1、化学反应条件的优化 工业合成氨,第一次世界大战爆发后,英国从海上完全封锁了与之为敌的德国,硝石不能从智利进口了.农田没有肥料,就会缺粮食;缺乏硝酸就会缺少炸药,德国就会投降.可是两年过去了，1916年德国的农田仍一片葱绿,前线的炮火反而更加猛烈了.这是怎么回事?是谁创造了这个奇迹呢?,回顾一段历史 ,早在19世纪以前，为了满足人们对氮肥，含氮的化合物日益增长的需求，英国物理学家克鲁克斯率先发出了“向空气中要氮肥”的号召,哈伯,实验室合成氨,1918年诺贝尔化学奖,博施,实现工业合成氨，1931年诺贝尔化学奖,克鲁克斯,回顾一段历史 ,弗里茨.哈伯：德国化学家，出生于一个犹太富商家中。1900年
2、获得博士学位。1908年7月首次合成氨气，1909年7月建成每小时生产90克氨气的实验装置，1918年获得诺贝尔化学奖。“用空气制造面包的圣人” 、“合成氨之父”他在1914年研制生产了硝酸铵和黄色炸药TNT，解决了德军的军火问题。 在1915年1月，首次将氯气用于战场，后来又研制出了剧毒气体光气用于战场。首创了使用化学 毒剂的化学战，在第一次世界大战中有130万 人受到化学战的伤害，其中9万人死亡。 “现代化学战之父”,回顾一段历史 ,毁誉参半的哈伯（“天使”与“恶魔）,哈伯,【哈伯实验室合成氨的条件】,N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g),该反应能不能发生，在什么样的条件下能更快、
3、更多的获取氨气？,反应方向,反应限度,反应速率,1.反应方向：,298K时，H-TS 0 反应能自发进行,298K时，K=4.1106 (molL-1) -2,【哈伯实验室合成氨的条件】,哈伯,交流研讨（P65页）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？ 已知：298K时，H=92.2kJmol-1S=198.2JK-1mol-1,2.反应限度：,合成氨反应的特点是什么？ （1）反应 可逆反应。 （2）正反应是 热的。 （3）正反应是气体体积 的反应。 采取哪些措施有利于提高合成氨反应的限度？ （1） 温度；（2） 压强； （3）增大 浓度，减小 浓度,哈伯,【哈伯实验
4、室合成氨的条件】,N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g),H=-92.2KJmol-1,降低,增大,氮气、氢气,氨气,哈伯,【哈伯实验室合成氨的条件】,3.反应速率,合成氨反应速率与反应物浓度关系：=kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3),（1） 温度； （2） 压强； （3）增大 浓度，减小 浓度。 （4） 催化剂,升高,增大,使用,可增大合成氨反应速率的措施,氮气、氢气,氨气,高压,高压,低温,高温,使用,无影响,增大浓度,增大浓度,减小浓度,减小浓度,小结,矛盾,平衡分析,速率分析,压强怎么选？,问题,用不用催化剂？,问题2,温度怎么选择？,问题3,问题4,转化率仍不够大，还
5、可采取什么办法？,【资料一】锇是一种贵重金属，储量较少，开发成本高，粉末状的金属锇，常温下会逐渐氧化成四氧化锇。四氧化锇在48时熔化，在130时沸腾。锇蒸汽有剧毒，强烈刺激人眼黏膜，严重会造成失明。 【资料二】高温高压条件下，氢气会使钢脱碳，导致氢腐蚀，使钢的机械性能下降，氢气会渗透到钢材内部，使钢材出现裂纹。 【资料三】当氮气与氢气体积比为1:3时平衡混合物中氨的含量最高，但是氮气在催化剂上吸附是反应中最难发生的步骤，是影响反应速率的关键步骤。 【资料四】合成氨出气口氨的含量较低，原料不能得到充分利用。,博施,【博施团队工业合成氨适宜条件】,寻找合适的催化剂，降低成本,制造耐高温高压设备,调
6、整氮、氢比例,使未反应气体循环利用,工业生产要注重：原料易得，成本低，利用率高，生产效率高等,博施,【博施团队工业合成氨适宜条件】,【交流研讨】,1.为什么不尽可能使用更高的压强？,2.为什么反应温度控制在700K左右？,3.为什么氮气与氢气物质的量之比是1:2.8而不是1:3,催化剂Fe在 700K时催化活性最强,【实验室合成氨的条件】,【课堂小结】,哈伯,博施,启示：1.理论必须与实践相结合。2.工业生产要追求效益最大化。,1. 关于合成氨的反应，下列说法正确的是 （ ）A温度越高，反应速率越快，所以合成氨反应的温度越高越好B压强越大合成氨反应速率越大，工业上不采用过高的压强主要是考虑反应的限度问题C使用催化剂可以提高单位时间内氨气的产量D浓度越大，反应速率越快，所以不必把氨从混合物中分离出来,【巩固练习】,C,2.根据二氧化硫催化氧化为三氧化硫的反应特点和下表数据，选择工业上制硫酸中二氧化硫接触氧化的适宜条件。 （1）2SO2（g）+O2（g） 2SO3（g）H0 （2）温度和压强对二氧化硫的平衡转化率的影响,（1）应该选用的温度是： 。 （2）应该采用的压强是： ；理由是：,0.1MPa时SO2的转化率已经很高，采用更高的压强，转化率提高不大，对设备要求高，增加成本,400,0.1MPa,【迁移应用】,谢谢聆听！,
