工业合成氨(优质课课件)
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2.4工业合成氨(课件)高二化学(沪科版2020选择性必修第一册)
一、合成氨适宜生产条件的选择
1. 从化学反应速率ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ析
合成氨反应为什么慢？ ——活化能高
怎样降低反应的活化能？——改变反应历程
如何增大合成氨的化学反应速率？
对合成氨 反应的影响
影响因素 浓度 温度 压强 催化剂
增大合成氨 的反应速率
增大 升高 增大 使用
一、合成氨适宜生产条件的选择
2. 从化学平衡移动的角度分析
综合动力、材料、设备等条件
20 MPa~50 MPa
实现工业生产：综合考虑成本要低！
一、合成氨适宜生产条件的选择
3. 综合分析
②催化剂 增大化学反应速率，不改变平衡混合物的组成。 合成氨工业要求催化剂具有活性强、机械强度高、不易中毒、 容易制备、价格低廉等特点。 目前公认的最适当的催化剂是以铁为主体的多成分催化剂。 其活性最好的温度为500 ℃左右。
二、工业合成氨的生产流程
02 净化 在制取原料气的过程中，常混有一些杂质气体，其中如 H2S、
CO 等杂质会使合成氨所用的催化剂中毒，所以必须除去。
03 合成
二、工业合成氨的生产流程
03 合成 加压后且达到
催化剂的活性 温度的 H2、N2
混合气体中 氨含量为 10% ～
20%
合成氨反应为放热 反应，可通过热交 换器有效利用此反 应热来预热反应前 的 H2、N2，降低合 成氨的成本。
典例解析
例、在一定条件下,可逆反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)(正反应是放
热反应)达到平衡,当单独改变下列条件后,有关叙述错误的是( D )
A.加催化剂,v(正)、v(逆)都发生变化且变化的倍数相等
B.加压,v(正)、v(逆)都增大,且v(正)增大的倍数大于v(逆)增大的倍数
氨工业合成.ppt
创新思考
为了提高合成氨的生产能力， 为了提高合成氨的生产能力，还可 以在那些方面做进一步改进？ 以在那些方面做进一步改进？
◆反应热的综合利用 ◆未转化气体（氮气和氢气）的循环利用 未转化气体（氮气和氢气） ◆高效催化剂的研制
合成氨流程简图
合 成 分 塔 器 液 氨 合 离 氨 循 环 压 缩 机
增大浓度 ） 一致 （N2:H2=1:3） 减小浓度
工业合成氨的压强选择
在工业实际的生产中，要根据反应器使用的钢材质 在工业实际的生产中， 量及综合指标来选择压强，大致分为三种类型： 量及综合指标来选择压强，大致分为三种类型： 低压（1×107Pa）、中压（2×107～3×107Pa）、 ）、中压 低压（ × ）、中压（ × × ）、 高压（ × 高压（8.5×107 ～1×108Pa）。 × ）。
化学反应的方向、 第二章 化学反应的方向、限度与速率 第四节 化学反应条件优化 工业合成氨
工业合成氨历史
• 弗里茨 哈伯与合成氨 弗里茨·哈伯与合成氨 合成氨从第一次实验室研制到工业化投产经 历了约150年的时间。德国科学家哈伯在 年 年的时间。 历了约 年的时间 德国科学家哈伯在10年 的时间内进行了无数次的探索， 的时间内进行了无数次的探索，单是寻找高效 稳定的催化剂， 年间他们就进行了多达 年间他们就进行了多达6500 稳定的催化剂，2年间他们就进行了多达 次试验，测试了2500种不同的配方，最后选定了一 种不同的配方， 次试验，测试了 种不同的配方 种合适的催化剂，使合成氨的设想在1913年成为工 种合适的催化剂，使合成氨的设想在 年成为工 业现实，鉴于合成氨工业的实现，瑞典皇家科学院 业现实，鉴于合成氨工业的实现， 年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖。 于1918年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖。氨工业的实 年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖 满足了20世纪人口由 世纪人口由30亿增至60亿 现满足了 世纪人口由 亿增至 亿对粮食的需 因此人们赞扬哈伯是“ 求，因此人们赞扬哈伯是“用空气制造面包的圣 人”。
氨的工业合成(共53张PPT)
课 时 作 业
菜
单
LK ·化学 选修 化学与技术
教 学 目 标 分 析 课 堂 互 动 探 究
1.合成氨反应的化学方程式：N2＋3H2
教 学 方 案 设 计
2NH3 。
当 堂 双 基 达 标
2．合成氨反应的特点： (1)可逆反应；(2) 放 热反应；(3)气体总体积 缩小 的反 应。
课 前 自 主 导 学 菜 单
课 时 作 业
LK ·化学 选修 化学与技术
教 学 目 标 分 析 课 堂 互 动 探 究
教 学 方 案 设 计
当 堂 双 基 达 标
课 前 自 主 导 学 菜 单
课 时 作 业
LK ·化学 选修 化学与技术
教 学 目 标 分 析 课 堂 互 动 探 究
教 学 方 案 设 计
当 堂 双 基 达 标
1.合成氨反应的特点： (1)可逆反应；(2)放热 反应；(3)气体体积缩小 的反应。(重点) 2.合成氨适宜条件的选 择：(1)高压；(2)适当 温度；(3)催化剂。(重 点) 3.勒夏特列原理在合成 氨反应中的应用。(重 难点) 4.合成氨工艺流程。(重 点)
课 堂 互 动 探 究
当 堂 双 基 达 标
课 前 自 主 导 学
②影响化学平衡移动的外界因素有哪些？ 【提示】 温度、浓度、压强。
课 时 作 业
菜
单
LK ·化学 选修 化学与技术
教 学 目 标 分 析 课 堂 互 动 探 究
③合成氨实际生产中采用高温、高压、催化剂，其中有 利于提高平衡混合物中NH3的百分含量的因素有哪些？
【提示】 高温不利于平衡正向移动；催化剂对化学平
教 学 方 案 设 计
升温、增加N2或H2浓度，使用催化剂均能加快反应速率； 加压、降温、及时分离出NH3、增加c(N2)和c(H2)均有利于 平衡正向移动，增大氨的产率。
《合成氨的概述》课件
合成氨的发现
总结词
合成氨的发现可以追溯到19世纪末期，当时科学家们开始探索氮和氢合成氨的可能性。
详细描述
1898年，德国化学家弗里茨·哈伯（Fritz Haber）和助手卡尔·博施（Carl Bosch）成功地开发出了一 种能够实现大规模合成氨的方法，这种方法被称为哈伯-博施法。这一发现为工业生产和农业提供了大 量的氨，对全球经济发展和人类生存具有重要意义。
原料气的净化
总结词
原料气的净化是合成氨生产工艺的重要环节，主要是通过化学和物理方法去除 原料气中的杂质，如二氧化碳、硫化氢和氧气等。
详细描述
原料气的净化通常包括脱硫、脱碳和脱氧等过程。脱硫主要是用碱性溶液或固 体吸收剂去除硫化氢；脱碳主要是用溶液吸收或固体吸附剂去除二氧化碳；脱 氧主要是通过催化剂或氧化反应将氧气转化为水。
环保与安全问题
总结词
合成氨工艺中存在一些环保与安全问题，需要采取相应的措施加以解决。
详细描述
合成氨工艺中会产生大量的废气和废水，如果处理不当会对环境造成污染。因此，需要 采取一系列环保措施，如废气处理、废水处理和废弃物回收等。此外，由于合成氨工艺 需要在高温高压下进行，也存在一定的安全风险。因此，需要采取相应的安全措施，如
《合成氨的概述》 ppt课件
目 录
• 合成氨的简介 • 合成氨的生产工艺 • 合成氨的工艺特点 • 合成氨的未来发展 • 总结
01
合成氨的简介
合成氨的定义
总结词
合成氨是指将氮和氢在高温高压和催化剂的作用下合成为氨的过程。
详细描述
合成氨是一种化学反应，通常在高温高压和催化剂存在的条件下进行，将氮气和氢气合成为氨气。这个反应是工 业上大规模生产氨的重要方法，也是化学工业中的重要反应之一。
高二化学工业合成氨课件
缺氮的棉花
智利硝石(NaNO3)
易溶于水，只见于干燥地区，著 名产地为智利北方，为氮之来源， 又称"钠硝石"。
思考与交流：
4、从表2-3数据表明，即使在500ºC和30MPa的 条件下，平衡混和物中氨的含量仅达26.4%，即 转化率仍不够大，为了使平衡向生成氨的方向 移动，提高N2、H2的转化率,还可以采取哪些措 施？
条件
选择合适的压强：20MPa~~~50MPa，有利
合 成
于氨的合成，该压强下进行生产，对动 力、材料、设备等来说正合适。
1、既然增大压强可提高反应速率，又可提高氨
的含量，那么在合成氨工业中压强是否越大越
好？
条件
2、既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移
动，那么在合成氨工业中温度是否越低越好？
条件
3、催化剂对化学平衡没有影响，在合成氨工业
中是否需要使用催化剂？ 条件
压强
NH3 /Mpa
含量/%
0.1 10 20 30 60 100
1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6
N2:H2
合成氨流程简图
合 成
压缩机
塔
氢氮混合气
水冷器 循环气体
氨 分 离 器
液 氨 循环压缩机
四、运用方法，解决实际问题
已知2SO2(g)+O2(g)
2SO3 (g)
(正反应为吸热反应）其实验数据见表
(1)应选用的温度是_4_5_0_℃__。 (2)应采用的压强是_常__压___，理由是_因__为__常__压__下__SO2 (的3)转__化__率__已__经__很__高__，__若__采__用__较__大__压__强__，__S_O_2_的__转__化__率__提 高_很__少__，__但__需__要__的__动__力__更__大__，__对__设__备__的__要__求__更__高__。___ （3）__在生产中常用过量空气的原因是什么？
工业合成氨课件
c1.5(H2)]成正比关系，与生成物浓度[c(NH3)]成反比关系。
由此在一定温度、压强下，可采取增大反应物浓度、减
小生成物浓度来提高化学反应速率。另外还可采取升高温度， 使用合适的催化剂降低反应活化能来增大反应速率常数K加 快反应速率。 答案：见分析
2．合成氨工业生产中，为什么要采用分离产物，将原料气
3 0 3x 2x 3－3x 2x
1－x
2x 得： ×100%＝26.4% 2x＋1－x＋3－3x x＝0.418 0.418 mol α(N2)＝ 1 mol ×100%＝41.8%。
(4)增大反应浓度或降低产物浓度有利于平衡右移；低 温时虽然有利于化学反应正向进行，但速率较小，为提高
化学反应速率，500℃时加入合适的催化剂(铁)，既提高化
离出 NH3 。
四、反应流程
1．实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与参
与反应的物质的浓度的关系式为：v＝k· c(N2)· c1.5(H2)· c－
1(NH 3)，请你根据该关系式分析，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应速率？ 分析：由合成氨反应的化学反应速率公式可知，在一定 温度、压强下，化学反应速率与反应物浓度[c(N2)或
[解析]
A项，混合气进行循环利用，原子利用率高，
符合绿色化学思想；B项，分离液氨不能加快反应速率，主 要是利于平衡正向移动，提高原料利用率；C项，压缩混合
气(加压)利于平衡正向移动；D项，催化剂能加快反应速率，
对平衡无影响。 [答案] B
合成氨流程中的每个环节的总旨是：增大产率、降低成
本、增大效益。
衡混合物中NH3含量的变化情况。 达到平衡时平衡混合物中NH3的含量(体积分数)[投料 V(N2)∶V(H2)＝1∶3]
合成氨工业生产课件
农药
合成氨是制造农药的重要成分。
医药
合成氨还可以用于制药中的合成 反应。
工业生产
合成氨在提高工业生产效率中也 具有重要的作用。
合成氨的生产工艺
1
氨的物理和化学性质
氨是一种无色、有强烈气味的气体。它的燃烧是生成水和氮氧化物。
2
氨的生产方法
合成氨的生产方法通常采用哈伯-玻斯曼过程，需要高压、高温、铁催化和氢气。
3
传统合成氨工艺
传统的合成氨工艺存在能源消耗高、开销大、环保问题等诸多问题。
4
新型合成氨工艺
新型合成氨工艺是一种绿色、高效、低耗的方法，采用先进的催化剂和反应条件实现合成氨 的高效率转化。
合成氨工业生产的优势和挑战
优势：高效、节能、环保
合成氨工业生产具有高效、节能、环保等诸多优势，有助于推动工业绿色化发展。
技术进步和创新发展方向
新型催化剂和反应条件不断涌现， 合成氨工业将朝着更加高效、节 能、环保的方向发展。
总结
本课件介绍了合成氨的定义、生产工艺、优势和挑战，以及全球合成氨产能 与消费量、合成氨的用途和市场需求、技术进步和创新发展方向。随着技术 进步和新型催化剂的应用，合成氨工业将会越来越高效、节能和环保。
挑战：原料供应、装置设计、废气处理
合成氨工业生产面临原料供应的不稳定性、装置设计的复杂性、废气处理的环保问题等诸多 挑战。
合成氨工业发展现状和趋势
全球合成氨产能与消费量
全球各国合成氨产能与消费量不 断增长，中国是最大的生产和消 费国家。
合成氨的用途和市场需求
肥料、农药、医药等行业对合成 氨的市场需求逐年增长。
合成氨工业生产ppt课件
合成ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ是广泛应用于肥料、农药、医药等领域的重要化工原料。本课件介绍 了合成氨的定义、生产工艺、优势和挑战、以及发展现状和趋势。
合成氨工业PPT课件(上课用)
CH4
+
H2O
催化剂 高温
CO
+
3H2
2.合成氨工业简述：
原料： 空气、水、燃料
压缩 降温
液态空气 蒸发
N2（先逸出）
空气
炭
CO2＋N2 除去CO2 N2
CH4(g) H2O(g)
CO＋H2
H2O(g) 催化剂
CO2＋H2 除去CO2 H2
高温
CH4＋H2O(g) → CO＋H2
CO＋H2O(g) 催→化剂CO2＋H2
102.人生过程的景观一直在变化， 向前跨 进，就 看到与 初始不 同的景 观，再 上前去 ，又是 另一番 新的气 候―― 。[叔本 华]
103.为何我们如此汲汲于名利，如 果一个 人和他 的同伴 保持不 一样的 速度， 或许他 耳中听 到的是 不同的 旋律， 让他随 他所听 到的旋 律走， 无论快 慢或远 近。― ―[梭罗]
9、成功的道路上，肯定会有失败;对 于失败 ，我们 要正确 地看待 和对待 ，不怕 失败者 ，则必 成功;怕 失败者 ，则一 无是处 ，会更 失败。 10、一句简单的问候，是不简单的牵 挂;一声 平常的 祝福， 是不平 常的感 动;条消 息送去 的是无 声的支 持与鼓 励，愿 你永远 坚强应 对未来 ，胜利 属于你!
7、人往往有时候为了争夺名利，有时 驱车去 争，有 时驱马 去夺， 想方设 法，不 遗余力 。压力 挑战， 这一切 消极的 东西都 是我进 取成功 的催化 剂。 8、真想干总会有办法，不想干总会有 理由;面对困 难，智 者想尽 千方百 计，愚 者说尽 千言万 语;老实 人不一 定可靠 ，但可 靠的必 定是老 实人;时 间，抓 起来是 黄金， 抓不起 来是流 水。
113.人生的目的有二：先是获得你 想要的 ；然后 是享受 你所获 得的。 只有最 明智的 人类做 到第二 点总与 幽默的 人相伴 ，健康 总与阔 达的人 相伴。 20、对所学知识内容的兴趣可能成 为学习 动机。 ——赞 科夫 21、游手好闲地学习，并不比学习游手 好闲好 。—— 约翰·贝 勒斯
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降低
温度， 增大
压强，
减小 氨气的浓度有利于正向移动，
N2、H2浓度比为 1:3 有利于各原料充分
反应，从而提高氨的产率。
二. 合成氨的反应速率
想一想
哪些措施能提高合成氨的反应速率？
升高
温度， 增大
压强，
增大 反应物浓度，使用 催化剂 。
催化剂：铁触媒
小试牛刀
在一定条件下，合成氨反应的速率与各物质的
ห้องสมุดไป่ตู้
使NH3生产快
速率分析
高压 低温 无影响 增大浓度 减小浓度
高压 高温 使用 增大浓度 减小浓度
三. 合成氨的适宜条件
1．合成氨反应条件的选择原则 (1)尽量增大反应物的 转化率 ，充分利用原料； (2)选择较快的 反应速率 ，提高单位时间内的产量； (3)考虑设备和技术条件。
2．合成氨反应的适宜条件 应根据反应设备可使用的钢材质量及综合指标来选择压
根据设备选择压强 压强________________ N2、H2投料比 1:2.8 ______ NH3 及时分离________
根据理论判据分析298K下 能否自发进行？ 已知：298K时，∆H= -92.2KJ· mol-1 ∆S= -198.2J· K-1· mol-1
合成氨反应的 （1）反应 是 可逆反应 特点 （2）正反应是 放 热反应 △H ﹤ 0，△S﹤0
减小 的反应 （3）正反应为气体体积_____
哪些措施能提高合成氨的反应限度？
(4)浓度：合成氨生产通常采用N2和H2物质的量之比
为 1∶2.8 的投料比，并且及时将氨气从反应混合物
中分离出去，此外，还应考虑原料的价格，未转化
的合成气的 循环 使用、反应热的综合利用等问题。
四.总结
合 成 氨 适 宜 条 件 铁触媒 催化剂____________ 温度____________ 700K左右
强，大致分为 低压 、 中压 和 高压 三种类型。
(1)压强：压强越大越 有利于合成氨，但在实际生产中，
(2)温度：温度越高，反应速率 越大 ，
但 不利于氨的合成，在实际生产中一般控制反应温度
在 700 K左右(且在此温度时催化剂的活性 最大 )。
(3)催化剂：使用催化剂可以大幅度提高反应速率，
合成氨生产一般选择 铁触媒 做催化剂。
第4节 化学反应条件的优化
——工业合成氨
哈伯
知识回顾
1.影响反应速率的外界因素有哪些？
2.
（1）升高温度，平衡向 逆反应方向 移动
（2）减小压强，平衡向 逆反应方向 移动
（3）增大反应物浓度，平衡向 正反应方向 移动 （4）使用催化剂，平衡 不 移动
3.自发进行的判据是什么？
一. 合成氨的反应限度
浓度关系为v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，下列条
件不能加快反应速率的是(
A．加入催化剂
D
)
B．增大H2的浓度
C．升高温度
D．增大NH3的浓度
注(特例)：减小NH3的浓度会增加合成氨的速率
合成氨平衡和速率条件对比
外界条件
压强 温度 催化剂
反应物的浓度 生成物的浓度
使NH3产率大
平衡分析