2018年高中化學 第2章 化學反應的方向、限度與速率 2.4 化學反應條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨課件13 魯科版選修4.ppt

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1、化學反應條件的優(yōu)化-工業(yè)合成氨,化學熱力學,化學動力學,化學反應的方向,化學反應的限度,化學反應的速率,合成氨反應能否自發(fā)進行？,怎樣能促使化學平衡向合成氨方向移動？,怎樣能提高合成氨反應速率？,適宜的合成氨條件,工藝流程,化學工藝學,高壓對設(shè)備材質(zhì)、 加工制造的要求、溫度 的催化劑活性的影響等,一 . 合成氨反應 1. 合成氨反應的特點：,可逆反應,正反應氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小,正反應是放熱反應,熵減小的反應,N2(g)+ 3H2(g) 2NH3(g) H -92.2kJ/mol (1體積) (3體積) (2體積) S = -198.2JK-1mol-1,2.合成氨條件的選擇 1）合成氨反應的限度

2、 _ 溫度、_ 壓強有利于化學平衡向生成氨的方向移動，N2、H2體積比為_時平衡混合物中氨的含量最高。 2）合成氨反應的速率 實驗研究表明，在特定條件下，合成氨反應的速率與反應的物質(zhì)的濃度的關(guān)系為:,降低,增大,1：3, =C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3),.增大N2、H2濃度，將氨及時從混合物中分離 出去 .增大壓強 .升高溫度 .使用催化劑,二.合成氨的適宜條件,使用催化劑可使合成氨反應的速率提高上萬億倍。,【交流研討】,1、既然增大壓強既可提高反應速率，又可提高氨的產(chǎn)量，那么在合成氨工業(yè)中壓強是否越大越好？,壓強怎么定？,2、既然降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動，那么生產(chǎn)中

3、是否溫度越低越好？,3 、催化劑對化學平衡的移動沒有影響， 在合成氨工業(yè)中要不要使用催化劑，為什么？,溫度怎么選擇？,要不要用催化劑？,1、壓強怎么選？,分析： 合成氨反應是氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的氣體反應，增大壓強既可以增大反應速率，又能使平衡正向移動，所以理論上壓強越大越好。 但是壓強越大，對設(shè)備的要求高、壓縮H2和N2所需要的動力大，因此選擇壓強應符合實際科學技術(shù)。,綜合以上兩點:根據(jù)反應器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標來選擇壓強。實際生產(chǎn)中壓強一般選擇在200500大氣壓之間。,2、溫度怎么選擇？,分析： 因為正反應方向是放熱的反應，所以降低溫度有利于平衡正向移動。,可是溫度越低，反應速率越小，

4、達到平衡所需要的時間越長，因此溫度也不宜太低。,催化劑要在一定溫度下催化活性最大。,綜合以上因素:實際生產(chǎn)中溫度一般選擇在700K左右（主要考慮催化劑的活性）。,3、用不用催化劑？,實際生產(chǎn)中選用鐵為主體的多成分催化劑（鐵觸媒），它在700K時活性最高。,分析: 經(jīng)濟效益和社會效益要求化學反應速度要快， 原料的利用率要高，單位時間的產(chǎn)量要高。,4、濃度怎么定？ N2 和H2的比例怎么定？,增大反應物的濃度可以增大反應速率，減小生成物的濃度可以使平衡正向移動。從化學平衡的角度分析，在氮氣和氫氣的物質(zhì)的量比為1：3時，平衡轉(zhuǎn)化率最大，但是實驗測得適當提高N2的濃度，即N2和H2的物質(zhì)的量比為1：2

5、.8時，更能促進氨的合成。,實際生產(chǎn)中的處理方法：及時將氣態(tài)氨冷卻液化分離出去；及時將氮氣和氫氣循環(huán)利用，使其保持一定的濃度。即N2和H2的物質(zhì)的量比為1：2.8,【總結(jié)】 合成氨的適宜條件,根據(jù)反應器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標來選擇壓強,適宜溫度 700K左右,使用鐵觸媒作催化劑,N2和H2的物質(zhì)的量比為1：2.8的投料比, 氨及時從混合氣中分離出去,練一練 1.合成氨所需的H2可由煤和水蒸氣反應而制得，其中一步的反應為： CO(g)+H2O（g） CO2(g)+H2(g)（正反應放熱），下列措施中，能提高CO轉(zhuǎn)化率的是（ ） A、增大壓強 B、降低溫度 C、增大水蒸氣濃度 D、增大CO濃度,2. 合成氨工業(yè)中，除了采用高壓，加入催化劑外，還要把溫度提高到700K左右，其原因和目的是（ ） A 提高氫氣的轉(zhuǎn)化率 B提高氨的產(chǎn)率 C適當提高氨的合成速率D催化劑在700K左右時活性最大,工業(yè)上利用某可逆反應生產(chǎn)產(chǎn)品： 一般要使用催化劑：這樣可以大大加快化學反應速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟效益； 選擇合適的溫度：該溫度是催化劑活性最大的溫度； 選擇合適的壓強：既要考慮化學反應速率和化學平衡，還要考慮動力、材料、設(shè)備等。,【小結(jié)反思】,【總結(jié)】,謝謝各位，再見！,