高中化学 合成氨条件的选择

1、 合成氨条件的选择合成氨条件的选择一、合成氨的适宜条件的选择一、合成氨的适宜条件的选择 化学反应速率化学反应速率和和化学平衡化学平衡知识的运用知识的运用 选择适宜条件的依据、思路和方法：选择适宜条件的依据、思路和方法： 合成氨的反应原理合成氨的反应原理(方程式）方程式）： N2+3H2 2NH3(放热反应放热反应) 这是一个这是一个气体总体积缩小气体总体积缩小的、的、放热放热的的可逆可逆反应。反应。 请思考这个反应的特点？请思考这个反应的特点？ 工业上合成氨，主要要考虑哪些因素？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：根据化学反应速率的有关知识，思考：， ， 都可

2、以使合成氨的化学反应速率增大。都可以使合成氨的化学反应速率增大。 增大压强增大压强 升高温度升高温度 使用催化剂使用催化剂 经济效益和社会效益：经济效益和社会效益： 速度要快，原料的利用率要高，单位时速度要快，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。耗能源，原料，设备条件等因素。 根据化学平衡的知识请思考：要增大根据化学平衡的知识请思考：要增大平衡体系中氨的含量、增大原料的转化率平衡体系中氨的含量、增大原料的转化率可以采用哪些方法？可以采用哪些方法？ 增大压强，降低温度，减小生成物的增大压强，降低温度，减小生

3、成物的浓度都可以提高原料的转化率浓度都可以提高原料的转化率。 下面请综合以上两方面的因素，并结下面请综合以上两方面的因素，并结合实际情况讨论实际生产中对合实际情况讨论实际生产中对压强压强、温度温度、浓度浓度等条件的选择。等条件的选择。 N2+3H2 2NH3(放热反应放热反应)1、压强怎么选？、压强怎么选？ 分析分析：合成氨反应是体积缩小的气：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，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。论上压强越大越好。 但是压强越大，对设备的要求高、但是压强越大，对设

4、备的要求高、压缩压缩H2和和N2所需要的动力大，因此压强也所需要的动力大，因此压强也不宜过高。不宜过高。 综合以上两点，实际生产中压强一般综合以上两点，实际生产中压强一般选择在选择在20MPa-50MPa之间。之间。 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以降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量。含量。 可是温度越低，反应速率越小，达可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，因此温度也不到平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。宜太低。 催化剂要在一定温度下效果最好。催化剂要在一定温度下

5、效果最好。 综合以上因素，实际生产中温度一般综合以上因素，实际生产中温度一般选择在选择在500（主要考虑催化剂的活性）（主要考虑催化剂的活性）左右。左右。 3、用不用催化剂？、用不用催化剂？ 使用催化剂能否提高合成氨的转化率？使用催化剂能否提高合成氨的转化率？ 使用催化剂对反应速率有何影响？使用催化剂对反应速率有何影响？ 实际生产中选用铁为主体的多成分催化实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在剂（铁触媒），它在500时活性较高。时活性较高。 4、浓度怎么定？、浓度怎么定？H2和和N2的比例怎么定？的比例怎么定？ 增大反应物的浓度可以增大反应速率，增大反应物的浓度可以增大反应速率，

6、减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。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氨气的浓度的方法，提高合成氨的效率和产量。产量。 实际生产中的处理方法：及时将气态氨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。气，使其保持一定的浓度。 举例：举例：在合成氨工业中，为增加氨气的在合成氨工业中，为增加氨气的日产量，在实现此目的的过程中与平衡移日产量，在实现此目的的过程中与平衡移动无关的是动无关的是 （ A）不断将氨分

7、离出来）不断将氨分离出来 （B） 使用催化剂使用催化剂 （C） 采用采用500的高温的高温 （D）采用）采用20-50Mp的压强的压强二、合成氨工业简介：二、合成氨工业简介： 1、合成氨工业的流程合成氨工业的流程原料气的制取原料气的制取净化净化压缩压缩合成合成分离分离液氨液氨 N2 H2 原料气的制取原料气的制取 N2：液化空气，蒸发分离出氮气：液化空气，蒸发分离出氮气 H2：用水和燃料在高温下制取。如：用水和燃料在高温下制取。如：C + H2O（g） CO+H2，CO+H2O（g） CO2+H2 思考：思考：1mol C能能制取多少氢气？制取多少氢气？ 2、氨的合成、氨的合成： （1）主要设备：合成塔）主要设备：合成塔 （2）反应原理：）反应原理：N2+3H2 2NH3 高温高压高温高压催化剂催化剂 三、设想合成氨的发展前景三、设想合成氨的发展前景参考：生物中植物对氮的需求；生参考：生物中植物对氮的需求；生物固氮的原理和条件；理想的人工固物固氮的原理和条件；理想的人工固氮条件。氮条件。 练习练习：合成氨厂通过测定反应前后混：合成氨厂通过测定反应前后混合气体的密度来确定氨气的转化率。某工合气体的密度来确定氨气的转化率。某工厂测得合成塔中