工业合成氨条件的选择PPT学习教案

1、会计学1 工业合成氨条件的选择工业合成氨条件的选择 弗里茨弗里茨哈伯：哈伯： 将空气变为面包将空气变为面包 第1页/共22页 一一 反应的自发性反应的自发性 合成氨反应是一个可逆反应合成氨反应是一个可逆反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 已知已知298K时时: H= -92.2KJmol-1 S = -198.2JK-1mol-1 第2页/共22页 合成氨反应有哪些特点？合成氨反应有哪些特点？ 请利用请利用化学平衡移动化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成？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体积体积

2、) (3体积体积) (2体积体积) 思考？思考？ 第3页/共22页 第4页/共22页 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 NH3% N2:H2 N2、H2体积比对产率的影响体积比对产率的影响 NH3% 第5页/共22页 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、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速率？ 升高温度升高温度 增大压强增大压强 增大反应物浓度增大反应物浓度 使用催化剂使用催化剂 二二 化学反应速率化学反应速率 第6页/共22页 2、实验研究表明、实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与反应

3、的物质的浓度的关系为，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请你根据关系式分析：各物质的浓度对反应速率速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率速率？ 增大增大N2H2浓度浓度,将氨及时从将氨及时从 混合气中分离出去混合气中分离出去 第7页/共22页 催化剂对合成氨反应速率的影响 条件条件 E /KJ/mol k(催催)/k(无无) 无催化剂无催化剂335 3.41012(700k) 使用使用Fe催化剂催化剂167 使用催化剂可使合成氨反应使用催化

4、剂可使合成氨反应 的速率提高的速率提高上万亿倍上万亿倍。 3.分析催化剂对速率的影响分析催化剂对速率的影响 第8页/共22页 生成物氨的浓生成物氨的浓 度度 反应物的浓反应物的浓 度度 催化剂催化剂 温度温度 压强压强 速率分析速率分析 使使NH3生产得生产得快快 外界条件外界条件 高高 压压高温高温 使用使用 增大浓度增大浓度 减小浓度减小浓度 平衡分析平衡分析 使使NH3生产得生产得多多 高高 压压 低低 温温无影响无影响 增大浓度增大浓度 减小浓度减小浓度 第9页/共22页 合成氨的反应合成氨的反应正反应为正反应为 放热反应放热反应 分析角度分析角度 反应条件反应条件 使合成氨的速使合成

5、氨的速 率快率快 使平衡混合物使平衡混合物 中氨的含量高中氨的含量高 压强压强 温度温度 催化剂催化剂 高压高压高压高压 高温高温低温低温 使用使用不影响不影响 一致一致 矛盾矛盾 第10页/共22页 1 1、压强怎么选？、压强怎么选？ 合成氨反应是气态物质系数减小的气合成氨反应是气态物质系数减小的气 体反应，体反应，增大增大压强既可以压强既可以增大增大反应速率，又能反应速率，又能 使使平衡正向平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。移动，所以理论上压强越大越好。 但是压强越大，对但是压强越大，对设备设备的要求高、压缩的要求高、压缩 H H2 2和和N N2 2所需要的所需要的动力动力大，因此选

6、择压强应符合大，因此选择压强应符合 实际科学技术。实际科学技术。 综合以上两点综合以上两点: :根据反应器可使用的根据反应器可使用的 钢材质量及综合指标来选择压强钢材质量及综合指标来选择压强。 第11页/共22页 2 2、温度怎么选择？、温度怎么选择？ 因为正反应方向是放热的反应，所以因为正反应方向是放热的反应，所以降低降低 温度有利于平衡温度有利于平衡正向正向移动。移动。 可是温度越低，可是温度越低，反应速率越小反应速率越小，达到平衡所需，达到平衡所需 要的时间越要的时间越长长，因此温度也不宜太低。，因此温度也不宜太低。 催化剂催化剂要在一定温度下催化要在一定温度下催化活性活性最大。最大。

7、综合以上因素综合以上因素: :实际生产中温度一般选择实际生产中温度一般选择 在在700K700K左右（主要考虑催化剂的活性）。左右（主要考虑催化剂的活性）。 第12页/共22页 3 3、使用催化剂？、使用催化剂？ 实际生产中实际生产中选用选用铁铁为主体的多成分催化剂（为主体的多成分催化剂（ 铁触媒），它在铁触媒），它在700K700K时活性最高。时活性最高。 经济效益经济效益和和社会效益社会效益要求化学反应速度要要求化学反应速度要 快快，原料的利用率要，原料的利用率要高高，单位时间的产量要，单位时间的产量要高高。 第13页/共22页 4 4、浓度怎么定？、浓度怎么定？ N N2 2 和和H H

8、2 2的比例怎么定？的比例怎么定？ 增大增大反应物的浓度可以反应物的浓度可以增大增大反应速率，反应速率，减小减小 生成物的浓度可以使平衡生成物的浓度可以使平衡正向正向移动。从化学平衡移动。从化学平衡 的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1 1：3 3 时，时，平衡转化率最大平衡转化率最大，但是实验测得适当提高，但是实验测得适当提高N N2 2 的浓度，即的浓度，即N N2 2和和H H2 2的物质的量比为的物质的量比为1 1：2.82.8时，更能时，更能 促进氨的合成。促进氨的合成。 实际生产中的处理方法实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化及时将气

9、态氨冷却液化 分离分离出去；及时将氮气和氢气出去；及时将氮气和氢气循环循环利用，使其保持一利用，使其保持一 定的浓度。定的浓度。 （阅读课本（阅读课本67-68页）页） 第14页/共22页 0.10.11010202030306060100100 20020015.315.381.581.586.486.489.989.995.495.498.898.8 3003002.22.252.052.064.264.271.071.084.284.292.692.6 4004000.40.425.125.138.238.247.047.065.265.279.879.8 5005000.10.110.

10、610.619.119.126.426.442.242.257.557.5 6006000.050.054.54.59.19.113.813.823.123.131.431.4 压强压强 / /MPaMPa NHNH3 3含含 量量/%/% 温度温度/ / 温度升高，氨的含量降低温度升高，氨的含量降低 压强增大，氨的含量增压强增大，氨的含量增 大大 第15页/共22页 外部条件外部条件工业合成氨的适宜条件工业合成氨的适宜条件 压强压强 温度温度 催化剂催化剂 浓度浓度 研讨的结果 根据反应器可使用的钢材质量及根据反应器可使用的钢材质量及 综合指标来选择压强综合指标来选择压强 适宜温度适宜温度

11、700K左右左右 使用铁触媒作催化剂使用铁触媒作催化剂 N2和和H2的物质的量比为的物质的量比为1：2.8的投的投 料比料比, 氨及时从混合气中分离出去氨及时从混合气中分离出去 第16页/共22页 一般要一般要使用催化剂使用催化剂：这样可以大大加快化学反应：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；速率，提高生产效率，也提高了经济效益； 选择选择合适的温度合适的温度：该温度是催化剂活性最大：该温度是催化剂活性最大 的温度；的温度； 选择选择合适的压强合适的压强：既要考虑化学反应速率和：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。化学平衡，还要考虑动力、材

12、料、设备等。 【小结小结反思反思】 工业上利用某可逆反应生产产品：工业上利用某可逆反应生产产品： 第17页/共22页 第18页/共22页 0.10.110102020 3030 6060100100 20020015.315.3 81.581.586.486.489.989.995.495.4 98.898.8 3003002.22.252.052.064.264.271.071.084.284.2 92.692.6 4004000.40.425.125.138.238.247.047.065.265.2 79.879.8 500500 0.10.110.610.619.119.1 26.426.4 42.242.2 57.557.5 6006000.050.054.54.59.19.113.813.823.123.1 31.431.4 压强 /MPa NH3含 量/% 温度 / 即使在即使在500500和和30MPa30MPa时，合成氨平衡混合物中时，合成氨平衡混合物中NHNH3 3的体积分数也只有的体积分数也只有26.4%26.4%，转化率仍不够大，还可采取什么办法？，转化率仍不够大，还可采取什么办法？ 第19页/共22页 已知2SO2(