1、 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨工業(yè)合成氨 第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后第一次世界大戰(zhàn)爆發(fā)后,英國從海上完英國從海上完全封鎖了與之為敵的德國全封鎖了與之為敵的德國,硝石不能從智利硝石不能從智利進(jìn)口了進(jìn)口了.農(nóng)田沒有肥料農(nóng)田沒有肥料,就會缺糧食就會缺糧食;缺乏硝缺乏硝酸就會缺少炸藥酸就會缺少炸藥,德國就會投降德國就會投降.可是兩年過可是兩年過去了，去了，1916年德國的農(nóng)田仍一片蔥綠年德國的農(nóng)田仍一片蔥綠,前線前線的炮火反而更加猛烈了的炮火反而更加猛烈了.這是怎么回事這是怎么回事?是是誰創(chuàng)造了這個奇跡呢誰創(chuàng)造了這個奇跡呢? 回顧一段歷史回顧一段歷史 早在19世紀(jì)以前，為了滿足人們對氮肥，

2、含氮的化合物日益增長的需求，英國物理學(xué)家克魯克斯率先發(fā)出了“向向空氣中要氮肥空氣中要氮肥”的號召哈伯實驗室合成氨實驗室合成氨,1918年諾貝爾化學(xué)獎博施實現(xiàn)工業(yè)合實現(xiàn)工業(yè)合成氨成氨，1931年諾貝爾化學(xué)獎克魯克斯回顧一段歷史回顧一段歷史 弗里茨弗里茨.哈伯：德國化學(xué)家，出生于一個猶太富哈伯：德國化學(xué)家，出生于一個猶太富商家中。商家中。1900年獲得博士學(xué)位。年獲得博士學(xué)位。1908年年7月首次合成月首次合成氨氣，氨氣，1909年年7月建成每小時生產(chǎn)月建成每小時生產(chǎn)90克氨氣的實驗裝克氨氣的實驗裝置，置，1918年獲得諾貝爾化學(xué)獎。年獲得諾貝爾化學(xué)獎。“用空氣制造面包用空氣制造面包的圣人的圣人”

3、 、“合成氨之父合成氨之父” 他在他在1914年研制生產(chǎn)了硝酸銨和黃色炸藥年研制生產(chǎn)了硝酸銨和黃色炸藥TNT，解決了德軍的軍火問題。解決了德軍的軍火問題。在在1915年年1月，首次將氯氣用于戰(zhàn)場，后來又研制出月，首次將氯氣用于戰(zhàn)場，后來又研制出了劇毒氣體光氣用于戰(zhàn)場。了劇毒氣體光氣用于戰(zhàn)場。首創(chuàng)了使用化學(xué)首創(chuàng)了使用化學(xué)毒劑的化學(xué)戰(zhàn)，在第一次世界大戰(zhàn)中有毒劑的化學(xué)戰(zhàn)，在第一次世界大戰(zhàn)中有130萬萬人受到化學(xué)戰(zhàn)的傷害，其中人受到化學(xué)戰(zhàn)的傷害，其中9萬人死亡。萬人死亡。“現(xiàn)代化學(xué)戰(zhàn)之父現(xiàn)代化學(xué)戰(zhàn)之父”回顧一段歷史回顧一段歷史 毀譽(yù)參半的哈伯（毀譽(yù)參半的哈伯（“天使天使”與與“惡魔）惡魔）哈伯【哈伯哈

4、伯實驗室合成氨的條件實驗室合成氨的條件】N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 該反應(yīng)能不能發(fā)生，在什么樣的條該反應(yīng)能不能發(fā)生，在什么樣的條件下能更快、更多的獲取氨氣？件下能更快、更多的獲取氨氣？【交流交流研討研討】1.常溫下，氮?dú)夂蜌錃庥锌赡芎铣砂睔鈫幔砍叵拢獨(dú)夂蜌錃庥锌赡芎铣砂睔鈫幔?.若想提高氨在平衡混合氣中的含量，可以采若想提高氨在平衡混合氣中的含量，可以采取哪些措施？取哪些措施？3.哪些措施能夠加快氮?dú)狻錃夂铣砂钡姆磻?yīng)哪些措施能夠加快氮?dú)狻錃夂铣砂钡姆磻?yīng)速率？速率？反應(yīng)方向反應(yīng)方向反應(yīng)限度反應(yīng)限度反應(yīng)速率反應(yīng)速率1.反應(yīng)方向：反應(yīng)方向：298K時，時，H-TS 0 反應(yīng)

5、能自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行 298K時，時，K=4.1106 (molL-1) -2【哈伯哈伯實驗室合成氨的條件實驗室合成氨的條件】哈伯交流研討（P65頁） 請根據(jù)正反應(yīng)的焓變和熵變分析在請根據(jù)正反應(yīng)的焓變和熵變分析在298K下合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？下合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？已知：已知：298K時時，H=92.2kJmol-1 S=198.2JK-1mol-12.反應(yīng)限度：反應(yīng)限度：合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)是什么？合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)是什么？（1）反應(yīng)）反應(yīng) 可逆反應(yīng)。可逆反應(yīng)。（2）正反應(yīng)是）正反應(yīng)是 熱的。熱的。（3）正反應(yīng)是氣體體積）正反應(yīng)是氣體體積 的反應(yīng)。的反應(yīng)。采取哪些措施有利于提高合成氨反應(yīng)

6、的限度？采取哪些措施有利于提高合成氨反應(yīng)的限度？（1） 溫度；（溫度；（2） 壓強(qiáng)；壓強(qiáng)；（3）增大）增大 濃度，減小濃度，減小 濃度濃度哈伯【哈伯哈伯實驗室合成氨的條件實驗室合成氨的條件】N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H=-92.2KJmol-1是是放放減小減小降低降低增大增大氮?dú)狻錃獾獨(dú)狻錃獍睔獍睔夤竟畬嶒炇液铣砂钡臈l件實驗室合成氨的條件】3.反應(yīng)速率反應(yīng)速率合成氨反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度關(guān)系：合成氨反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度關(guān)系：=kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3)條件條件 E /kJ/molk(催催)/k(無無)無催化劑無催化劑3353.41012(700

7、K)使用使用Fe催化劑催化劑167（1） 溫度；溫度；（2） 壓強(qiáng)；壓強(qiáng)；（3）增大）增大 濃度，減小濃度，減小 濃度。濃度。（4） 催化劑催化劑升高升高增大增大使用使用可增大合成氨反應(yīng)速率的措施可增大合成氨反應(yīng)速率的措施氮?dú)狻錃獾獨(dú)狻錃獍睔獍睔馍晌锇睔獾臐舛壬晌锇睔獾臐舛确磻?yīng)物的濃度反應(yīng)物的濃度催化劑催化劑溫度溫度壓強(qiáng)壓強(qiáng)使使NH3生產(chǎn)快生產(chǎn)快使使NH3產(chǎn)率高產(chǎn)率高外界條件外界條件高壓高壓高壓高壓低溫低溫高溫高溫使用使用無影響無影響增大濃度增大濃度增大濃度增大濃度減小濃度減小濃度減小濃度減小濃度小結(jié)小結(jié)矛盾平衡分析平衡分析速率分析 壓強(qiáng)怎么選？壓強(qiáng)怎么選？ 用不用催化劑？用不用催化劑

8、？ 溫度怎么選擇？溫度怎么選擇？轉(zhuǎn)化率仍不夠大，還可采轉(zhuǎn)化率仍不夠大，還可采取什么辦法？取什么辦法？【資料一】鋨是一種貴重金屬，儲量較少，開發(fā)成本高，粉末狀的金屬鋨，常溫下會逐漸氧化成四氧化鋨。四氧化鋨在48時熔化，在130時沸騰。鋨蒸汽有劇毒，強(qiáng)烈刺激人眼黏膜，嚴(yán)重會造成失明。【資料二】高溫高壓條件下，氫氣會使鋼脫碳，導(dǎo)致氫腐蝕，使鋼的機(jī)械性能下降，氫氣會滲透到鋼材內(nèi)部，使鋼材出現(xiàn)裂紋。【資料三】當(dāng)?shù)獨(dú)馀c氫氣體積比為1:3時平衡混合物中氨的含量最高，但是氮?dú)庠诖呋瘎┥衔绞欠磻?yīng)中最難發(fā)生的步驟，是影響反應(yīng)速率的關(guān)鍵步驟。【資料四】合成氨出氣口氨的含量較低，原料不能得到充分利用。博施【博施團(tuán)隊

9、工業(yè)合成氨適宜條件】尋找合適的催化劑，降低成本制造耐高溫高壓設(shè)備調(diào)整氮、氫比例使未反應(yīng)氣體循環(huán)利用工業(yè)生產(chǎn)要注重：原料易得，成本低，利用率高，生產(chǎn)效率高等博施【博施團(tuán)隊工業(yè)合成氨適宜條件】【交流研討】1.為什么不盡可能使用更高的壓強(qiáng)？2.為什么反應(yīng)溫度控制在700K左右？3.為什么氮?dú)馀c氫氣物質(zhì)的量之比是1:2.8而不是1:3催化劑Fe在700K時催化活性最強(qiáng)【實驗室合成氨的條件實驗室合成氨的條件】溫度溫度壓強(qiáng)壓強(qiáng)催化劑催化劑濃度濃度4502107Pa金屬鋨金屬鋨使氮?dú)鈿錃庋h(huán)，使氮?dú)鈿錃庋h(huán)，分離出氨氣分離出氨氣反應(yīng)速率，反應(yīng)限度反應(yīng)速率，反應(yīng)限度催化劑活性催化劑活性鋼材質(zhì)量及鋼材質(zhì)量及綜合

10、指標(biāo)綜合指標(biāo)成本成本實際反應(yīng)情況實際反應(yīng)情況溫度溫度壓強(qiáng)壓強(qiáng)催化劑催化劑濃度濃度700K107-108Pa鐵觸媒鐵觸媒氮?dú)鈿錃馕镔|(zhì)氮?dú)鈿錃馕镔|(zhì)的量之比的量之比1:2.8【課堂小結(jié)課堂小結(jié)】哈伯博施【工業(yè)合成氨適宜條件工業(yè)合成氨適宜條件】工業(yè)生產(chǎn)需要工業(yè)生產(chǎn)需要啟示：啟示：1.理論必須與實踐相結(jié)合。理論必須與實踐相結(jié)合。 2.工業(yè)生產(chǎn)要追求效益最大化。工業(yè)生產(chǎn)要追求效益最大化。1. 關(guān)于合成氨的反應(yīng)，下列說法正確的是 （ ） A溫度越高，反應(yīng)速率越快，所以合成氨反應(yīng)的溫度越高越好 B壓強(qiáng)越大合成氨反應(yīng)速率越大，工業(yè)上不采用過高的壓強(qiáng)主要是考慮反應(yīng)的限度問題 C使用催化劑可以提高單位時間內(nèi)氨氣的產(chǎn)量 D濃度越大，反應(yīng)速率越快，所以不必把氨從混合物中分離出來 【鞏固練習(xí)】C2.根據(jù)二氧化硫催化氧化為三氧化硫的反應(yīng)特點(diǎn)和下表數(shù)據(jù)，選擇工業(yè)上制硫酸中二氧化硫接觸氧化的適宜條件。（1）2SO2（g）+O2（g） 2SO3（g）H0（2）溫度和壓強(qiáng)對二氧化硫的平衡轉(zhuǎn)化率的影響 （1）應(yīng)該選用的溫度是