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-工業(yè)合成氨備課魯科版選修

第2章第四節(jié)

《

化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化

——工業(yè)合成氨》1785年，確定了氨的組成：氮、氫研究N2和

H2直接合成NH31913年實(shí)現(xiàn)了合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)德國科學(xué)家哈伯在10年的時間內(nèi)進(jìn)行了無數(shù)次的探索，單是尋找高效穩(wěn)定的催化劑，2年間他們就進(jìn)行了多達(dá)6500次試驗(yàn)，測試了2500種不同的配方，最后選定了一種合適的催化劑--鐵，使合成氨的設(shè)想在1913年成為工業(yè)現(xiàn)實(shí)。鑒于合成氨工業(yè)的實(shí)現(xiàn)，瑞典皇家科學(xué)院于1918年向哈伯頒發(fā)了諾貝爾化學(xué)獎。N2(g)+3H2(g)2NH3(g)298K時：△H=-92.2kJ·mol-1

△S=-198.2J·K-1·mol-1

請根據(jù)正反應(yīng)的焓變和熵變分析298K下合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？

△H-T△S=-33.14kJ·mol-1<0

自發(fā)交流·研討11、從反應(yīng)的可逆性、熱效應(yīng)、氣體物質(zhì)系數(shù)變化的角度分析合成氨的反應(yīng)特點(diǎn)？N2+3H22NH3交流·研討22、請利用化學(xué)平衡移動的知識分析采取什么措施有利于氨的生成？降低溫度、增大壓強(qiáng)、增大反應(yīng)物濃度、降低生成物濃度達(dá)到平衡時平衡混合物中NH3的含量（體積分?jǐn)?shù)）[V(N2):V(H2)=1:3]

0.11020306010020015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.279.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4壓強(qiáng)/MPaNH3含量/%溫度/℃溫度降低，氨的含量增大壓強(qiáng)增大，氨的含量增大氫氮比外界條件化學(xué)平衡角度提高反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率N2、H2物質(zhì)的量之比NH3的濃度溫度壓強(qiáng)催化劑無影響高壓低溫為1:3時，NH3的含量最高及時轉(zhuǎn)移走NH3小結(jié)1、你認(rèn)為可以通過控制那些反應(yīng)條件來提高合成氨反應(yīng)的速率？升高溫度增大壓強(qiáng)增大反應(yīng)物濃度使用催化劑交流·研討22、實(shí)驗(yàn)研究表明，在特定條件下，合成氨反應(yīng)的速率與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系為:ν=κC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)請你根據(jù)關(guān)系式分析：各物質(zhì)的濃度對反應(yīng)速率有哪些影響？可以采取哪些措施來提高反應(yīng)速率？交流·研討2催化劑對合成氨反應(yīng)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

使用催化劑可使合成氨反應(yīng)的速率提高上萬億倍。外界條件化學(xué)速率角度提高合成NH3的速率N2、H2濃度和物質(zhì)的量比NH3的濃度溫度壓強(qiáng)催化劑增大N2、H2的濃度,且提高氫氣比例研究表明，在特定條件下，合成氨反應(yīng)的速率與參與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系式為：v=kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3)及時轉(zhuǎn)移走NH3高溫高壓催化劑【小結(jié)】外界條件提高平衡轉(zhuǎn)化率提高化學(xué)反應(yīng)速率N2:H21:3<1:3NH3及時轉(zhuǎn)移及時轉(zhuǎn)移溫度低溫高溫壓強(qiáng)高壓高壓催化劑無影響催化劑合成氨的適宜條件壓強(qiáng)溫度催化劑濃度根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來選擇壓強(qiáng)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∶2.8的投料比，氨及時從混合氣中分離出去鐵觸媒催化能力小結(jié)：合成氨選擇適宜生產(chǎn)條件的原則1.既要注意外界條件對反應(yīng)影響的一致性，又要注意外界條件對反應(yīng)影響的矛盾性。2.既要注意溫度、催化劑對速率影響的一致性；又要注意催化劑的活性對溫度的限制。3.既要注意注意理論上的需要，又要注意

實(shí)際操作的可能