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

化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化-工業(yè)合成氨,化學(xué)熱力學(xué),化學(xué)動(dòng)力學(xué),化學(xué)反應(yīng)的方向,化學(xué)反應(yīng)的限度,化學(xué)反應(yīng)的速率,合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行？,怎樣能促使化學(xué)平衡向合成氨方向移動(dòng)？,怎樣能提高合成氨反應(yīng)速率？,適宜的合成氨條件,工藝流程,化學(xué)工藝學(xué),高壓對(duì)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(yīng) 1. 合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)：,可逆反應(yīng),正反應(yīng)氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小,正反應(yīng)是放熱反應(yīng),熵減小的反應(yīng),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(yīng)的限度 _ 溫度、_ 壓強(qiáng)有利于化學(xué)平衡向生成氨的方向移動(dòng)，N2、H2體積比為_時(shí)平衡混合物中氨的含量最高。 2）合成氨反應(yīng)的速率 實(shí)驗(yàn)研究表明，在特定條件下，合成氨反應(yīng)的速率與反應(yīng)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(shí)從混合物中分離 出去 .增大壓強(qiáng) .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(yīng)的速率提高上萬(wàn)億倍。,【交流研討】,1、既然增大壓強(qiáng)既可提高反應(yīng)速率，又可提高氨的產(chǎn)量，那么在合成氨工業(yè)中壓強(qiáng)是否越大越好？,壓強(qiáng)怎么定？,2、既然降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動(dòng)，那么生產(chǎn)中是否溫度越低越好？,3 、催化劑對(duì)化學(xué)平衡的移動(dòng)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(qiáng)怎么選？,分析： 合成氨反應(yīng)是氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的氣體反應(yīng)，增大壓強(qiáng)既可以增大反應(yīng)速率，又能使平衡正向移動(dòng)，所以理論上壓強(qiáng)越大越好。 但是壓強(qiáng)越大，對(duì)設(shè)備的要求高、壓縮H2和N2所需要的動(dòng)力大，因此選擇壓強(qiáng)應(yīng)符合實(shí)際科學(xué)技術(shù)。,綜合以上兩點(diǎn):根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來(lái)選擇壓強(qiáng)。實(shí)際生產(chǎn)中壓強(qiáng)一般選擇在200500大氣壓之間。,2、溫度怎么選擇？,分析： 因?yàn)檎磻?yīng)方向是放熱的反應(yīng)，所以降低溫度有利于平衡正向移動(dòng)。,可是溫度越低，反應(yīng)速率越小，達(dá)到平衡所需要的時(shí)間越長(zhǎng)，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(shí)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(shí)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(shí)活性最高。,分析: 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益要求化學(xué)反應(yīng)速度要快， 原料的利用率要高，單位時(shí)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(yīng)物的濃度可以增大反應(yīng)速率，減小生成物的濃度可以使平衡正向移動(dòng)。從化學(xué)平衡的角度分析，在氮?dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量比為1：3時(shí)，平衡轉(zhuǎn)化率最大，但是實(shí)驗(yàn)測(cè)得適當(dāng)提高N2的濃度，即N2和H2的物質(zhì)的量比為1：2.8時(shí)，更能促進(jìn)氨的合成。,實(shí)際生產(chǎn)中的處理方法：及時(shí)將氣態(tài)氨冷卻液化分離出去；及時(shí)將氮?dú)夂蜌錃庋h(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(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來(lái)選擇壓強(qiáng),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(shí)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(yīng)而制得，其中一步的反應(yīng)為： CO(g)+H2O（g） CO2(g)+H2(g)（正反應(yīng)放熱），下列措施中，能提高CO轉(zhuǎn)化率的是（ ） A、增大壓強(qiáng) 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(dāng)提高氨的合成速率D催化劑在700K左右時(shí)活性最大,工業(yè)上利用某可逆反應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品： 一般要使用催化劑：這樣可以大大加快化學(xué)反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟(jì)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(qiáng)：既要考慮化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡，還要考慮動(dòng)力、材料、設(shè)備等。,【小結(jié)反思】,【總結(jié)】,謝謝各位，再見！,