《化学反应条件的优化工业合成氨》教案(鲁科版选修4)

第四节 化学反应条件的优化——工业合成氨

[教学目标]

1、研究如何应用化学反应速率和化学平衡原理,选择合成氨的适宜条件. 2、研究应用化学原理选择化工生产条件的思想和方法. [教学过程]

分析:合成氨的反应特点 N2+3H2

2NH3正反应为放热反应 正反应为气体体积减小的反应

请根据正反应的焓变和熵变分析在298K下合成氨反应能否自发进行能自发进行 一、自主获取信息 (一)合成氨的反应限度

请同学们根据合成氨反应的特点,利用影响化学平衡移动的因素,分析什么条件有利于氨生成。

交流·研讨参阅66页

合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)+3H2(g)

-1

2NH3(g)。

一1

已知298 K时：△H==一92．2 kJ·mol △S=一198．2 J·K·mol

一1

1．请你根据正反应的焓变和熵变分析298 K下合成氨反应能否自发进行。 2．请你利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成。 [结论]

高温,低压有利于化学平衡正向移动,N2,H2浓度比为1:3有利于化学平衡正向移动. (二)合成氨反应的速率------阅读67页交流研讨 条件 无催化剂 使用铁催化剂 [交流· 研讨]

1、结合影响反应速率的因素,思考什么条件 能使氨生成的快 答：升高温度 增大压强 增大反应物浓度 使用催化剂

2、实验表明,在特定条件下,合成氨反应的速率与反应的物质的浓度的关系为 答：ν =κC(N2)C(H2)C-(NH3)

3、请你根据关系式分析:各物质的浓度对反应速率有哪些影响 可以采取哪些措施来提高反

1.5

1

Ea／kJ·mol 335 167 一1k(催)/k(无) 3.4×1012(700 K) 应速率

答： 增大N2、H2浓度、将氨及时从混合气中分离出去 二、合成氨的适宜条件 [交流·研讨]

1．根据合成氨反应的特点，应分别采取什么措施提高反应的平衡转化率和反应速率?请将你的建议填入下表。

提高反应的平衡转化率 性质 放热 分子数减小 平衡常数不大 措施 提高化学反应速率 性质 活化能高 低温时反应速率低 原料气浓度增加能提高反应速率 氨气浓度增加能降低反应速率 措施 2．请你尝试为合成氨选择适宜条件。

3．在确定合成氨的适宜条件的过程中，你遇到了哪些困难?你是怎样解决的? 4．为了提高合成氨生产的能力，你认为还可以在哪些方面做进一步改进? 催化剂对合成氨反应速率的影响

三、信息整合-----合成氨的适宜条件的选择

据合成氨反应的特点应分别采取什么措施提高反应的平衡转化率和反应速率讨论: 1、既然增大压强既可提高反应速率,又可提高氨的产量,那么在合成氨工业中压强是否越大越好 ?

2、既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动,那么生产中是否温度越低越好? 3、在合成氨工业中要使用催化剂,既然催化剂对化学平衡的移动没有影响,为什么还要使用呢

总结： 合成氨适宜条件 催化剂------铁 温度-------700K左右

根据设备动力选择压强-----1×107~ 1×108Pa N2, H2投料比--------1:2.8

及时分离----氨气[课堂小结][ 课后作业]