高二化学工业合成氨

1、 将固体将固体NH4 I置于密闭容器中，在一定温度置于密闭容器中，在一定温度下发生下列反应：下发生下列反应：NH4 I（s） NH3（g）+HI（g）；）；2HI（g） H2（g）+I2（g）达到平衡时，达到平衡时，c（H2）=0.5mol L-1， c（HI）= 4mol L-1，则此温度下反应的平衡常数为（）则此温度下反应的平衡常数为（）A9 B16 C20 D25化学反应条件的优化化学反应条件的优化 -工业合成氨工业合成氨复习复习影响化学反应速率和化学平衡影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些的重要因素有哪些? 化学反应速率化学反应速率 化学平衡化学平衡 温度温度气体压强气体压强催化

2、剂催化剂浓度浓度温度越高温度越高,反应速反应速率越大率越大压强越大压强越大,反应速反应速率越大率越大催化剂加快反应速催化剂加快反应速率率反应物浓度越大反应物浓度越大,反反应速率越大应速率越大升高温度升高温度,平衡向吸平衡向吸热方向移动热方向移动增大压强增大压强,平衡向气态物平衡向气态物质系数减小的方向移动质系数减小的方向移动催化剂对平衡无影响催化剂对平衡无影响增大反应物浓度增大反应物浓度,平平衡正向移动衡正向移动合成氨反应的特点：合成氨反应的特点：可逆反应可逆反应正反应正反应气态物质系数减小气态物质系数减小正反应是放热反应正反应是放热反应熵减小的反应熵减小的反应N2(g)+3H2(g) 2NH

3、3(g) H -92.2kJ/mol(1体积体积) (3体积体积) (2体积体积) S = -198.2JK-1mol-1S = -198.2JK-1mol-1_温度、温度、_压强有利于化学平衡向压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动生成氨的方向移动，N2、H2体积体积比为比为_时平衡混合物中氨的含量最高时平衡混合物中氨的含量最高。分离出氨气。分离出氨气。增大降低1：3一、合成氨反应的限度一、合成氨反应的限度1.升高温度升高温度2.增大压强增大压强3.增大反应物浓度增大反应物浓度4.使用催化剂使用催化剂5.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催化剂可使合

4、成氨反应的速率提高催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿上万亿倍。倍。二、合成氨反应的速率二、合成氨反应的速率生成物氨的浓度生成物氨的浓度反应物的浓度反应物的浓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压高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压高压低温低温无影响无影响增大浓度增大浓度减小浓度减小浓度 1 1、压强怎么选？、压强怎么选？ 分析：分析： 合成氨反应是气态物质系数减小的气体合成氨反应是气态物质系数减小的气体反应，反应，增大增大压强既可以压强既可以增大增大反应速率，又能使反应速率，又

5、能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钢材质量及综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合指标来选择压强。实际生产中压强一般选择在200200500500大气压之间。大气压之间。 2 2、温度怎么选择？、温度怎么选择？ 分析：分析： 因为正反应方向是放热的反应，所以因为正反应方向

6、是放热的反应，所以降低降低温度温度有利于平衡有利于平衡正向正向移动。移动。 可是温度越低，反应可是温度越低，反应速率越小速率越小，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。 综合以上因素综合以上因素: :实际生产中温度一般选择在实际生产中温度一般选择在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）。 3 3、用不用催化剂？、用不用催化剂？ 实际生产中选用铁为主体的多成分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（铁触媒），它在70

7、0K700K时活性最高。时活性最高。 分析分析: : 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。 使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。 4 4、浓度怎么定？、浓度怎么定？ N N2 2 和和H H2 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

8、析，在氮气和氢气的物质的量比为1 1：3 3时，平衡时，平衡转化率最大转化率最大，但是，但是实验测得实验测得适当提高适当提高N N2 2的的浓度，即浓度，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，更能促时，更能促进氨的合成。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。其保持一定的浓度。即即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（阅读书本（阅读书本67页）页）外部条件外部条件

9、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根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强量及综合指标来选择压强 适宜温度适宜温度 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： 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：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；反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益； 选择选择

10、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、材料、设备等。 【小结小结反思反思】起始起始C(mol/L) 2 1 0平衡平衡C(mol/L) 0.8 0.4 1.2 例：例： 2SO2+ O2 2SO3 2SO2+ O2 2SO3 0 0 2 0.8 0.4 1.2以上两个平衡，有什么异同？以上两个平衡，有什么异同？等效平衡定义等效平衡定义 在一定条件下（恒温恒容或恒温恒压），在一定条件下（恒温恒容或恒温恒压），对同

11、一可逆反应，只是起始时加入物质的物对同一可逆反应，只是起始时加入物质的物质的量不同，而达到化学平衡时，质的量不同，而达到化学平衡时，同种物质同种物质的百分含量相同，的百分含量相同，这样的平衡称这样的平衡称互称互称为等效为等效平衡。平衡。概念的理解：概念的理解：（1）相同的条件：通常指：同）相同的条件：通常指：同T同同V，同，同T同同P（2）相同的平衡状态：通常是指平衡时混合物各组分的百分含）相同的平衡状态：通常是指平衡时混合物各组分的百分含量（指质量、体积、物质的量等）相同，但各组分的物质的量、量（指质量、体积、物质的量等）相同，但各组分的物质的量、浓度可能不同。浓度可能不同。（3）建立平衡）

12、建立平衡 状态的途径：状态的途径：可加入反应物，从正反应方向开始可加入反应物，从正反应方向开始可加入生成物，从逆反应方向开始可加入生成物，从逆反应方向开始也可从加入反应物和生成物，从正、逆反也可从加入反应物和生成物，从正、逆反应方向同时开始应方向同时开始等效平衡的分类和判断方法等效平衡的分类和判断方法1 1、恒温、恒容恒温、恒容条件下的等效平衡条件下的等效平衡 判断方法：判断方法：（1 1）对于）对于反应前后气体计量数不等反应前后气体计量数不等的可逆反应的可逆反应特点：特点：两次平衡时各组分百分含量、两次平衡时各组分百分含量、n n、c c均相同均相同一边倒一边倒“全等平衡全等平衡”标志：标志

13、：极值等极值等n n投料投料1(mol)2SO2(g) + O2(g) 2SO3 (g) 2 1 0恒温恒容恒温恒容时，在时，在1L的密闭容器中的密闭容器中投料投料2(mol) 0 0 2投料投料3(mol) 1 0.5 投料投料4(mol) a b c 1 例例1、在一个、在一个1L的密闭容器中，加入的密闭容器中，加入2molA和和1molB ，发，发生下述反应：生下述反应： 达到平衡时，达到平衡时，C的浓度为的浓度为1.2mol/L , C的体积分数为的体积分数为a% 。（1）维持容器的体积和温度不变，按下列配比作为起始）维持容器的体积和温度不变，按下列配比作为起始物质，达到平衡后，物质，

14、达到平衡后，C的浓度仍是的浓度仍是1.2mol/L的是（的是（ ）A、3mol C+1mol D B、1mol A+0.5mol B+1.5mol C+0.5mol DC、1mol A+0.5mol B+1.5mol C D、4mol A+2mol B2A（气）B（气） 3C（气）D（气）A、B（2）恒温恒容恒温恒容下，对于反应前后下，对于反应前后气体计量数相等气体计量数相等的可逆的可逆反应反应特点：特点：两次平衡时各组分百分含量相同，两次平衡时各组分百分含量相同，n、c同同比例变化比例变化判断方法：判断方法：“等比例平衡等比例平衡”一边倒一边倒极值等比极值等比标志：标志：例例2、在一个固定体

15、积的密闭容器中，保持一定温度，、在一个固定体积的密闭容器中，保持一定温度，进行以下反应，进行以下反应，H2(气气)+Br2(气气) 2HBr(气气)，已知加，已知加入入1mol H2和和2molBr2时，达到平衡后生成时，达到平衡后生成amolHBr(见见下表已知项下表已知项)，在相同条件下，且保持平衡时各组分的，在相同条件下，且保持平衡时各组分的百分含量不变，对下列编号（百分含量不变，对下列编号（1）（）（3）的状态，填）的状态，填写表中空白：写表中空白：2a00.52(n-2m)(n-m)a例例3、在一固定容积的密闭容器中充入、在一固定容积的密闭容器中充入2molA和和1molB，发生反应

16、：，发生反应：2A(气气)+B(气气) xC(气气),达到平衡后，达到平衡后，C的体积分数为的体积分数为W%。若维持容器体积和温。若维持容器体积和温度不变，按度不变，按0.6molA、0.3molB和和1.4molC为起始物质，达到平衡后，为起始物质，达到平衡后，C的体积分数的体积分数仍为仍为W%，则，则x值为（值为（ ） A、1 B、2 C、3 D、4B C2、恒温、恒压恒温、恒压条件下的等效平衡条件下的等效平衡 特点：特点：两次平衡时各组分百分含量、两次平衡时各组分百分含量、 c 相同，相同，n同同比例变化比例变化判断方法：判断方法：若改变起始加入情况，只要通过可逆反应的若改变起始加入情况，只要通过可逆反应的化学计量数比换算成平衡式左右两边同一边化学计量数比换算成平衡式左右两边同一边物质的物质的量之比相同即物质的物质的量之比相同即“相当相当”，则两，则两平衡等效。平衡等效。也为也为“等比例平衡等比例平衡”投料投料1(mol)2SO2(g) + O2(g) 2SO3 (g) 4 3.5 0恒温恒容恒温恒容时，在时，在1L的密闭容器中的密闭容器中投料投料2(mol) 8 7 0投料投料3(mol) 3投料投料4(mol) a b c 1 2例例4、温度压强不变时，将温度压强不变时，