工业合成氨条件的选择.ppt

化学反应条件的优化 工业合成氨,影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些?,温度越高,反应速率越大,压强越大,反应速率越大,正催化剂加快反应速率,反应物浓度越大,反应速率越大,升高温度,平衡向吸热方向移动,增大压强,平衡向气态物质系数减小的方向移动,催化剂对平衡无影响,增大反应物浓度,平衡正向移动,弗里茨哈伯：,将空气变为面包,一 反应的自发性,合成氨反应是一个可逆反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),已知298K时: H= -92.2KJmol-1 S = -198.2JK-1mol-1 请根据正反应的焓变和熵变分析: 298K下合成氨反应能否自发进行？,合成氨反应有哪些特点？,请利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成？,N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H -92.2kJ/mol (1体积) (3体积) (2体积),思考？,N2、H2体积比对产率的影响,NH3%,1、你认为可以通过控制哪些反应条件来提高合成氨反应的速率？,升高温度 增大压强 增大反应物浓度 使用催化剂,二 化学反应速率,2、实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与反应的物质的浓度的关系为:, =C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3),请你根据关系式分析：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？,增大N2H2浓度,将氨及时从 混合气中分离出去,催化剂对合成氨反应速率的影响,使用催化剂可使合成氨反应 的速率提高上万亿倍。,3.分析催化剂对速率的影响,合成氨的适宜条件的选择,生成物氨的浓度,反应物的浓度,催化剂,温度,压强,速率分析,使NH3生产得快,外界条件,高压,高温,使用,增大浓度,减小浓度,平衡分析,使NH3生产得多,高压,低温,无影响,增大浓度,减小浓度,高压,高压,高温,低温,使用,不影响,一致,矛盾,1、压强怎么选？,合成氨反应是气态物质系数减小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。 但是压强越大，对设备的要求高、压缩H2和N2所需要的动力大，因此选择压强应符合实际科学技术。,综合以上两点:根据反应器可使用的 钢材质量及综合指标来选择压强。,2、温度怎么选择？,因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于平衡正向移动。,可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。,催化剂要在一定温度下催化活性最大。,综合以上因素:实际生产中温度一般选择在700K左右（主要考虑催化剂的活性）。,3、使用催化剂？,实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在700K时活性最高。,经济效益和社会效益要求化学反应速度要快，原料的利用率要高，单位时间的产量要高。,4、浓度怎么定？ N2 和H2的比例怎么定？,增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2的浓度，即N2和H2的物质的量比为1：2.8时，更能促进氨的合成。,实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化分离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使其保持一定的浓度。,（阅读课本67-68页）,达到平衡时平衡混合物中NH3的含量 （体积分数 V(N2):V(H2)=1:3 ,资料2,研讨的结果,根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强,适宜温度 700K左右,使用铁触媒作催化剂,N2和H2的物质的量比为1：2.8的投料比, 氨及时从混合气中分离出去,一般要使用催化剂：这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益； 选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大的温度； 选择合适的压强：既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。,【小结反思】,工业上利用某可逆反应生产产品：,思考,问题,即使在500和30MPa时，合成氨平衡混合物中NH3的体积分数也只有26.4%，转化率仍不够大，还可采取什么办法？,(1) 应选