2.4.1.化学反应条件的调控-- 工业合成氨 课件(共29张PPT)+2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

(共29张PPT)
工业合成氨
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民以食为天
粮食增产
吃不饱
吃的饱
如何使粮食增产呢？
禾下乘凉梦
改良品种
粮食危机
肥料
制氮肥的原料环节一——构建化工生产主反应选择思路1898年，英国科学家克鲁克斯发出了“向空气要氮肥”的号召氮的固定N2氮肥回顾学过的固氮反应，哪个反应可以实现工业化生产 说明原因？环节一——构建化工生产主反应选择思路高能固氮生物固氮N2+ O2= 2NON2+ 3H22NH3回顾学过的固氮反应，哪个反应可以实现工业化生产 说明原因？环节一——构建化工生产主反应选择思路回顾学过的固氮反应，哪个反应可以实现工业化生产 说明原因？环节一——构建化工生产主反应选择思路N2+ 3H22NH31.NH3可以进一步转化为被植物吸收和利用;2.该反应原料来源丰富;3.合成氨反应ΔH＜0，ΔS＜0，低温下反应能自发进行;4.该反应在常温下反应限度较大。著名化学家、中科院资深院士2008年国家最高科学技术奖获得者假如没有发明合成氨，以及第一、第二、第三代新农药的技术，世界粮食产量至少要减半，60亿人口中的30亿会被饿死。——徐光宪如何调控反应条件使它满足工业化生产的要求呢 环节一——构建化工生产主反应选择思路环节二——选择合成氨反应条件温故知新：影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些 影响因素化学反应速率化学平衡气体压强温度浓度催化剂温度越高,反应速率越大压强越大,反应速率越大正催化剂加快反应速率反应物浓度越大,反应速率越大升高温度,平衡向吸热方向移动增大压强,平衡向气体分子数减小的方向移动催化剂对平衡无影响增大反应物浓度,平衡正向移动环节二——选择合成氨反应条件如何从温度、浓度、压强、催化剂角度提高合成氨的反应速率和限度 理论指导化学反应速率化学平衡气体压强温度浓度催化剂高压高温使用高压低温不影响增大原料气浓度分离出氨气原料循环利用环节二——选择合成氨反应条件压强的选择：p=10～30 MPaΔH=－92. 2 kJ·mol－1N2(g)+ 3H2(g)2NH3(g)压强的选择平衡混合物中氨的含量与温度、压强的关系环节二——选择合成氨反应条件温度的选择【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.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。如何面对从理论上分析温度对于限度和速率的影响相互矛盾的问题 ΔH=－92. 2 kJ·mol－1N2(g)+ 3H2(g)2NH3(g)环节二——选择合成氨反应条件温度的选择温度的选择：较高温度【点睛】速率和限度是工业生产需要考虑的两大核心因素，我们需要统筹兼顾，当二者发生矛盾时，优先调控反应速率，并遵循催化剂活性最大化的原则。ΔH=－92. 2 kJ·mol－1N2(g)+ 3H2(g)2NH3(g)工业生产追求的目标：单位时间产率最大化环节二——选择合成氨反应条件催化剂的选择催化剂的选择：铁触媒500℃活性最佳相同时间内氨的含量与温度、催化剂的关系温度的选择：较高温度T=400-500℃请画出催化剂参与下合成氨反应过程中的能量变化环节二——选择合成氨反应条件理解催化剂作用下的反应历程催化剂参与下合成氨反应能量-反应历程图两个峰的含义？多个峰的含义？1.加入催化剂之后，活化能大大降低;2.加入催化剂之后，产生了几个小峰，说明发生了几个反应。环节二——选择合成氨反应条件理解催化剂作用下的反应历程计算机模拟的铁触媒参与下合成氨反应能量-反应历程图断键成键吸附脱附扩散 → 吸附 → 表面反应 → 脱附 → 扩散环节二——选择合成氨反应条件理解催化剂作用下的反应历程吸附表面反应脱附环节二——选择合成氨反应条件理解催化剂作用下的反应历程决速步骤脱附：NH3(ad) → NH3(g)吸附：N2(g) → N2(ad) H2(g) → H2(ad)表面反应：N2(ad) → 2N(ad) H2(ad) → 2H(ad)N(ad) + H(ad) → NH(ad)NH(ad) + H(ad) → NH2(ad)NH2(ad) + H(ad) → NH3(ad)环节二——选择合成氨反应条件理解催化剂作用下的反应历程1.增加N2的浓度(分压)，从而增加N2的吸附浓度，加快决速步骤的反应速率。2.及时移走生成的NH3，为N2和H2腾出更多可供吸附的催化剂表面空间环节二——选择合成氨反应条件理解催化剂作用下的反应历程决速步骤环节二——选择合成氨反应条件投料比的选择投料比的选择：n(N2)∶n(H2)=1∶2.8ΔH=－92. 2 kJ·mol－1N2+ 3H22NH3某压强、温度不同N2和H2的体积比与平衡时氨含量关系环节二——选择合成氨反应条件归纳总结外部条件工业合成氨的适宜条件压强温度催化剂投料比依据设备耐压性等因素10-30MPa依据催化剂活性等因素400-500℃左右使用铁触媒作催化剂n(N2)∶n(H2)=1∶2.8环节三——构建动态开放体系的认识模型合成氨反应达平衡了吗 判断依据是什么 环节三——构建动态开放体系的认识模型作图表示从投料到平衡，总反应的速率——时间变化曲线速率时间合成氨从进料→出塔单循环的速率-时间曲线合成氨从进料→平衡的速率-时间曲线环节三——构建动态开放体系的认识模型速率时间工业上不等到反应达平衡，而采用不断投料的方式进行生产的优势是什么 工业生产追求的目标：单位时间产率最大化环节四——构建调控化学反应的思维模型总结工业条件优化的一般思维模型工业条件优化单位时间产率最大化压强温度投料化学反应限度ΔH、ΔS、K化学反应速率反应微观历程催化剂影响环节四——构建调控化学反应的思维模型模型应用(1)应选择的温度是________，理由是。温度不同压强下SO2的转化率(%)1×105Pa5×105Pa1×106Pa5×106Pa1×107Pa450 ℃97.598.999.299.699.7550 ℃85.692.994.997.798.3450 ℃该反应是放热反应，升高温度，转化率降低；在450 ℃反应物转化率较高已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH< 0的实验数据如下表:环节四——构建调控化学反应的思维模型(2)应采用的压强是________，理由是：(3)在合成SO3的过程中，不需要分离出SO3的原因是：(4)生产中通入过量空气的目的是_____________________________。1×105Pa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SO2的转化率比较高，达到平衡后的混合气体中SO2的余量很少增大O2浓度、提高SO2的转化率温度不同压强下SO2的转化率(%)1×105Pa5×105Pa1×106Pa5×106Pa1×107Pa450 ℃97.598.999.299.699.7550 ℃85.692.994.997.798.3催化剂：锇温度：500~600℃压强：17.5~20.0MPa产率：6%以上德国化学家哈伯1918年诺贝尔化学奖催化剂：铁触媒完善高压反应器产率：20%德国工业化学家博施1931年诺贝尔化学奖环节四——构建调控化学反应的思维模型大连化物所陈萍团队催化剂：Fe-LiH和Co-LiH复合催化剂温度：350℃压强：1MPa
志之所趋，无远弗届，穷山距海，不能限也。对想做爱做的事要敢试敢为，努力从无到有、从小到大，把理想变为现实。
再 见