1、12復習復習影響化學反應速率和化學平衡影響化學反應速率和化學平衡的重要因素有哪些的重要因素有哪些? 化學反應速率化學反應速率 化學平衡化學平衡 溫度溫度氣體壓強氣體壓強催化劑催化劑濃度濃度溫度越高溫度越高,反應速反應速率越大率越大壓強越大壓強越大,反應速反應速率越大率越大正催化劑加快反應正催化劑加快反應速率速率反應物濃度越大反應物濃度越大,反反應速率越大應速率越大升高溫度升高溫度,平衡向吸平衡向吸熱方向移動熱方向移動增大壓強增大壓強,平衡向氣態物平衡向氣態物質系數減小的方向移動質系數減小的方向移動催化劑對平衡無影響催化劑對平衡無影響增大反應物濃度增大反應物濃度,平平衡正向移動衡正向移動3 弗里

2、茨弗里茨哈伯：哈伯：4弗里茨弗里茨哈伯與合成氨哈伯與合成氨 合成氨從第一次實驗室研制到工業化投產合成氨從第一次實驗室研制到工業化投產經歷了約經歷了約150150年的時間。德國科學家哈伯在年的時間。德國科學家哈伯在1010年的時間內進行了無數次的探索，單是尋找年的時間內進行了無數次的探索，單是尋找高效穩定的催化劑，高效穩定的催化劑，2 2年間他們就進行了多達年間他們就進行了多達65006500次試驗，測試了次試驗，測試了25002500種不同的配方，最種不同的配方，最后選定了一種合適的催化劑，使合成氨的設后選定了一種合適的催化劑，使合成氨的設想在想在19131913年成為工業現實。鑒于合成氨工業

3、年成為工業現實。鑒于合成氨工業的實現，瑞典皇家科學院于的實現，瑞典皇家科學院于19181918年向哈伯頒年向哈伯頒發了諾貝爾化學獎。發了諾貝爾化學獎。5【交流交流研討研討】合成氨反應是一個可逆反應合成氨反應是一個可逆反應: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)已知已知298K時時: H= -92.2KJmol-1 S = -198.2JK-1mol-1請根據正反應的焓變和熵變分析請根據正反應的焓變和熵變分析298K下下合成氨反應能否自發進行？合成氨反應能否自發進行？298K下合成氨反應的平衡常數下合成氨反應的平衡常數K為為.（molL-1)-2書書P65 P65 6合成氨反應的特點：合成氨

4、反應的特點：可逆反應可逆反應正反應正反應氣態物質系數減小氣態物質系數減小正反應是放熱反應正反應是放熱反應熵減小的反應熵減小的反應N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H -92.2kJ/mol(1體積體積) (3體積體積) (2體積體積)7【交流交流研討研討】工業合成氨要考慮兩方面的因素：工業合成氨要考慮兩方面的因素：1、反應速率、反應速率2、氨氣產量、氨氣產量分組討論如何提高反應速率？如分組討論如何提高反應速率？如何提高氨氣的產量。何提高氨氣的產量。8【知識支持知識支持】實驗研究實驗研究表明表明，在特定條件下，合成，在特定條件下，合成氨反應的速率與反應的物質的濃度的氨反應的速率與反應的物

5、質的濃度的關系為關系為: =C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)可以采取哪些措施來提高反應速率？可以采取哪些措施來提高反應速率？書書P66 P66 9請你根據下表所給的數據分析催化劑請你根據下表所給的數據分析催化劑對合成氨反應速率的影響：對合成氨反應速率的影響：催化劑對合成氨反應速率的影響條件條件E a /KJ/molk(催催)/k(無無)無催化劑無催化劑3353.41012(700k)使用使用Fe催化劑催化劑16710生成物生成物氨的濃度氨的濃度反應物的濃度反應物的濃度催化劑催化劑溫度溫度壓強壓強速率分析速率分析使使NH3生產得快生產得快外界條件外界條件高壓高壓高溫高溫使用使用增大濃度

6、增大濃度減小濃度減小濃度平衡分析平衡分析使使NH3生產得多生產得多高壓高壓低溫低溫無影響無影響增大濃度增大濃度減小濃度減小濃度11 研討的內容研討的內容研討的問題研討的問題 1、既然增大壓強既可提、既然增大壓強既可提高反應速率，又可提高氨高反應速率，又可提高氨的產量，那么在合成氨工的產量，那么在合成氨工業中壓強是否越大越好？業中壓強是否越大越好？壓強怎么定？壓強怎么定？2、既然降低溫度有利于、既然降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動平衡向生成氨的方向移動，那么生產中是否溫度越，那么生產中是否溫度越低越好？低越好？3 、催化劑對化學平衡的移動催化劑對化學平衡的移動沒有影響，沒有影響， 在合成氨工

7、業中在合成氨工業中要不要要不要使用催化劑使用催化劑，為什么？，為什么？溫度怎么選擇？溫度怎么選擇？要不要用催化要不要用催化劑？劑？12 1 1、壓強怎么選？、壓強怎么選？ 分析：分析： 合成氨反應是氣態物質系數減小的氣體合成氨反應是氣態物質系數減小的氣體反應，反應，增大增大壓強既可以壓強既可以增大增大反應速率，又能使反應速率，又能使平衡正向平衡正向移動，所以理論上壓強越大越好。移動，所以理論上壓強越大越好。 但是壓強越大，對但是壓強越大，對設備設備的要求高、壓縮的要求高、壓縮H H2 2和和N N2 2所需要的所需要的動力動力大，因此選擇壓強應符合大，因此選擇壓強應符合實際科學技術。實際科學技

8、術。 綜合以上兩點綜合以上兩點: :根據反應器可使用的鋼根據反應器可使用的鋼材質量及綜合指標來選擇壓強。材質量及綜合指標來選擇壓強。13 2 2、溫度怎么選擇？、溫度怎么選擇？ 分析：分析： 因為正反應方向是放熱的反應，所以因為正反應方向是放熱的反應，所以降低降低溫溫度有利于平衡度有利于平衡正向正向移動。移動。 可是溫度越低，反應可是溫度越低，反應速率越小速率越小，達到平衡所需，達到平衡所需要的時間越要的時間越長長，因此溫度也不宜太低。，因此溫度也不宜太低。 催化劑催化劑要在一定溫度下催化要在一定溫度下催化活性活性最大。最大。 綜合以上因素綜合以上因素: :實際生產中溫度一般選擇在實際生產中溫

9、度一般選擇在700K700K左右左右（主要考慮催化劑的活性）（主要考慮催化劑的活性）。14 3 3、用不用催化劑？、用不用催化劑？ 實際生產中選用實際生產中選用鐵鐵為主體的多成分催化劑為主體的多成分催化劑（鐵觸媒），它在（鐵觸媒），它在700K700K時活性最高。時活性最高。 分析分析: : 經濟效益經濟效益和和社會效益社會效益要求化學反應速度要要求化學反應速度要快快， 原料的利用率要原料的利用率要高高，單位時間的產量要，單位時間的產量要高高。15 4 4、濃度怎么定？、濃度怎么定？ N N2 2 和和H H2 2的比例怎么定？的比例怎么定？ 增大增大反應物的濃度可以反應物的濃度可以增大增大反

10、應速率，反應速率，減小減小生成物的濃度可以使平衡生成物的濃度可以使平衡正向正向移動。從化學平衡移動。從化學平衡的角度分析，在氮氣和氫氣的物質的量比為的角度分析，在氮氣和氫氣的物質的量比為1 1：3 3時，平衡時，平衡轉化率最大轉化率最大，但是實驗測得適當提高，但是實驗測得適當提高N N2 2的的濃度，即濃度，即N N2 2和和H H2 2的物質的量比為的物質的量比為1 1：2.82.8時，更能促時，更能促進氨的合成。進氨的合成。 實際生產中的處理方法實際生產中的處理方法：及時將氣態氨冷卻：及時將氣態氨冷卻液化分離液化分離出去；及時將氮氣和氫氣出去；及時將氮氣和氫氣循環循環利用，使利用，使其保持

11、一定的濃度。其保持一定的濃度。（閱讀書本（閱讀書本67頁）頁）16外部條件外部條件工業合成氨的適宜條件工業合成氨的適宜條件壓強壓強溫度溫度催化劑催化劑濃度濃度研討的結果根據反應器可使用的鋼材質根據反應器可使用的鋼材質量及綜合指標來選擇壓強量及綜合指標來選擇壓強 適宜溫度適宜溫度 700K左右左右使用鐵觸媒作催化劑使用鐵觸媒作催化劑N2和和H2的物質的量比為的物質的量比為1：2.8的投的投料比料比, 氨及時從混合氣中分離出去氨及時從混合氣中分離出去17【總結總結】18工業上利用某可逆反應生產產品：工業上利用某可逆反應生產產品： 一般要一般要使用催化劑使用催化劑：這樣可以大大加快化學：這樣可以大大

12、加快化學反應速率，提高生產效率，也提高了經濟效益；反應速率，提高生產效率，也提高了經濟效益； 選擇選擇合適的溫度合適的溫度：該溫度是催化劑活性最大：該溫度是催化劑活性最大的溫度；的溫度； 選擇選擇合適的壓強合適的壓強：既要考慮化學反應速率和：既要考慮化學反應速率和化學平衡，還要考慮動力、材料、設備等。化學平衡，還要考慮動力、材料、設備等。 【小結小結反思反思】19【遷移應用遷移應用】工業制造硫酸的主要反應為工業制造硫酸的主要反應為:2SO2(g)+O2(g) 2SO3 (g) H=-197.8 KJ/mol SO3 (g)+H2O(l)=H2SO4 (aq) 反應反應的平衡常數的平衡常數K隨溫

13、度升高而減小隨溫度升高而減小.所用催化劑的主要成分為所用催化劑的主要成分為V2O5(6-12) 、K2SO4(17-20) 、SiO2 (50-70),能使催化劑中毒的物質有砷、硒、能使催化劑中毒的物質有砷、硒、氟等氟等.請根據以上信息討論二氧化硫氧化反應的工藝條件請根據以上信息討論二氧化硫氧化反應的工藝條件(溫度溫度 、壓強、原料氣配比等壓強、原料氣配比等)對工業生產硫酸的影響對工業生產硫酸的影響.書書P70 2P70 220不同壓強不同壓強SO2的轉化率（的轉化率（%）1.01 110105 5PaPa5.05 510105 5PaPa1.01 110106 6PaPa5.05 51010

14、6 6PaPa1.01 110107 7PaPa450097.5%98.9%99.2%99.6%99.7%50085.5%92.9%94.9%97.7%98.3%212223242526272829 解放前我國只有兩家規模不大的合成氨廠；解放前我國只有兩家規模不大的合成氨廠； 19491949年全國氮肥產量僅年全國氮肥產量僅0.60.6萬噸；萬噸； 20002000年達到年達到3363.73363.7萬噸，成為世界上產量最萬噸，成為世界上產量最高的國家之一。擁有多種原料、不同流程的大高的國家之一。擁有多種原料、不同流程的大、中中、小合成氨廠小合成氨廠10001000多家多家. .301 1、催

15、化劑、催化劑合成氨的鐵催化劑合成氨的鐵催化劑 這一類合成氨催化劑以還原鐵為催化劑主要活性成分，這一類合成氨催化劑以還原鐵為催化劑主要活性成分，并摻加并摻加 各種促進劑和載體的催化劑各種促進劑和載體的催化劑.促進劑：稀土金屬及其氧化物促進劑：稀土金屬及其氧化物關于稀土金屬及其氧化物的作用，我國也進行了一些研關于稀土金屬及其氧化物的作用，我國也進行了一些研究。國外也報究。國外也報 道了一些含道了一些含釤釤、鋯鋯、鈀、鈀、銠銠的催化劑研究的催化劑研究結果，發現稀土金屬及其氧化物是對氨合成非常有效的結果，發現稀土金屬及其氧化物是對氨合成非常有效的促進劑。我國有豐富的促進劑。我國有豐富的鈦鈦、鋯鋯、鈮鈮

16、等稀有金屬資源，因等稀有金屬資源，因此，此， 以稀有金屬氧化物為促進劑，有希望成為我國改進以稀有金屬氧化物為促進劑，有希望成為我國改進工業合成氨的鐵催化劑的研究方向之一。工業合成氨的鐵催化劑的研究方向之一。 31合成氨的釕催化劑合成氨的釕催化劑合成氨熔鐵型催化劑要在高溫、高壓和耗能合成氨熔鐵型催化劑要在高溫、高壓和耗能高的苛刻條件下使用，且催化劑的活性并不高的苛刻條件下使用，且催化劑的活性并不是很高。而合成氨的釕催化劑可能是一種較是很高。而合成氨的釕催化劑可能是一種較好的催化劑。它在低溫低壓下活性很高，常好的催化劑。它在低溫低壓下活性很高，常壓下比合成氨的鐵催化劑的活性高壓下比合成氨的鐵催化劑

17、的活性高1020倍，倍，且對水、且對水、CO和和CO2不敏感，但合成氨的釕催不敏感，但合成氨的釕催化劑在高壓下未必比合成氨的鐵催化劑來得化劑在高壓下未必比合成氨的鐵催化劑來得優越。優越。32現在，世界上好多國家（包括我國）的科學家，都現在，世界上好多國家（包括我國）的科學家，都在研究模擬生物固氮，即尋找人工制造的有固氮活在研究模擬生物固氮，即尋找人工制造的有固氮活性的化合物。固氮酶由兩種蛋白質組成。一種蛋白性的化合物。固氮酶由兩種蛋白質組成。一種蛋白質（二氮酶）的分子量約質（二氮酶）的分子量約22萬，含有兩個鉬原子、萬，含有兩個鉬原子、32個鐵原子和個鐵原子和32個活性硫原子；另一種蛋白質（二

18、個活性硫原子；另一種蛋白質（二氮還原酶）是由兩個分子量為氮還原酶）是由兩個分子量為29000的相同亞基構的相同亞基構成的，每個亞基含有成的，每個亞基含有4個鐵原子和個鐵原子和4個硫原子。已經個硫原子。已經發現一些金屬有機化合物有可能作為可溶性的固氮發現一些金屬有機化合物有可能作為可溶性的固氮催化劑。催化劑。 2.2.化學模擬生物固氮化學模擬生物固氮33氮氣在通常狀態下十分穩定，一般難以發生化學氮氣在通常狀態下十分穩定，一般難以發生化學反應，但在超聲波作用下，可以使氮分子中的化反應，但在超聲波作用下，可以使氮分子中的化學鍵削弱，從而在較溫和的條件下就可以發生化學鍵削弱，從而在較溫和的條件下就可以發生化學反應。在室溫下用超聲波輻射溶有空氣的飽和學反應。在室溫下用超聲波輻射溶有空氣的飽和水溶液后，可以測到處理過的水中含有亞硝酸、水溶液后，可以測到處理過的水中含有亞硝酸、硝酸等；如果處理溶有氮氣、氫氣和一氧化碳的硝酸等；如果處理溶有氮氣、氫氣和一氧化碳的飽和水溶液，可以測到甲醛、氫氰酸和咪唑等物飽和水溶液，可以測到甲醛、氫氰酸和咪唑等物質，這些實驗對人工固氮的研究提供了一條新的質，這些實驗對人工固氮的研究提供了一條新的途徑。途徑。