化学人教版（2019）选择性必修1 2.4.1合成氨（共16张ppt）
文档属性
| 名称 | 化学人教版（2019）选择性必修1 2.4.1合成氨（共16张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 44.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-10-16 10:25:45 | ||
图片预览
文档简介
(共16张PPT)
基于真实情景的教学
第四节 化学反应的调控
向空气要面包
新课导入
生活中化学反应的调控
人类最伟大的发明是什么？
饥荒
产量低
农家肥(人和动物粪便、草木灰)
18世纪末，英国化学家克鲁克斯“先天下之忧而忧”，率先发出为了使子孙后代免于饥饿“向空气要面包”的号召。
农家肥的局限性
NH4+
问题1：为什么要向空气要面包？
合成氨
制尿素
制纯碱
制硝酸
制冷剂
确定目的
问题2：如何向空气要面包？
同桌讨论：根据该反应的特点和化学反应原理的知识说出该反应可行的理由？
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) △H＝－92.2kJ mol-1 S＝－198.2J K-1 mol-1
△ G=△H－T△S = －33.14 kJ·mol－1＜0，可以自发
查表：K(298K)=5 × 108，接近完全
确定反应
可行!
假如现在你是上世纪工厂的一名老板，你将要完成合成氨的伟大任务，作为负责人在工业生产为了提高经济效益你首先需要考虑那些问题？
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol-1
小组讨论：如果你是该工厂的工程师请你为提高合成氨的经济效益选择合适的条件（四人小组,结合导学案的资料）
工业合成氨事宜条件选择
20000多次试验，2500种不同配方，最终选用的铁触媒。
化学反应速率增大
氨的含量无影响
1、催化剂
实现工业生产：现在常用铁，其活性最好的温度范围400-500℃左右。
混有的杂质使催化剂“中毒”，
工业合成氨事宜条件选择
2、压强
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) △H＝－92.2kJ mol-1
压强越大，合成氨速率越大；
压强越大，平衡转化率越大，有利于提高氨的含量
压强越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。
实现工业生产：综合成本与设备耐压 10 MPa~30 MPa
工业合成氨适宜条件选择
3、温度
实现工业生产： 综合考虑，温度 一般控制400~500℃
低温能提高平衡转化率，但速率慢，到达平衡时间长，经济效益差，
高温温能提高速率，但转化率小，且催化剂在500 ℃时活性最大
铁触媒要在一定温度下效果最好。
工业合成氨适宜条件选择
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) △H＝－92.2kJ mol-1
4、浓度
但是实验测得适当提高N2的浓度，即N2和H2的物质的量比为1：2.8时，更能促进氨的合成。
实现工业生产：综合考虑 合成氨中即N2和H2的物质的量比为1：2.8
从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大，
工业合成氨适宜条件选择
综上所述，工业上通常采用铁触媒、在400~500℃和10MPa～30MPa的条件下合成氨。
温度/℃ 氨的含量/%
0.1 MPa 10 MPa 20 MPa 30 MPa 60 MPa 100 MPa
200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8
300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4
作为合成氨的工程师，请你提出其他可以提高合成氨中氨的百分含量的方法！
合成氨的生产流程
N2+H2
干燥
净化
防止催化剂中毒
N2+H2
压缩机加压
10MPa～30MPa
N2+H2
热交换
N2+H2
铁触媒
400～500℃
N2+H2+NH3
冷却
液态NH3
N2+H2+NH3
N2+H2
充分利用能源
增大压强
促使化学平衡向生成氨气的方向移动
原料气循环利用，提高原料利用率
工业合成氨实践优化
合成氨与三次诺贝尔化学奖
合成氨的过去
“合成氨”里的中国人：2016年中科院大连化学物理研究所研究团队研制合成了一种新型催化剂，将合成氨的温度、压强分别降到了350 ℃、1 MPa 。
更加节能、降低成本
合成氨的现在
【创新应用】碳中和的大背景下，能否利用二氧化碳合成甲醇？请你选出反应原理及反应条件并设计相应的流程
合成氨的未来
在硫酸工业中，通过下列反应使SO2转化成SO3,2SO2 (g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-198KJ\mol ,(已知制备SO3的过程中催化剂使是V2O5,在400--500℃效果最好），下表为不同温度和压强下的二氧化硫的转化率
综合分析
（1）分析数据找到答案
常压450℃催化剂
（2）分析题设信息找到答案
此温度下催化效果最好
（3）分析数据找到答案
常压下转化率已经很高
增大反应物浓度提高SO2 转化率
防止污染化境
基于真实情景的教学
第四节 化学反应的调控
向空气要面包
新课导入
生活中化学反应的调控
人类最伟大的发明是什么？
饥荒
产量低
农家肥(人和动物粪便、草木灰)
18世纪末，英国化学家克鲁克斯“先天下之忧而忧”，率先发出为了使子孙后代免于饥饿“向空气要面包”的号召。
农家肥的局限性
NH4+
问题1：为什么要向空气要面包？
合成氨
制尿素
制纯碱
制硝酸
制冷剂
确定目的
问题2：如何向空气要面包？
同桌讨论：根据该反应的特点和化学反应原理的知识说出该反应可行的理由？
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) △H＝－92.2kJ mol-1 S＝－198.2J K-1 mol-1
△ G=△H－T△S = －33.14 kJ·mol－1＜0，可以自发
查表：K(298K)=5 × 108，接近完全
确定反应
可行!
假如现在你是上世纪工厂的一名老板，你将要完成合成氨的伟大任务，作为负责人在工业生产为了提高经济效益你首先需要考虑那些问题？
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol-1
小组讨论：如果你是该工厂的工程师请你为提高合成氨的经济效益选择合适的条件（四人小组,结合导学案的资料）
工业合成氨事宜条件选择
20000多次试验，2500种不同配方，最终选用的铁触媒。
化学反应速率增大
氨的含量无影响
1、催化剂
实现工业生产：现在常用铁，其活性最好的温度范围400-500℃左右。
混有的杂质使催化剂“中毒”，
工业合成氨事宜条件选择
2、压强
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) △H＝－92.2kJ mol-1
压强越大，合成氨速率越大；
压强越大，平衡转化率越大，有利于提高氨的含量
压强越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。
实现工业生产：综合成本与设备耐压 10 MPa~30 MPa
工业合成氨适宜条件选择
3、温度
实现工业生产： 综合考虑，温度 一般控制400~500℃
低温能提高平衡转化率，但速率慢，到达平衡时间长，经济效益差，
高温温能提高速率，但转化率小，且催化剂在500 ℃时活性最大
铁触媒要在一定温度下效果最好。
工业合成氨适宜条件选择
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) △H＝－92.2kJ mol-1
4、浓度
但是实验测得适当提高N2的浓度，即N2和H2的物质的量比为1：2.8时，更能促进氨的合成。
实现工业生产：综合考虑 合成氨中即N2和H2的物质的量比为1：2.8
从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大，
工业合成氨适宜条件选择
综上所述，工业上通常采用铁触媒、在400~500℃和10MPa～30MPa的条件下合成氨。
温度/℃ 氨的含量/%
0.1 MPa 10 MPa 20 MPa 30 MPa 60 MPa 100 MPa
200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8
300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4
作为合成氨的工程师，请你提出其他可以提高合成氨中氨的百分含量的方法！
合成氨的生产流程
N2+H2
干燥
净化
防止催化剂中毒
N2+H2
压缩机加压
10MPa～30MPa
N2+H2
热交换
N2+H2
铁触媒
400～500℃
N2+H2+NH3
冷却
液态NH3
N2+H2+NH3
N2+H2
充分利用能源
增大压强
促使化学平衡向生成氨气的方向移动
原料气循环利用，提高原料利用率
工业合成氨实践优化
合成氨与三次诺贝尔化学奖
合成氨的过去
“合成氨”里的中国人：2016年中科院大连化学物理研究所研究团队研制合成了一种新型催化剂，将合成氨的温度、压强分别降到了350 ℃、1 MPa 。
更加节能、降低成本
合成氨的现在
【创新应用】碳中和的大背景下，能否利用二氧化碳合成甲醇？请你选出反应原理及反应条件并设计相应的流程
合成氨的未来
在硫酸工业中，通过下列反应使SO2转化成SO3,2SO2 (g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-198KJ\mol ,(已知制备SO3的过程中催化剂使是V2O5,在400--500℃效果最好），下表为不同温度和压强下的二氧化硫的转化率
综合分析
（1）分析数据找到答案
常压450℃催化剂
（2）分析题设信息找到答案
此温度下催化效果最好
（3）分析数据找到答案
常压下转化率已经很高
增大反应物浓度提高SO2 转化率
防止污染化境