高中化学优质课 化学反应条件的优化——工业合成氨
2.4化学反应条件的优化工业合成氨课件高二上学期化学选择性必修1
2.合成氨时采用700 K左右的温度进行,主要是因为在该温度时( C )
A.合成氨的化学反应速率最大
B.N2的转化率最高 C.催化剂的活性最大
D.NH3在平衡混合气体中的体积分数最大 3.在合成氨时,既要使氨的产率增大,又要使化学反应速率增大,可以采取的
措施有( C )
①增大体积使压强减小 ②减小体积使压强增大 ③升高温度 ④降低温
2.利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成。
工业合成氨的反应为：N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g) ΔH=－92.2 kJ·mol-1
目标：合成氨的平衡转化率越大越好
反应条件： 达到化学平衡的时间延长
低温、 高压、 高要求设备
增加反应物浓度、分离氨、氮气与氢气的体积比为1:3
二、合成氨反应的速率 交交流流··研研讨讨
一、合成氨反应的限度
交交流流··研研讨讨
工业合成氨的反应为：N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)
298 K ΔH=－92.2 kJ·mol-1 ΔS=－198.2 J·K-1·mol-1
1.根据反应的焓变和熵变分析在298 K时合成氨反应能否正向自发进行。
合成氨反应是在298 K时能正向自发进行的放热反应，同时也是熵减反应。
研究方向：
仿生固氮酶催化剂
根瘤菌固氮
合成氨的生产流程
合成氨的整个工业生产包括造气、净化、合成氨三大部分。 造气 原料气中的氮气来自空气，而氢气来自天然气、煤和炼油产品。
以天然气为原料时，反应可简单表示为:
CH4 + H2O
高温 催化剂
CO + 3H2
CO + H2O
高温 催化剂
CO2 + H2
鲁科版高中化学《化学反应条件的优化——工业合成氨》精品教案
第4节化学反应条件的优化————工业合成氨【教学目标】１.了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件；２.了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异；３通过对合成氨适宜条件的分析，认识化学反应速率和化学平衡的控制在工业生产中的重要作用。
【教学重难点】：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。
【课前预习区】假如你是合成氨工厂的厂长，根据所学知识，讨论如何加快合成氨反应的速率？若要提高合成氨的产量，还应该考虑什么？【课堂互动区】【交流·研讨1】分析合成氨反应的特点:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已知298K时: △H= -92.2KJ·mol—1，△S = -198.2J·K—1·mol—1【结论】：一、合成氨反应特点（1）__ ___反应（2）正反应为__ ___反应（3）正反应为气体体积___ 的反应（4）常温下(298K)为___ __（“可以”“不可以”）自发的反应【问题】分析工业生产主要考虑哪些问题？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。
【温故知新】影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些?（表一）【学以致用】（表二）工业合成氨适宜条件的选择【交流·研讨2】（表三）【数据支持】催化剂对合成氨反应速率的影响【思考.自学.解决】1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) ，阅读课本第68页，分析下列问题，完善下表（1）各物质的浓度对反应速率有哪些影响？（2）增大哪种反应物的浓度对反应速率影响更大一些？氨为什么要及时分离？（3）氮气和氢气投料比为什么是 1:2.8 ?（4）氮气氢气为什么循环使用？【结论】（表四）二、合成氨的适宜条件的选择条件工业合成氨的适宜条件压强温度催化剂浓度【小结·反思】工业上利用某可逆反应生产产品：1、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；2、选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大的温度；3、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。
【化学课件】化学反应条件的优化——工业合成氨ppt课件
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH ＝-92.4 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： 使生产氨气快 （速率分析） 压强 温度 催化剂 高压 高温 使用 使生成氨气多 （平衡分析） 高压 低温 不影响
让我好好想想？
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH＝-92.4 kJ·mol-1 考虑催化剂的活性
思考：温度是否越高越好？
压强是否越大越好？
考虑设备的耐压能力
外部条件 压强
温度 催化剂 浓度
工业合成氨的适宜条件
2×107～5×107 Pa 适宜温度（500℃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
工业上利用某可逆反应生产产品有哪些注意事项？ 1.一般要使用催化剂：
加快化学反应速率，提高生产效率，提高经济效益； 2.选择合适的温度：
该温度是催化剂活性最大的温度； 3.选择合适的压强：
既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要综合考虑设备
等。
例.(双选)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700 K左右的高温 D.采用2×107～5×107 Pa的压强
合成氨工业简述：
1.主要流程：
原料气制取→净化 →压缩 →合成→分离→液氨 （造气） （净化） 2.原料气制取： 制氮气: 常用压缩液态空气 制氢气: 水蒸气
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) Δ H ＝－92.4 kJ/mol
化学反应条件的优化工业合成氨优秀课件
❖ A、0.2 mol.L-1.min-1
B 、 0.6 mol.L-1.min-1
❖ C、0.1 mol.L-1.min-1
D、 0.3 mol.L-1.min-1
二、合成氨工业简述：
1、主要流程：
原料气制取 净化 压缩
（造气）
（净化）
2、原料气制取：
制氮气:
合成 分离
（合成氨）
液氨
压缩 液态空气 蒸发 N2(先逸出) 物理方法 空气 碳 CO2(+N2) 分离出CO2 N2 化学方法
1× 105 Pa 15.3
3000C 4000C 5000C 6000C
2.2 0.4 0.1 0.05
1× 107 Pa 81.5
2× 107 Pa 86.4
3× 6× 1× 107 107 108 Pa Pa Pa
89.9 95.4 98.8
52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 4.5 9.1 13.8 23.1 31.4
制氢气:
炽热碳
水蒸气 CO+H2
H2O(气)
分离出CO2
CO2+H2
H2
C(S)+H2O(g) CO(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
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。
化学反应条件的优化工业合成 氨优秀课件
利用氮、氢为原料合成氨的工业化生产曾是一 个较难的课题，从第一次实验室研制到工业化投 产，约经历了150年的时间。
上课用《化学反应条件的优化---工业合成氨》(共48张PPT)
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。 综合以上因素:实际生产中温度一般选择在 700K左右（主要考虑催化剂的活性）。
4、浓度怎么定？ N2 和H2的比例怎么定？
4．合成氨工业有下列流程：①
原料气制备；②氨的合成；③原 料气净化和压缩；④氨的分离。 其先后顺序为( )
A．①②③④ B．①③ ② ④
C．④③②①
D．②③④①
5、已知2SO2(g)+O2(g) 其实验数据见表
2SO3 (g) △H＜0
450℃ 。 (1) 应选用的温度是______ 常压 ，理由是因为常压下 SO2 (2) 应采用的压强是______ ___________ 的转化率已经很高，若采用较大压强，SO2的转化率 __________________________________________ 提高很少，但需要的动力更大，对设备的要求更高。 _______________________________________。
----
50MPa ，是因该条
4.对于反应: 2SO2(g)+O2 (g) 下列判断正确的是( BC )
2SO3 (g)
A.2体积SO2和足量O2反应,必定生成2体积SO3 B.其他条件不变,增大压强,平衡向右移动
C.平衡时, SO2消耗速率必定等于O2的生成速率
的两倍
D.平衡时, SO2浓度必定等于O2浓度的两倍.
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。
第二课时
二、合成氨工业简述：
高二《化学反应原理》第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨 优质课示范课
64.2 38.2 19.1 9.1
71.0 47.0 26.4 13.8
84.2 65.2 42.2 23.1
92.6 79.8 57.5 31.4
【想一想】
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：
Pa
Pa
Pa
Pa
15.3 2.2 0.4 0.1 0.05
81.5 52.0 25.1 10.6 4.5
86.4 64.2 38.2 19.1 9.1
89.9 71.0 47.0 26.4 13.8
95.4 84.2 65.2 42.2 23.1
98.8 92.6 79.8 57.5 31.4
【想一想】思考相同压强时升高温度，反反应应的的程程度度减如小何。变化？
体会课堂探究的乐趣， 汲取新知识的营养， 让我们一起 走 进 课 堂 吧！
【拓展视野】
19世纪以前，有远见的化学家曾指出：考虑到将来的 粮食问题，为使子孙后代免于饥饿，必须寄希望于科学家 能实现大气固氮——将空气中丰富的氮固定下来并转化为 可被利用的形式。德国化学家哈伯在1913年实现了合成氨 的工业生产，满足了20世纪人口由30亿增至 60亿对粮食的需求，因此人们赞扬哈伯是 “用空气制造面包的圣人”。
弗里茨·哈伯
利用氮气、氢气为原料合成氨的工业化生产曾是一个
较难的课题，从第一次实验室研制到工业化投产，约经历
了150年的时间。
反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)看起来十分简单，为
什么合成氨的工业化生产会经历如此漫长的过程？合成氨
2.4 化学反应条件的优化——工业合成氨 课件(鲁科版选
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
学习探究
合成氨流程简图
基础自学落实·重点互动探究
合 成
压缩机
塔
氢氮混合气
水冷器 循环气体
氨 分 离 器
液 氨
循环压缩机
学习探究 活学活用
基础自学落实·重点互动探究
3． 合成氨的反应为 N2(g)＋3H2(g) 件是
学习重难点： 合成氨的适宜条件。
知识回顾
温故追本溯源·推陈方可知新
影响化学反应速率和化学平衡的重要因素：
化学反应速率
温度
温度越高，反应速率越大
化学平衡
升高温度，平衡向吸热方向移动
气体压强 催化剂 浓度
压强越大，反应速率越大
增大压强，平衡向气态物质 系数减小的方向移动
正催化剂加快反应速率； 受温度影响较大
度的 1.5 次方成正比，与氨气浓度的 1 次方成反比。
②可以采取增大 N2、H2 浓度，将氨及时从混合气中分离出去的措施来提高反应速率。
(3)有、无催化剂对合成氨反应速率影响的对比
条件 Ea/kJ·mol－1 k(催)/k(无)
无催化剂
有催化剂
说明了 使用催化剂
335 3.4×1012(700 K)
167
可以使合成氨反应的速率提高上万亿倍。
学习探究 归纳总结
基础自学落实·重点互动探究
使NH3生产得快和使NH3生产得多的条件
条件 压强 温度 催化剂 反应物的浓度
速率分析 高压 高温
使用 增大浓度
平衡分析 高压
低温 无影响 增大浓度
学习探究 活学活用
化学反应条件的优化――――工业合成氨
化学反应条件的优化――――工业合成氨[知识要点]：一、合成氨的化学平衡分析：工业合成氨是可逆反应：N2 (g) + 3 H2 (g) 2 NH3 (g) 已知298K时△H=－92.2KJ·mol-1△S=－198.2 J·K―1·mol―1可知，该反应在298K时是一个能进行的反应，同时也是气体的物质的量的减反应。
[结论] 因此温度压强将有利于化学平衡向生成的方向移动，在一定的温度、压强下，反应物氮气、氢气的体积比为时，平衡混合物的氨的含量最高。
二、合成氨的反应速率分析：特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度关系为v=kC (N2)C1.5(H2)C―1(NH3),可知，合成氨反应的速率与氨气浓度的次方成，在反应过程中，随着氨气的浓度的增大，反应速率会逐渐，因此为保持足够高的反应速率，应适时将从混和气中分离出来。
使用___________可以使合成氨反应的速率提高上万亿倍，此外温度越高，反应速率。
[结论] 有利于提高合成氨反应速率的措施有：①提高反应温度②使用催化剂③适当提高氮氢比④适时分离反应产物氨三、提高合成氨反应的平衡转化率和反应速率的措施四、实际生产中采取的措施：目前，合成氨生产中一般选择作为催化剂。
控制反应温度在左右，根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强，大致可分为（1×107Pa）、（2×107～3×108Pa）、(8.5×107~1×108Pa)三种类型，通常采用氮气与氢气物质的量之比为的投料比。
且氮气氢气循环使用。
目前的工艺条件下，合成氨厂出口气的氨含量一般为。
五、合成氨生产流程合成氨的整个工业生产包括造气、净化、合成氨三大部分氮气来自于空气，将空气，先得液态，气体为造气氢气来自于含氢的天然气，煤、炼油产品，反应可表示为净化目的氨的分离（方法将液化）合成氨氮气、氢气的循环使用反馈练习1、合成氨工业的生产中，应采取的适宜条件是（）A、高温高压B、适宜的温度，高压催化剂C、低温低压D、高温，高压催化剂2、在一定温度和压强下，合成氨反应达到平衡时，下列操作不会使平衡发生移动的是（）A、恒温恒压时充入氨气B、恒温恒容时充入氮气C、恒温恒容时充入氦气D、恒温恒压时充入氦气3、工业合成氨一般采用700K左右的温度，其原因是（）①适当提高氨的合成速率②提高氢气的转化率③提高氨的产率④催化剂在700K时活性最大A、①B、①②C、②③④D、①④4、在合成氨工业中，达到下列目的的变化过程中与平衡移动无关的是（）A、为增加NH3的日厂量，不断将NH3分离出来B、为增加NH3的日产量，使用催化剂C、为增加NH3的日产量而采用1×107Pa～1×108Pa 的压强D、为增加NH3的日产量，采用700K左右的高温5、二氧化氮存在下列平衡：2NO2(g)N2O4(g)(正反应为放热反应)。
高中化学《化学反应条件的优化——工业合成氨》教案
高中化学《化学反应条件的优化——工业合成氨》精品教案一、教学目标：1. 让学生了解工业合成氨的反应原理和过程。
2. 使学生掌握化学反应条件的优化方法。
3. 培养学生的实验操作能力和科学思维。
二、教学内容：1. 工业合成氨的反应原理及过程。
2. 影响化学反应速率的因素。
3. 化学反应条件的优化方法。
4. 实验操作技巧及注意事项。
三、教学重点与难点：1. 工业合成氨的反应原理及过程。
2. 影响化学反应速率的因素。
3. 化学反应条件的优化方法。
四、教学方法：1. 采用多媒体课件辅助教学，直观展示反应原理和过程。
2. 进行实验操作演示，引导学生动手实验。
3. 采用问题驱动教学，引导学生思考和探讨。
五、教学过程：1. 导入新课：介绍工业合成氨的重要性和应用领域。
2. 讲解反应原理：阐述工业合成氨的反应过程及化学方程式。
3. 分析影响反应速率的因素：温度、压力、催化剂等。
4. 讲解化学反应条件的优化方法：如何提高反应速率，降低成本。
5. 实验操作演示：引导学生动手进行实验，观察实验现象。
7. 布置作业：巩固所学知识，提高学生的实际应用能力。
六、教学评价：1. 采用课堂问答、讨论的形式，评估学生对工业合成氨反应原理的理解程度。
2. 通过实验操作，评价学生对化学反应条件优化方法的掌握情况。
3. 布置课后作业，评估学生对课堂所学知识的吸收和应用能力。
七、教学资源：1. 多媒体课件：用于展示工业合成氨的反应原理、过程及影响因素。
2. 实验器材：用于引导学生动手实验，优化化学反应条件。
3. 教学参考书：提供更深入的理论知识，帮助学生拓展视野。
八、教学进度安排：1. 第1-2课时：介绍工业合成氨的反应原理及过程。
2. 第3-4课时：分析影响化学反应速率的因素。
3. 第5-6课时：讲解化学反应条件的优化方法。
4. 第7-8课时：实验操作演示与实践。
九、教学反思：在教学过程中，关注学生的学习反馈，及时调整教学方法和节奏。
针对学生的薄弱环节，加强针对性辅导。
化学反应条件的优化---工业合成氨
书P65
2NH3(g)
合成氨反应的特点： 合成氨反应的特点：
N2(g)+3H2(g) (1体积 (3体积 体积) 体积) 体积 体积 2NH3(g) △H ＝-92.2kJ/mol (2体积 体积) 体积
198.2J·K mol mol△S = -198.2J K-1·mol-1
①可逆反应 ②熵减小的反应 正反应气态物质系数减小 ③正反应气态物质系数减小 ④正反应是放热反应
工业上利用某可逆反应生产产品： 工业上利用某可逆反应生产产品： 一般要使用催化剂：这样可以大大加快化学 一般要使用催化剂： 使用催化剂 反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益； 反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益； 选择合适的温度： 选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大 合适的温度 的温度； 的温度； 选择合适的压强： 选择合适的压强：既要考虑化学反应速率和 合适的压强 化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。 化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。
的比例怎么定？ 4、浓度怎么定？ N2 和H2的比例怎么定？ 浓度怎么定？
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增大反应物的浓度可以增大反应速率， 增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小 反应物的浓度可以增大反应速率 生成物的浓度可以使平衡正向移动。 正向移动 生成物的浓度可以使平衡正向移动。从化学平衡 的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1 的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3 平衡转化率最大 但是实验测得适当提高N 转化率最大， 实验测得适当提高 时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2的 浓度， 的物质的量比为1 2.8时 浓度，即N2和H2的物质的量比为1：2.8时，更能促 进氨的合成。 进氨的合成。 实际生产中的处理方法： 实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却 液化分离出去 及时将氮气和氢气循环利用， 出去； 循环利用 液化分离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使 的物质的量比为1 其保持一定的浓度。 其保持一定的浓度。即N2和H2的物质的量比为1：2.8
高中化学【化学反应条件的优化—工业合成氨】讲义
化学反应条件的优化—工业合成氨发展目标体系构建1.结合生产实例，讨论化学反应条件的选择和优化，形成从限度、速率、能耗的多角度综合调控化学反应的基本思路，发展“绿色化学”的观念和辩证思维的能力。
2.能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题。
1．合成氨反应的限度(1)反应原理N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·K－1·mol－1。
(2)反应特点(3)影响因素①外界条件：温度、压强，有利于化学平衡向生成氨的方向移动。
②投料比：温度、压强一定时，N2、H2的体积比为时平衡混合物中氨的含量最高。
微点拨：合成氨反应中，为了提高原料转化率，常采用将未能转化的N2、H2循环使用的措施。
2．合成氨反应的速率(1)提高合成氨反应速率的方法(2)浓度与合成氨反应速率之间的关系在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式为v＝kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)，由速率方程可知：N2或H2的浓度，NH3的浓度，都有利于提高合成氨反应的速率。
微点拨：温度升高k值增加，会加快反应速率；同时加入合适的催化剂能降低合成氨反应的活化能，使合成氨反应的速率提高。
3．合成氨生产的适宜条件(1)合成氨反应适宜条件分析工业生产中，必须从和两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的，同时还要考虑设备的要求和技术条件。
(2)合成氨的适宜条件序号影响因素选择条件1 温度反应温度控制在左右2 物质的量N2、H2投料比3 压强1×107～1×108 Pa4 催化剂选择铁做催化剂5 浓度使气态NH3变成液态NH3并及时分离出去，同时补充N2、H2(3)合成氨的生产流程的三阶段1．判断对错(对的在括号内打“√”，错的在括号内打“×”。
重点高中化学《化学反应条件的优化-工业合成氨》优质课导学案
文登天福山中学高二化学备课组学案新授第二章第四节化学反应条件的优化－工业合成氨导学案【学习目标】1. 明白工业生产条件选择的依据和原理2. 知道合成氨原理，逐步学会用化学平衡和化学反应速率的有关知识选择合成氨的条件。
【重点、难点】工业合成氨条件的选择过程【自主学习】（一）合成氨的工业生产：1. 反应特点：N 2（g）＋3H2（g）2NH3（g）________反应，正向△H______0，正向△n（g）______02. 反应的自发性和限度【算一算】已知在298K时，合成氨反应的△H＝－92.2kJ·mol－1，△S＝－198.2J·K－1·mol －1计算该反应在298K时能否自发进行（二）选取合适的反应条件的依据1. 从可逆性、反应前后气体的体积变化、焓变三个角度分析化学反应的特点。
2. 据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响，从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况，选出适宜的外界条件。
浓度：温度：压强：催化剂：3. 各种外界条件对速率和平衡的具体影响：（1）压强：温度一定时，增大混合气体的压强对合成氨的速率和平衡都有利，但压强越大需要的动力越大，对材料和设备的制造要求越高，一般采用2×107~5×107Pa（2）温度：从平衡的角度考虑，合成氨低温有利，但是温度过低反应速率很慢，需要很长时间才能达到平衡，很不经济，所以实际生产中，采用700K左右的适宜温度（在此温度时催化剂的活性最大）。
（3）催化剂：为了加快反应速率，采用以铁为主的铁催化剂。
（4）浓度：不断的补充氢气和氮气，及时的分离出氨气。
4. 合成氨的适宜条件：500℃、铁触媒、2×107~5×107Pa；原料气循环操作过程；N2与H2浓度比约为1∶2.8【总结】：1、合成氨反应有何特点？2、工业合成氨的适宜条件有哪些？【自我检测】1、有平衡体系CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g），△H＜0。
《化学反应条件的优化——工业合成氨》示范公开课教学PPT课件【化学鲁科版(新课标)】
课堂检测
4.合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图 分析合成氨工业最有前途的研究方向是 A.提高分离技术 B.研制耐高压的合成塔
√C.研制低温催化剂
D.探索不用N2和H2合成氨的新途径
解析 由图可知：φ(NH3)随着温度的升高而显著下降，故要提高φ(NH3)必须降低温 度，但目前所用催化剂——铁触媒活性最好时的温度在700 K左右，故最有前途的研 究方向是研制低温催化剂。
敬请各 位老 师提 出宝 贵意见 ！
的转化率 D.加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率增大，逆反应速率减小
课堂检测
解析 达到平衡后，加入N2，平衡正向移动，达到新平衡后，NH3的浓度会增大， 而N2的浓度比原平衡的大；达到平衡后，升高温度，正、逆反应速率都增大，但平 衡逆向移动，不利于NH3的生成；达到平衡后，缩小容器体积既增大压强，正、逆反 应速率都增大，平衡正向移动，又有利于提高H2的转化率；加入催化剂，能同等程 度地增大正、逆反应速率，缩短反应达到平衡的时间。
课堂检测
3.关于工业合成氨的叙述中，错误的是 A.在动力、设备、材料允许的情况下，反应尽可能在高压下进行
√B.温度越高越有利于工业合成氨
C.在工业合成氨中N2、H2的循环利用可提高其利用率，降低成本 D.及时从反应体系中分离出氨气有利于平衡向正反应方向移动
解析 合成氨的反应为放热反应，温度越高，NH3的产率越低，温度太高 会影响催化剂的催化效果。
一、合成氨反应的限度与速率
【理解应用】
1.能使合成氨反应N2(g)＋3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol－1进行限度增大 的方法是
A.升高温度
B.降低压强
化学反应条件的优化——工业合成氨教案
化学反应条件的优化——工业合成氨教案一、教案概述本节课是关于化学反应条件优化的实践教案，以工业合成氨为例进行讲解。
通过本课的学习，学生将了解到工业合成氨反应的原理、反应条件以及反应条件优化的重要性。
二、教学目标1.理解工业合成氨反应的原理；2.熟悉工业合成氨反应的常见条件；3.了解如何优化工业合成氨反应的条件。
三、教学内容及安排1.工业合成氨反应的原理介绍（10分钟）1.1反应方程式：N2+3H2→2NH31.2反应原理：利用铁催化剂，在高压和高温条件下将氮气和氢气反应生成氨气。
2.工业合成氨反应的常见条件（20分钟）2.1温度条件：常用温度为400-500°C。
2.2 压力条件：反应需要高压环境，常用压力为100-250 atmospheres。
2.3催化剂：常用的催化剂为铁，常与铝、钙等材料进行混合制备。
2.4反应时间：通常需要较长的反应时间，一般为12-24小时。
3.工业合成氨反应条件优化（30分钟）3.1温度优化：随着温度的升高，反应速率会提高，但是也会导致副反应的增加，因此需在速率与选择性中寻找平衡点。
3.2压力优化：随着压力的增加，氮气和氢气的压力差减小，反应动力学变得更有利，但是高压条件下的设备成本较高，需要紧密控制系统的安全性。
3.3催化剂优化：改变催化剂的组成、制备方法和载体等，可以提高反应速率和选择性。
3.4反应时间优化：通常较长的反应时间会使得反应达到平衡，但是长时间反应使得设备利用率较低，需要平衡利用率和产量之间的关系。
4.案例分析及讨论（20分钟）4.1案例一：温度和压力的优化4.2案例二：催化剂优化4.3案例三：反应时间的优化5.课堂小结及延伸（10分钟）5.1课堂小结：总结工业合成氨反应条件的优化方法，并强调其重要性。
5.2延伸学习：推荐学生深入了解其他工业反应条件的优化方法。
四、教学方法及手段1.讲授法：通过讲解工业合成氨反应的原理以及反应条件，向学生传递知识。
化学反应条件的优化工业合成氨课件上学期高二化学选择性必修1
结论：P86
因素
反应特点
温度
浓度 υ=kc(N2) ·c(H2) ·c-1(NH3)
压强 催化剂
活化能高
催化剂对氨的合成反应速率的影响
条件 无催化剂 使用Fe催化剂
△ E /KJ/mol 335 167
k(催)/k(无) 3.4×1012(700k)
结论：使用催化剂可以使合成氨反应的速率提高上万亿倍。因此，要 实现合成氨的工业化生产，使用适宜的催化剂是最有效的途径。
使用铁触媒作催化剂
合成氨的催化历程
转化率较高
(2)应采用的压强是_1_×_1__0_5_P_a，理由是：
常压下SO2的转化率已经很高，若采用较大的压强，SO2的转化 率提高很少，但需要动力更大，对设备的要求更高
(3)生产中通入过量空气的目的是_增__大__O__2_浓__度__、__提__高__S_O__2的___转__化__率_。
A．工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成 B．若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B以提高A和B的转化率 C．工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高 D．工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高M的日产量
3、已知2SO2(g)＋O2(g) V△2O52SO3(g) ΔH<0的实验数据如下表：
1、对于合成氨工业，只从提高原料转化率看，从下列条件中选择最
适宜的组合是（ B ）
①高温 ②低温 ③低压 ④高压 ⑤催化剂 ⑥加氨 ⑦除氨 A.②④⑤ B.②④⑦ C. ①④⑤ D.②③⑥
高中化学 第二章 第4节 化学反应条件的优化---工业合成氨
例2． 有平衡体系：CO(g)＋2H2(g) ⇌CH3OH(g) ΔH<0，为了增加甲
醇(CH3OH)的产量，应采取的正确措施是( B )
A．高温、高压
B．适宜温度、高压、催化剂
C．低、低压
D．高温、高压、催化剂
例 3．硫酸是一种重要的化工产品，目前主要采用“接触法”进行生产。有关接触氧化反应 2SO2
1．反应原理
N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g) ΔH（298 K）＝－92.2 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·K－1·mol－1。
2．反应特点
正反应是气体体积减小的反应，ΔH < 0，ΔS 0；吉布斯自由能
ΔG=
（公式）= -33.1 （298K时数值） < 0，常温下能自发
进行。
三、合成氨反应的适宜条件 1．合成氨反应适宜条件分析 工业生产中，必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条 件，既要考虑尽量增大反应物的 转化率，充分利用原料，又要选择较快 的速率 ，提高单位时间内的 产量 ，同时还要考虑设备的要求和技术 条件。
2．合成氨的适宜条件（课本80页）
序号 影响因素
选择条件
1
温度
反应温度控制在 700K 左右
2
物质的量
N2、H2投料比 1:2.8（78页）
3
压强
1×107～ 1×108 Pa（低压、中压、高压）
4
催化剂
选择 铁 作催化剂
例1．下列有关工业合成氨的叙述中正确的是(CD ) A．温度升高，不利于提高合成氨的反应速率 B．工业上选择合适的条件，可以使氮气全部转化为氨 C．合成氨反应平衡的移动受温度、浓度、压强等因素的影响 D．使用铁触媒，可以使氮气和氢气化合速率明显增大
高中化学反应原理化学反应条件的优化工业合成氨课件鲁科必修3.ppt
催化剂
2SO2 + O2
2SO3 △H<0，试回答下列问题：
⑴ 生产过程中常常通入过量的空气，你认为其原因是什么？
⑵ 实际生产控制的温度为400℃-500℃，为什么？
⑶ 增大压强对上述反应有何影响？工业上常常采用常压， 为什么？
3、能正确反应出：N2 ( g ) +3H2 ( g ) 系的是（ D ）。
综合以上两点，实际生产中压强一般 选择在20MPa---50MPa之间。
2、温度怎么选择？
①因为正反应方向是放热的反应，所 以降低温度有利于提高平衡混合物中氨的 含量。
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。
催化剂要在一定温度下效果最好。
综合以上因素，实际生产中温度一般 选择在500℃（主要考虑催化剂的活性） 左右。
②生物固氮（根瘤菌）：常温常压、成本低、转化率高。
[课堂练习]
1、有平衡体系CO (g) + 2H2 (g)
CH3OH (g) △H<0 ，为了
增加CH3OH的产量，应该采取的措施是 （ B ）。
A、高温、高压 C、低温、低压
B、适宜的温度、高压、催化剂 D、高温、高压、催化剂
2、在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化为SO3：
2NH3 ( g ) △H<0的关
N2
300atm
转
化
200atm
N2 转 化
率
100atm
率
0A
T
N2
100atm
转
化
200atm
率
300atm
0
C
T
100atm 200atm
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[研讨·总结]
目的 条件 选择
使NH3生产得快 (速率角度)
使NH3生产得多 (限度角度)
浓度
增大反应物浓度 增大反应物浓度 及时分离出氨 减小生成物浓度
压强
增大压强
增大压强
温度
升高温度
降低温度
催化剂
使用催化剂
无影响
问题：工业上合成氨的合适条件到底怎样？
采用氮气与氢气物质的量为1∶2.8的投
合 成
A. 延长反应时间 C. 充入过量N2
B. 充入过量H2 D. 升高温度
5.关于氨的合成工业的下列说法正确的是 （）
A.从合成塔出来的气体，其中氨一般占15%， 所以生产氨的工业的效率都很低
B.由于NH3易液化，N2、H2可循环使用，则 总的说来氨的产率很高
C.合成氨工业的反应温度控制在700K左右， 目的是使平衡向正反应方向进行
2SO3 (g)
A.2体积SO2和足量O2反应,必定生成2体积SO3 B.其他条件不变,增大压强,平衡向右移动
C.平衡时, 时, SO2浓度必定等于O2浓度的两倍.
课外作业
研究性学习课题
设想合成氨的发展前景
参考：①生物中植物对氮的需求； ②生物固氮的原理和条件； ③理想的人工固氮条件。
N2和H2(循环)
制取
净
压
合
分
原料气
化
缩
成
离
空气
(循环操作过程) 液氨
压缩液化 液态空气 蒸发 氧跟碳作用 CO2+N2 分离出CO2
N2(先逸出) N2
C+H2O====CO+H2 CO+H2O(g) 催化剂 CO2+H2
[学以致用]
在接触法制取硫酸时接触室内发生的反应为
2SO2(g)+O2(g)
3、生产流程：造气—净化—压缩—合成—分离 新型高效催化剂合成
4、发展趋势： 化学模拟生物固氮
考场演兵
1.在合成氨工业中，为增加氨的日 产量，下列变化过程中不能使平衡 向右移动的是（ ） A. 不断将氨分离出来 B.采用2×107～5×107Pa的压强 C.采用700K左右的温度而不是常温 D.使用催化剂
2.对于合成氨的反应来说,使用催化剂和施加 高压,下列叙述中正确的是( ) A.都能提高反应速率,都对化学平衡状态无
影响 B.都对化学平衡状态有影响,都不影响达到 平衡状态所用的时间 C.都能缩短达到平衡状态的时间,只有压强
对化学平衡状态有影响 D.催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的 时间,而压强无此作用
料比，及时分离 NH3 ;
氨
根据条件选择低、中、高压；跟动力、
的
材料、设备等配合;20MPa-30MPa
适 宜 条
温度控制在700K左右:该温度为合成氨 催化剂的活性温度 ;
件
铁作催化剂：使用催化剂能大大加快化
学反应速率，提高生产效率，也提高了
经济效益。
工业合成氨简易流程图
除去杂质气体、粉尘等， 防止催化剂“中毒”
表2 SO2的转化率与温度、压强的关系
压强 温度
0.1MPa
0.5MPa
1MPa
400℃
99.2
常99压.6
99.7
500℃
93.5 400℃9~6.59 00℃ 97.8
600℃
73.7
85.8
89.5
10MPa
99.9 99.3 96.4
问题：工业上合成SO3的合适条件到底怎样？
合 成
投料关系： 过量的空气
化学反应条件的优化 ——工业合成氨
[交流研讨]
对于合成氨反应
N2 + 3H2
2 NH3
在298K时有如下数据：
ΔH= - 92.2kJ·mol-1 ΔS= -198.2J·mol-1·k-1
平衡常数 K=4.1X106(mol·L-1)-2
键能 N≡N 946 kJ·mol-1 ; H-H 435.1kJ·mol-1 N-H 391kJ·mol-1
2SO3 (g) ΔH＜0
使用的催化剂为五氧化二钒，其活性温度约450℃左右。专家认为该反应的转化
率高于93%时已可满足。请仔细分析表中的数据，指出氧化SO2应选取的合适的 温度和压强。
表1 常压下SO2转化率与温度的关系
温度/℃ 400 450 475 500 525 550 575 600 650 转化率/% 99.2 97.5 95.8 93.5 90.5 85.6 79.9 73.7 58.5
3.在一密闭容器中，N2、H2合成氨的反应已 达到平衡。此时再往容器中通入一定量N2,保 持温度和容器体积不变，当反应再次达到平 衡时，与第一次平衡状态相比（ ）
Ａ. NH3的百分含量一定增大
Ｂ. NH3的浓度增大
Ｃ. H2的转化率提高 Ｄ. N2的转化率提高
4.在合成氨时，可以提高H2转化率的措施 是（ ）
D.合成氨工业采用20 MPa～50MPa ，是因该 条件下催化剂的活性最好
6.工业上用氢气和一氧化碳气体在一定条件
下反应生产甲醇
CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)(正反应放热） 为了提高甲醇的产量，从理论上讲下列措施
中正确的是( )
A.高温高压
B.高温低压
C.低温低压
D.低温高压
7.对于反应: 2SO2(g)+O2 (g) 下列判断正确的是( )
的 适
温度控制： 400～500 ℃
宜 条
压强选择：
常压
件
催化剂：
五氧化二钒
[交流·研讨]
工业合成氨：耗能，污染、低效、高成本。
生物固氮（根瘤菌） ：绿色、环保、高效、0成本
发展方向
⑴新型高效催化剂合成 ⑵化学模拟生物固氮
[课堂小结]
1、反应特点：可逆、低速、放热、缩小 浓度、压强—互惠性条件
2、适宜条件： 反应温度——矛盾性条件 催化剂———自利性条件