高中化学 化学反应条件的优化——工业合成氨课件选修四.ppt

第4节化学反应条件的优化 工业合成氨 交流 研讨 合成氨反应是一个可逆反应 n2 g 3h2 g 2nh3 g 已知298k时 h 92 2kj mol 1 s 198 2j k 1 mol 11 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 2 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 一 合成氨反应的限度 合成氨反应的特点 可逆反应 正反应气态物质系数减小 正反应是放热反应 n2 g 3h2 g 2nh3 g h 92 2kj mol 1体积 3体积 2体积 s 198 2j k 1 mol 1 二 合成氨反应的速率 交流 研讨 1 你认为可以通过控制那些反应条件来提高合成氨反应的速率 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 3 请你根据下表所给的数据分析催化剂对合成氨反应速率的影响 催化剂对合成氨反应速率的影响 三 合成氨的适宜条件的选择 低温有利 热量回收 综合利用 加压有利 反应器材质要求高 未参与反应的原料气应循环使用 升高温度 增加原料气浓度 加催化剂 及时将氨气移走 1 既然增大压强既可提高反应速率 又可提高氨的产量 那么在合成氨工业中压强是否越大越好 压强怎么定 2 既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动 那么生产中是否温度越低越好 3 催化剂对化学平衡的移动没有影响 在合成氨工业中要不要使用催化剂 为什么 温度怎么选择 要不要用催化剂 1 压强怎么选 分析 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 实际生产中压强一般选择在200 500大气压之间 2 温度怎么选择 分析 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 用不用催化剂 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 分析 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 即n2和h2的物质的量比为1 2 8 阅读书本67页 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 工业上利用某可逆反应生产产品 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 总结 化学热力学 化学动力学 化学反应的方向 化学反应的限度 化学反应的速率 合成氨反应能否自发进行 怎样能促使化学平衡向合成氨方向移动 怎样能提高合成氨反应速率 适宜的合成氨条件 工艺流程 化学工艺学 高压对设备材质 加工制造的要求 温度的催化剂活性的影响等 弗里茨 哈伯与合成氨 合成氨从第一次实验室研制到工业化投产经历了约150年的时间 德国科学家哈伯在10年的时间内进行了无数次的探索 单是寻找高效稳定的催化剂 2年间他们就进行了多达6500次试验 测试了2500种不同的配方 最后选定了一种合适的催化剂 铁 使合成氨的设想在1913年成为工业现实 鉴于合成氨工业的实现 瑞典皇家科学院于1918年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖 二 合成氨工业简述 1 主要流程 2 原料气制取 制氮气 造气 净化 合成氨 制氢气 ch4 g h2o g co g 3h2 g co g h2o g co2 g h2 g h2o 气 我国合成氨工业的发展情况 解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂 1949年全国氮肥产量仅0 6万吨 2000年达到3363 7万吨 成为世界上产量最高的国家之一 拥有多种原料 不同流程的大 中 小合成氨厂1000多家 例题 能使合成氨反应进行程度增大的方法是 a 升高温度b 降低压强c 使用催化剂d 及时分离出氨气 d 1 在合成氨工业中 为增加nh3的日产量 下列变化过程不能使平衡向右移动的是 a 不断将nh3分离出来 b 使用催化剂 c 采用700k左右的高温 d 采用2 107 5 107pa的压强 练一练 bc 2 合成氨所需的h2可由煤和水蒸气反应而制得 其中一步的反应为 co g h2o g co2 g h2 g 正反应放热 下列措施中 能提高co转化率的是 a 增大压强b 降低温度c 增大水蒸气浓度d 增大co浓度 bc 3 在合成氨反应中 入口气体体积比n2 h2 nh3为6 18 1 出口气体体积比为9 27 8 则h2的转化率为 25 4 在合成氨时 可以提高h2转化率的措施是 a 延长反应时间 b 充入过量h2 c 充入过量n2 d 升高温度 c 5 关于氨的合成工业的下列说法正确的是 a 从合成塔出来的气体 其中氨一般占15 所以生产氨的工业的效率都很低 b 由于nh3易液化 n2 h2可循环使用 则总的说来氨的产率很高 c 合成氨工业的反应温度控制在500 左右 目的是使平衡向正反应方向进行 d 合成氨工业采用20mpa 50mpa 是因该条件下催化剂的活性最好 b 6 下列反应达到平衡时 哪种条件下生成物的含量最高 x2 g 2y2 g x2y4 g 正反应为放热反应 a 高温高压b 低温低压c 高温低压d 高压低温 d 7 对于反应 2so2 g o2 g 2so3 g 下列判断正确的是 a 2体积so2和足量o2反应 必定生成2体积so3b 其他条件不变 增大压强 平衡向右移动c 平衡时 so2消耗速率必定