鲁科版工业合成氨ppt课件

• 答案 ②＞①＞③＞④ • 解 ① 加 可氨析中知，增H2②平加的是衡H转2在向化，①逆率故反中由H2应增大的方加到转向N小化2移的，率动顺故减，序H小2H为，的2②的即转＞转①化①化＞率＞率③增③变。大＞小而，④，④即。有是②③在＞＞③①④基。。础③由上是此增在
• 工业生产中选择适宜生产条件的思路
• 答案 (1)低温、高压 (2)该温度是催化剂的活性最强的温度，选择 此温度可提高反应速率，缩短反应达到平衡所需要的时间 (3)因为 在常压下，400～500 ℃时，SO2的转化率已经很高了，若再加压， 对设备及动力系统要求高，加大了成本和能量消耗，不经济 (4)增 大氧气的浓度，使平衡向生成SO3的方向移动，提高SO2的转化率 (5)减少对环境的污染
时，平衡混合物中NH3的含量最高。
降低
增大
1∶2.8
• 二、合成氨反应的速率
• 1成．氨增反大应的速率N2。或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于提高合
• 2．
温度有利于提高合成氨的速率。
• 3．加入合适的催化剂能
反升应高的速率。
合成氨反应的活化能，加快化学
降低
• 三、合成氨的适宜条件
• 1．合成氨反应条件的选择原则
• (4)压强越大越有利于合成氨平衡正向移动和提高反应速率，而实际 采用的最高压强为8.5×107～1×108Pa，不采用更高的压强，其原 因是：实际生产中，应根据反应设备可使用的钢材质量及综合指标 来选择压强。采用更高的压强，对设备和材料的要求越高，需要的 动力越大，会增加投资和能量消耗，不经济。
• [关键提醒] 对化工生产中的化学反应条件进行优化选择时，要运 用反应速率与化学平衡移动原理，同时考虑生产中的设备材料、动 力要求、催化剂等因素。
• 【例1】 关于工业合成氨的叙述中，错误的是
•()
• A．在动力、设备、材料允许的情况下，反应尽可能在高压下 进行
• B．温度越高越3(g)，ΔH < 0, ΔS < 0。
• 2．合成氨反应的特点
• (1)能自发进行。
• (2)正反应是 热反应。
• (3)正反应是气放体物质的量
的反应。
• (4)可逆反应。
• 3．
温度、
压减强小有利于化学平衡向生成NH3的
方向移动；在一定温度、压强下，反应物N2、H2的体积比为
的制造要求就越高。
• (2)温度
• ①适宜条件：
左右。
• ②理论依据：该7温0度0 K下催化剂的活性
的含量也相对较高。
• (3)催化剂
，反应速率比较快，氨
最强
• 适宜条件：以 为主的多成分催化剂。
铁
• (4)浓度
• ①适宜条件： N2 和H2按物质的量之比 1∶2.8时混合，适时分离
出
。
• ②理论氨依气据：适当提高
• C．500 ℃左右比室温更有利于合成氨的反应
• D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率
• 答案 B • 解析 催化剂不影响平衡移动；合成氨采用500 ℃是综合考虑反应
速率和转化率及催化剂的活性温度；采用循环操作与平衡移动无关。
2．(填一填) 合成氨反应为：N2(g)＋3H2(g)高催温化、剂高压2NH3(g)， ΔH＝－92.2 kJ·mol－1。K＝6.6×105( mol·L－1)－2 (1) 从平衡常数来看，反应的限度已经很大了，还需要使用 催化剂的原因是为了加快化学反应速率，提高单位时间的产 量。
• 1．分析化学反应的特点：从可逆性、反应前后气体系数的变化、 焓变三个角度分析。
• 2．根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响。
• 3．从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况， 选出适宜的外界条件。
外 界 有利于加
快反应速 条 率的控制 件
浓 增大反应 度 物浓度
有利于平衡 移动条件的 控制
• 3．(填一填)在容积相同的四个容器中，按下列要求充入各气体， 并加入适当的催化剂，在673 K时分别建立平衡，四种情况下H2 的转化率由大到小的顺序是________。
• ①1 mol N2＋3 mol H2 ②2 mol N2＋3 mol H2 • ③1 mol N2＋4 mol H2 ④1 mol N2＋4 mol H2＋ • 0.5 mol NH3
• (1)尽量增大反应物的
，充分利用原料；
• (2)选择较快的
转化率，提高单位时间内的产量；
• (3)考虑设备的要求和技术条件。
化学反应速率
2．合成氨反应的适宜条件
(1)压强
①适宜条件中低压压 高压
1×107Pa 2×107Pa～3×107Pa 8.5×107Pa～1×108Pa
②理论依据：压强越大，要求动力 越大 ，对材料和设备
• 解 压 入廉；析价从从空增气提大；高反从反应表应物中速的数率转据考化和虑率设，方备合面材成考料虑SO的，3需要合要求成加以SO入及3催需催化低化剂温剂和，的升加活温压性，，方加通面 综合考虑，选择最适宜条件。
• [反思感悟] 解答适宜条件选择题关注两点： • ①抓住本反应的反应特点。②把外界条件对化学反应速率和化学平
• (2) 实 际 生 产 中 ， 选 定 400 ～ 500 ℃ 作 为 操 作 温 度 ， 其 原 因 是 __________________________________________________。
• (3)实际生产中，采用的压强为常压，其原因是____________ • __________________________________________________。 • (4)在生产中，通入过量空气的目的是___________________ • __________________________________________________。 • (5)尾气中有SO2必须回收是为了_______________________。
• C．在工业合成氨中N2、H2的循环利用可提高其利用率，降低 成本
• D．及时从反应体系中分离出氨气有利于平衡向正反应方向移 动
• 答案 B • 解 度太析高会合影成响氨催的化反剂应的为催放化热效反果应。，温度越高，NH3的产率越低，温
【例 2】 在硫酸工业中，通过下列反应使 SO2 氧化成 SO3： 2SO2(g)＋O2(g)催△化剂2SO3 (g) ΔH＝－198 kJ·mol－1。
衡的影响和实际情况有机结合起来。
• (5)其他
的浓度，来提高H2的转化率。
• 为了提高原料的 N2和H2。
N，2 未反应的N2和H2循环使用并及时补充
利用率
• 1．(选一选) 下列有关合成氨工业的叙述，可用勒·夏特列原理来 解释的是
•( )
• A．使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨 • B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应
高中化学·选修4·鲁科版
第4节 化学反应条件的优化 ——工业合成氨
• [目标导航] 1.认识合成氨的化学原理。2.应用化学平衡和化学反应 速率的有关知识选择合成氨的条件。3.了解合成氨生产的主要流程。 4.了解工业条件选择的依据和原则。
一、合成氨反应的限度
1．合成氨的化学反应方程式
N2(g)
＋
3H2(g)
综合分析结果
增大反应物 不断补充反应 浓度、减小 物、及时分离 生成物浓度 出生成物
设备条件允许 高
温度
高温
ΔH< 低 兼顾速率和平衡、考 0 温 虑催化剂的适宜温度
ΔH> 0
高 温
在设备条件允许的前 提下，尽量采取高温 并选取催化剂
催化 剂
加合适 的催化 剂
无影响
加合适的催化剂，考 虑催化剂活性与温度 关系
• (2)温度越低越利于合成氨平衡正向移动，工业合成氨采用700 K， 不 产量采低用。低温操作的理由是温度低时反应速率小，单位时间内NH3的
• (3)试分析实际生产中采取700 K左右的温度的原因是温度升高，不 利于提高反应物的转化率，温度过低，反应速率小，单位时间内 NH3的产量低。并且在此温度时，催化剂的活性最大。
下表为不同温度和压强下 SO2 的转化率(%)
p/Pa 1×1 5×1 1×1 5×1 1×10
T/ ℃
05 05 06 06
7
450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
• (1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫，可控制 的条件是____________________________________。