高中化学：2.4 合成氨条件的选择 课件（旧人教版必修2）.ppt

高中化学 第二章化学平衡 第四节合成氨条件的选择 杨文槐 氮转化为化合态的氨的价值 n2 nh3 医药 炸药 染料 化肥 哈伯 f haber 1868 1934 1918年诺贝尔化学奖 哈伯于1908年7月在实验室用n2 h2在600 200个大气压 合成出氨 产率为2 1911 1913年短短两年合成出了1000吨液氨 并用它制造3500吨tnt 合成氨工业的发展 用n2 h2为原料合成氨的工业生产 曾是一个很艰巨的课题 1900年 法国化学家勒夏特列认为 n2 h2可以在高压下直接化合成氨 但实验验证时发生了爆炸 于是他觉得有危险 放弃了研究 稍后 德国化学家能斯特 通过计算认为合成氨不能实现 使合成氨又惨遭厄运 1931年诺贝尔化学奖颁给了德国化学家波施 c bosch 他发现了合成氨廉价的催化剂 使生产效率显著提高 生产成本明显降低 据不完全统计 全世界工业合成氮肥中的氮只占固氮总质量的20 氮的固定 氮的固定 将游离态氮转化为化合态氮的过程 固氮 人工固氮 自然固氮 生物固氮 根瘤菌 雷雨 庄稼等 1 人工合成氨 化学固氨法 其条件要求高 成本高 转化率低 效率低 2 根瘤菌 生物固氨 常温常压下进行 成本低 转化率高 效率高 化学平衡 1 影响化学反应速率的因素有些 2 影响化学平衡的条件有哪些 根据关系式了解 应用化学平衡原理 分析反应 aa g bb g cc g dd g 浓度 温度 压强 问题 据化学反应方程式分析这个反应有什么特点 特点 a 可逆反应 b 正反应为放热反应 c 正反应是气体体积缩小的反应 n2 3h22nh3 正反应为放热反应 1体积3体积2体积 1 增大压强可提高反应速率 2 降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动 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 合成氨条件的选择 正反应放热 要制得更多的氨 可以采用哪些措施 催化剂降低反应分子活化能 由于氮分子非常稳定 与氢的化合十分困难 即使采用了加热与高压的条件 合成氨的反应还是十分缓慢 为了加快化合反应速率 降低反应所需要的能量 合成氨工业普遍使用催化剂 讨论 根据外界条件对化学反应速率的影响 说明要使合成氨的化学反应速率增大 应采取的措施 应用化学平衡移动原理 说明要提高平衡混合物中氨气的含量 应采取的措施 高压 高温 使用催化剂 增大反应物浓度 高压 低温 无影响 增大反应物浓度减小生成物浓度 对比下表的实验数据 检查自己的理论推断是否正确 n2 3h22nh3 放热反应 压强怎么选择 分析 合成氨反应是体积缩小的气体反应 增大压强既可以增大反应速率 又能提高平衡混合物中氨的含量 所以理论上压强越大越好 综合以上两点 实际生产中压强一般选择在20mpa 50mpa之间 在实际生产中 压强越大 对压缩氢和氮需要的动力越大 对材料的强度和设备的制造要求也越高 故压强的选择受动力 材料 设备等条件的限制 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提高平衡混合物中氨的含量 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 铁触媒在500 左右时的活性最大 浓度怎么定 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 因此可以用保持一定的氮 氢浓度 减少氨气的浓度的方法 提高合成氨的效率和产量 实际生产中的处理方法 及时将气态氨冷却液化而分离出去 及时补充氮气和氢气 使其保持一定的浓度 增大反应物浓度 高压 低温 平衡时生成物nh3的含量 体积分数 高 可见 增大反应物浓度 增大压强 使用适宜的催化剂对反应有利 温度越高 压强越大 化学反应越快 使用合适的催化剂 反应加快 单位时间内生成的nh3越多 工业上合成氨 主要要考虑哪些因素 根据化学反应速率的有关知识 思考 都可以使合成氨的化学反应速率增大 增大压强 经济效益和社会效益 速度要快 原料的利用率要高 单位时间的产量要高 另外还要考虑生产中的消耗能源 原料 设备条件等因素 升高温度 使用催化剂 合成氨实验装置 与 快速推进 工业上合成氨的适宜条件 实际应用 压强 2 107 5 107pa 温度 500 左右 催化剂 铁触媒做催化剂 二 生产过程 1 主要流程 原料气的制取 净化 压缩 合成 分离 液氨 实际生产中 尽量提高反应物浓度和想尽办法移去生成物以减小生成物浓度 促使平衡向正反应方向移动 2 原料气制取 制n2 制h2 物理方法 化学方法 空气 那么 从平衡混合气中分离出nh3 利用了氨气的什么性质呢 易液化 合成氨是在什么设备中进行的 合成塔 有耐高压的厚壁 安放有厚层的催化剂 有热交换器 设想合成氨的发展前景 生物中植物对氮的需求 生物固氮的原理和条件