应物SO2的转化率增大,A正确;由于在不同温度、压强下,
化学反应速率不一定相等,故转化相同物质的量的SO2所需要的时间不一
线先陡后平(略上升),当氨碳比大于4.0时,增大氨气的量,CO2转化率增加不
大,但生产成本提高了;氨碳比太小,CO2转化率低。
思维建模
与工业生产相联系的图像解答方法
与工业生产的实际问题相结合图像问题,常从反应时间、投料比、催化剂
的选择、转化率等角度考查。
1.转化
仔细分析,抓住图像中的关键点(常为最高点、最低点、转折点),看清横坐
提示 合成氨反应中,N2在催化剂表面的吸附分解为总反应中最慢步骤,适
当提高N2的比例,使N2和H2的物质的量之比为1∶2.8更能加快合成氨反应
的进行。
2.合成氨工业为什么选择反应温度在700 K左右?
提示 温度太低,反应速率太慢,达平衡所需时间太长,不利于NH3的合成;温
度太高,合成氨反应平衡逆向移动,不利于氨的生成,因此选择700 K左右,并
标、纵坐标代表的条件,弄清曲线的变化趋势,即可将复杂图像转化为常规
图像,进而运用化学平衡知识解答即可。
2.考虑角度
(1)曲线上的每个点是否都达到平衡
往往需要通过曲线的升降趋势或斜率变化来判断,如果还未达到平衡则不
能使用平衡移动原理,只有达到平衡以后的点才能应用平衡移动原理。
(2)催化剂的活性是否受温度的影响
探究角度1 工业生产适宜条件的选择
例1 合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨生产
D.工业生产通常不采取加压措施是因为常压下SO2的转化率已相当高
解析 由表中数据及勒·夏特列原理知,针对放热反应,一定压强下降低温度,
平衡正向移动,反应物SO2的转化率增大,A正确;由于在不同温度、压强下,
化学反应速率不一定相等,故转化相同物质的量的SO2所需要的时间不一
线先陡后平(略上升),当氨碳比大于4.0时,增大氨气的量,CO2转化率增加不
大,但生产成本提高了;氨碳比太小,CO2转化率低。
思维建模
与工业生产相联系的图像解答方法
与工业生产的实际问题相结合图像问题,常从反应时间、投料比、催化剂
的选择、转化率等角度考查。
1.转化
仔细分析,抓住图像中的关键点(常为最高点、最低点、转折点),看清横坐
提示 合成氨反应中,N2在催化剂表面的吸附分解为总反应中最慢步骤,适
当提高N2的比例,使N2和H2的物质的量之比为1∶2.8更能加快合成氨反应
的进行。
2.合成氨工业为什么选择反应温度在700 K左右?
提示 温度太低,反应速率太慢,达平衡所需时间太长,不利于NH3的合成;温
度太高,合成氨反应平衡逆向移动,不利于氨的生成,因此选择700 K左右,并
标、纵坐标代表的条件,弄清曲线的变化趋势,即可将复杂图像转化为常规
图像,进而运用化学平衡知识解答即可。
2.考虑角度
(1)曲线上的每个点是否都达到平衡
往往需要通过曲线的升降趋势或斜率变化来判断,如果还未达到平衡则不
能使用平衡移动原理,只有达到平衡以后的点才能应用平衡移动原理。
(2)催化剂的活性是否受温度的影响
探究角度1 工业生产适宜条件的选择
例1 合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨生产
化学反应条件的优化——工业合成氨课件高二上学期化学鲁科版(2019)选择性必修1
二
工业合成氨的适宜条件
工业合成氨反应条件的选择主要基于哪些因素考虑？ 化学反应速率； 化学反应限度； 生产实际
结合课本内容，实际生产中选择哪些适宜的条件呢? 催化剂铁触媒、10～30 MPa、400～500 ℃
注意选择这些条件的理由
1. 合成氨反应条件的选择原则 从反应速率和反应限度两个角度
(1) 尽量增大反应物的转化率，充分利用原料； (2) 选择较快的化学反应速率，提高单位时间内的产量； (3) 考虑设备的要求和技术条件。
第2章 第4节 化学反应条件的优化 ——工业合成氨
学习目标
1.知道如何应用化学反应速率和化学平衡分析合成氨的适宜条件，了解工业合 成氨的生产过程(重点)。
2.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究领域中的 重要作用(难点)。
你知道哪些反应可以实现氮的固定？试分析合成氨反应的特点，据此 思考如何选择合适条件，加快合成氨的反应速率、提高氨的产率？
3.工业合成氨生产流程简介 工业合成氨的生产过程主要 包括造气、净化、合成氨三大部分。 (1)原料气中氢气常来自哪里？ 提示 氢气来自天然气、煤和炼油产品。 (2)原料气净化的目的是什么？ 提示 消除造气过程中夹带的杂质，防止催化剂中毒。 (3)已知氮气在催化剂上吸附分解为总反应中最慢的步骤。合成氨工业 生产一般采用n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8的目的是什么？ 提示 适当提高N2比例，加快合成氨的速率。
温度/℃
450 550
0.1 MPa 97.5 85.6
平衡时SO2的转化率/% 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa
98.9
99.2
99.6
92.9
94.9
97.7
10 MPa 99.7 98.3
工业合成氨PPT课件
综合以上两点:根据反应器可使用的钢材质量及综 合指标来选择压强。实际生产中压强一般选择在200～ 500大气压之间。
2、温度怎么选择？
分析：
①因为正反应方向是放热的反应，所以降低温 度有利于平衡正向移动。
②可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需 要的时间越长，因此温度也不宜太低。
③催化剂要在一定温度下催化活性最大。
2、实验研究表明，在特定条件下， 合成氨反应的速率与反应的物质的浓 度的关系为:
ν =κC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)
请你根据关系式分析：各物质的浓 度对反应速率有哪些影响？可以采 取哪些措施来提高反应速率？
3、请你根据下表所给的数据分析催化 剂对合成氨反应速率的影响：
催化剂对合成氨反应速率的影响
NH3%
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6
N2:H2
降__低_温度、增__大_压强有利于化学平衡向 生成氨的方向移动，N2、H2体积比为 _1_：__3_时平衡混合物中氨的含量最高。
二、合成氨反应的速率
【交流·研讨】 书P66
1、你认为可以通过控制那些反应条件来 提高合成氨反应的速率？
合成氨反应的特点：
N2(g)+3H2(g) (1体积) (3体积)
2NH3(g) △H ＝-92.2kJ/mol
(2体积)
△S = -198.2J·K-1·mol-1
①可逆反应 ②熵减小的反应 ③正反应气态物质系数减小 ④正反应是放热反应
一、合成氨反应的限度
【交流·研讨】 书P65
请利用化学平衡移动的知识分析 什么条件有利于氨的合成．
练一练：
1．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列变 化过程不能使平衡向右移动的是（ BC） （A）不断将NH3分离出来 （B）使用催化剂 （C）采用700K左右的高温 （D）采用2×107～5×107Pa的压强
2、温度怎么选择？
分析：
①因为正反应方向是放热的反应，所以降低温 度有利于平衡正向移动。
②可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需 要的时间越长，因此温度也不宜太低。
③催化剂要在一定温度下催化活性最大。
2、实验研究表明，在特定条件下， 合成氨反应的速率与反应的物质的浓 度的关系为:
ν =κC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)
请你根据关系式分析：各物质的浓 度对反应速率有哪些影响？可以采 取哪些措施来提高反应速率？
3、请你根据下表所给的数据分析催化 剂对合成氨反应速率的影响：
催化剂对合成氨反应速率的影响
NH3%
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6
N2:H2
降__低_温度、增__大_压强有利于化学平衡向 生成氨的方向移动，N2、H2体积比为 _1_：__3_时平衡混合物中氨的含量最高。
二、合成氨反应的速率
【交流·研讨】 书P66
1、你认为可以通过控制那些反应条件来 提高合成氨反应的速率？
合成氨反应的特点：
N2(g)+3H2(g) (1体积) (3体积)
2NH3(g) △H ＝-92.2kJ/mol
(2体积)
△S = -198.2J·K-1·mol-1
①可逆反应 ②熵减小的反应 ③正反应气态物质系数减小 ④正反应是放热反应
一、合成氨反应的限度
【交流·研讨】 书P65
请利用化学平衡移动的知识分析 什么条件有利于氨的合成．
练一练：
1．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列变 化过程不能使平衡向右移动的是（ BC） （A）不断将NH3分离出来 （B）使用催化剂 （C）采用700K左右的高温 （D）采用2×107～5×107Pa的压强
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