《化学反应条件的优化——工业合成氨》课件6

化学反应条件的优化 工业合成氨 了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法 体验实际生产的选择与理论分析的差异 通过对合成氨适宜条件的分析 认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要作用 教学目标 应用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件 教学重点 难点 阅读资料 19世纪以前 一些有远见的化学家指出 考虑到将来的粮食问题 为了使子孙后代免于饥饿 我们必须寄希望于科学家能实现大气固氮 因此将空气中丰富的氮固定下来并转化为可被利用的形式 在20世纪初成为一项受到众多科学家注目和关切的重大课题 德国化学家哈伯就是从事合成氨的工艺条件试验和理论研究的化学家之一 他终于在1913年实现了合成氨的工业生产 满足了20世纪人口由30亿增至60亿对粮食的需求 因此人们赞扬哈伯是 用空气制造面包的圣人 利用氮 氢为原料合成氨的工业化生产曾是一个较难的课题 从第一次实验室研制到工业化投产 约经历了150年的时间 化学反应N2 g 3H2 g 2NH3 g 看起来十分的简单 为什么合成氨的工业化生产会经历如此漫长的过程 合成氨工厂为什么需要那么庞大而复杂的生产设备和特殊的生产条件 要实现合成氨的工业化生产 必须从化学热力学和化学动力学两个方面选择合成氨的反应条件 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 合成氨反应的特点 可逆反应 正反应气体体积缩小 正反应是放热反应 熵减小的反应 讨论 能否用过量氮气提高氢气转化率 工业合成氨是否采用此方法 1 11 21 31 41 51 6 0 6 0 5 0 4 0 3 0 2 0 1 NH3 N2 H2 高压 高温 使用 高压 低温 不影响 选择适宜生产条件的原则 1 既要注意外界条件对二者影响一致性 又要注意对二者影响的矛盾性 2 既要注意温度 催化剂对速率影响的一致性 又要注意催化剂的活性对温度的限制 3 既要注意理论上的需要 又要注意实际可能性 适宜条件 速率较快 转化率适中催化剂活性最大 有利于氨的合成 对动力 材料强度 设备制造要求适中 催化剂 铁触媒 以铁为主体的多成分催化剂 使反应物在较低温度下较快的进行反应 浓度 将生成的氨及时从混合气中分离出来 且向循环气中不断补充N2 H2 1 2 8 例1 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 例2 一定温度下 向一个容积为2升的事先加入催化剂的真空密闭容器中通入1molN2和3molH2 3min后测得容器的压强是起始压强的0 9倍 在此时间内 用H2的量的变化来表示该反应的平均速率是 A 0 2mol L 1 min 1B 0 6mol L 1 min 1C 0 1mol L 1 min 1D 0 3mol L 1 min 1 C 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 C S H2O g CO g H2 g CO g H2O g CO2 g H2 g 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 1982年达到1021 9万吨 成为世界上产量最高的国家之一 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 练一练 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 练一练 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 在一定条件下 将N2和H2的混和气体通入固定容积的密闭容器中进行合成氨反应 N2 3H22NH3 正反应为放热反应 下列图像表示正确的是 AC A B C D 7 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 8 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消耗速率必定等于O2的生成