合成氨反应及其反应条件的选择课件.ppt
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- 合成氨 反应 及其 条件 选择 课件
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1、第二课时:第二课时:合成氨反应及其反应条件的选择合成氨反应及其反应条件的选择华东师范大学附属东昌中学华东师范大学附属东昌中学林夕勋林夕勋2011.5.36.3化工生产能否做到又快又多化工生产能否做到又快又多 一个化学反应能解决几十亿人的吃饭问一个化学反应能解决几十亿人的吃饭问题,有人称其为题,有人称其为“明星反应明星反应”,你知道是哪,你知道是哪个反应吗?个反应吗?在今天看来这个显而易见的反应,在论证这个反应在今天看来这个显而易见的反应,在论证这个反应能否发生的问题上,却成了两位诺贝尔化学奖获得者能否发生的问题上,却成了两位诺贝尔化学奖获得者“勒夏特列和能斯特勒夏特列和能斯特”的滑铁卢的滑铁卢
2、“败败”。德国化学家哈伯因为攻克这个世界难题,实现合成德国化学家哈伯因为攻克这个世界难题,实现合成氨工业化氨工业化,而获得诺贝尔化学奖而获得诺贝尔化学奖“成成”。同时也是因为这个反应使哈伯堕落同时也是因为这个反应使哈伯堕落“败败”。败因它、成因它,成败皆因它!你想了解详情吗?19世纪初,粮食供应已经无法满足人口增长的需求,要增世纪初,粮食供应已经无法满足人口增长的需求,要增加产量,需要含氮化合物的氮肥。当时含氮化合物矿产资源不加产量,需要含氮化合物的氮肥。当时含氮化合物矿产资源不能满足需要。一些有远见的化学家指出:为了使子孙后代免于能满足需要。一些有远见的化学家指出:为了使子孙后代免于饥饿,我
3、们必须寄希望于科学家能实现饥饿,我们必须寄希望于科学家能实现“大气固氮大气固氮”。【资料一资料一】法国化学家法国化学家勒夏特列勒夏特列是合成氨的先驱。是合成氨的先驱。1901年,年,勒沙特列勒沙特列,通过理论计算,认为通过理论计算,认为N2和和H2在高压条件下可以直接化合生成氨。在高压条件下可以直接化合生成氨。他他在在用实验来验证用实验来验证的的过程中发生了爆炸过程中发生了爆炸,钢制釜体的碎片穿透,钢制釜体的碎片穿透了地板和天花板。了地板和天花板。他没有调查事故发生的原因,他没有调查事故发生的原因,就就放放弃弃了了该实该实验验。后来查明所用混合气体中含有。后来查明所用混合气体中含有O2,H2和
4、和O2发生了爆炸反应。发生了爆炸反应。德国化学家德国化学家能斯特能斯特通过理论计算,通过理论计算,竟然竟然认为合成氨是不能认为合成氨是不能进行的。后来才发现,他在计算时误用进行的。后来才发现,他在计算时误用了了一个热力学数据,以一个热力学数据,以致得到错误的结论。致得到错误的结论。由于能斯特在物理化学领域的权威性,人由于能斯特在物理化学领域的权威性,人工合成氨的研究陷入了低潮。工合成氨的研究陷入了低潮。问题问题1:两位科学家失败的原因是什么?对将来我们进行科学研:两位科学家失败的原因是什么?对将来我们进行科学研究有什么启示?究有什么启示?勒夏特列勒夏特列是一位很受尊敬的法国科学家和教是一位很受
5、尊敬的法国科学家和教育家。他在科学领域涉猎甚广,对社会科学也有育家。他在科学领域涉猎甚广,对社会科学也有兴趣,对工业的科学管理、科学和经济的关系等兴趣,对工业的科学管理、科学和经济的关系等问题也有研究。所涉及的每一个领域他都做出了问题也有研究。所涉及的每一个领域他都做出了开创性的贡献。勒夏特列的数学基础非常好,他开创性的贡献。勒夏特列的数学基础非常好,他之所以在各个领域均有建树,是基于他具备扎实之所以在各个领域均有建树,是基于他具备扎实的理论知识和对科学应用的关注。的理论知识和对科学应用的关注。哈伯没有盲从权威哈伯没有盲从权威,知难而进,依靠实验来检验,知难而进,依靠实验来检验,通过比较通过比
6、较,哈伯,哈伯发现他所取得的某些数据与能斯特发现他所取得的某些数据与能斯特有所不同有所不同,最,最终证实了能斯特的计算是错误的。终证实了能斯特的计算是错误的。问题问题2:根据你所学的知识,分析合成氨反应难以发生的原因:根据你所学的知识,分析合成氨反应难以发生的原因是什么?什么条件下反应可能发生?是什么?什么条件下反应可能发生?【资料二资料二】哈伯首先想到,也许高温会进行这个反应。结果却出乎意料,哈伯首先想到,也许高温会进行这个反应。结果却出乎意料,当温度升高到当温度升高到 1000时,氨的产量才不过是原料体积的时,氨的产量才不过是原料体积的0.012%,还不如低温度时的产量。但是,降低反应温度
7、时,反应却又变得还不如低温度时的产量。但是,降低反应温度时,反应却又变得十分缓慢。哈伯的实验陷入困境,哈伯对高温法产生了困惑。十分缓慢。哈伯的实验陷入困境,哈伯对高温法产生了困惑。1903年,伯克兰和艾德采取在空气中放电的方法固氮。哈伯年,伯克兰和艾德采取在空气中放电的方法固氮。哈伯赴美国考察,回国后也采用高压放电固氮,实验历时一年效果不赴美国考察,回国后也采用高压放电固氮,实验历时一年效果不尽人意。经过慎重考虑,哈伯觉得放电法需要大量的电力,不易尽人意。经过慎重考虑,哈伯觉得放电法需要大量的电力,不易形成流程化,没有前途,决定再回到高温法。形成流程化,没有前途,决定再回到高温法。1905年底
8、,哈伯确定了氮气和氢气的混和气体在高温高压及年底,哈伯确定了氮气和氢气的混和气体在高温高压及催化剂的作用下合成氨。但什么样的高温和高压条件为最佳?以催化剂的作用下合成氨。但什么样的高温和高压条件为最佳?以什么样的催化剂为最好?什么样的催化剂为最好?问题问题3:请你分析高温法为何产量低?:请你分析高温法为何产量低?哈伯最终又选择了高温法的原因是什么?哈伯最终又选择了高温法的原因是什么?【资料三资料三】问题问题4:工业生产对于反应条件的选择需要考虑哪些因素?:工业生产对于反应条件的选择需要考虑哪些因素?问题问题5:根据:根据“又快又多又快又多”原则,你如何选择合成氨的反应条件?原则,你如何选择合成
9、氨的反应条件?合成氨合成氨反应特点反应特点分析角度分析角度反应条件反应条件 生成得快生成得快(速率问题)(速率问题)生成得多生成得多(平衡移动问题)(平衡移动问题)速率与平衡移速率与平衡移动条件是否一致动条件是否一致综合考虑综合考虑可逆反应可逆反应反应物尽可能多的转化为产物反应物尽可能多的转化为产物正反应放热正反应放热温度温度正反应气体正反应气体分子总数减小分子总数减小压强压强催化剂催化剂 经过四年几千次的实验和计算,哈伯经过四年几千次的实验和计算,哈伯在在1908年年7月在实验室月在实验室用用N2和和H2,在在600、200个大气压下合成出氨,产率仅有个大气压下合成出氨,产率仅有2,却是一项
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