24-化学反应条件的优化工业合成氨高二化学课件鲁科版选修化学反应原理

第四节化学反响条件的优化——工业合成氨复习影响化学反响速率和化学平衡的重要因素有哪些?

化学反应速率

化学平衡

温度气体压强催化剂浓度温度越高,反响速率越大有气体参加的反响，压强越大,反响速率越大。正催化剂加快反响速率反响物浓度越大,反响速率越大升高温度,平衡向吸热方向移动有气体参加的反响，增大压强,平衡向气态物质系数减小的方向移动催化剂对平衡无影响增大反响物浓度,平衡正向移动合成氨反响有哪些特点？①可逆反响③正反响气态物质系数减小④正反响是放热反响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？②熵减小的反响N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H

＝-(1体积)(3体积)(2体积)【交流·研讨】合成氨反响是一个可逆反响:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)298K时:△H=-92.2KJ·mol-1；△S=-198.2J·K-1·mol-1请根据正反响的焓变和熵变分析:298K下合成氨反响能否自发进行？科学家计算知：298K下合成氨反响的平衡常数K为４.１×１０６〔mol·L-1)-2；说明合成氨反响在298K是进行得很完全。△H-T△S=-92200J·mol-1+298K×198.2J·K-1·mol-1·mol-1<0所以能自发进行。思考：为什么合成氨工业需要复杂设备来进行生产？

温度、___压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动；在一定温度、压强下，N2、H2体积比为

时平衡混合物中氨的含量最高。增大降低1：3一、合成氨反响的限度N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H

＝-(1体积)(3体积)(2体积)思考：你认为可以通过控制那些反响条件来提高合成氨反响的速率？

升高温度

1、提高合成氨反响的速率的方法【交流·研讨】增大压强增大反响物浓度使用催化剂【交流·研讨】思考：实验研究说明，在特定条件下，合成氨反响的速率与反响的物质的浓度的关系为:ν=κC(N2)C(H2)C-1(NH3)请你根据关系式分析：各物质的浓度对反响速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反响速率？结论：增大N2、H2浓度,将NH3及时从混合气中别离出去。思考：请你根据下表所给的数据分析催化剂对合成氨反响速率的影响：表2-4-1催化剂对合成氨反响速率的影响条件△E/KJ/molk(催)/k(无)无催化剂3353.4×1012(700k)使用Fe催化剂167结论：使用催化剂降低了反响活化能，可使合成氨反响的速率提高上万亿倍。【交流·研讨】高温高压增大N2、H2浓度,将NH3及时从混合气中别离出去。使用催化剂二、合成氨反响的速率外界条件使NH3生产得快使NH3生产得多速率分析平衡分析压强温度催化剂反应物的浓度生成物氨的浓度高压高压高温低温使用无影响增大浓度增大浓度减小浓度减小浓度思考：从反响速率和平衡移动的角度分析合成氨的适宜条件的选择:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)【交流·研讨】1、压强怎么选？分析：①合成氨反响是气态物质系数减小的气体反响，增大压强既可以增大反响速率，又能使平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。②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:根据反响器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。大致分为：低压：〔1×107Pa)中压：〔2×107Pa~3×107Pa〕高压：〔2×107Pa~3×107Pa〕

2、温度怎么选择？分析：①因为正反响方向是放热的反响，所以降低温度有利于平衡正向移动。②可是温度越低，反响速率越小，到达平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。③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响速度要快，原料的利用率要高，单位时间的产量要高。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？1:11:21:31:41:51:60.60.50.40.30.20.1NH3%N2:H2

4、浓度怎么定？N2

和H2的比例怎么定？增大反响物的浓度可以增大反响速率，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：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别离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使其保持一定的浓度。〔阅读课本67-68页〕外部条件工业合成氨的适宜条件压强温度催化剂浓度三、合成氨的适宜条件根据反响器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强，常用中压。

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：的投料比,氨及时从混合气中别离出去一般要使用催化剂：这样可以大大加快化学反响速率，提高生产效率，也提高了经济效益；选择适宜的温度：该温度是催化剂活性最大的温度；选择适宜的压强：既要考虑化学反响速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。

【小结·反思】工业上利用某可逆反响生产产品：已知2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)△H＜0其实验数据见表(1)应选用的温度是______。应采用的压强是______，理由是____________________________________________________________________________________________450℃常压因为常压下SO2的转化率已经很高，若采用较大压强，SO2的转化率提高很少，但需要的动力更大，对设备的要求更高。【迁移应用】1.氨的合成反响，生产中采用的适宜条件是〔〕。A、低温、高压、适当的催化剂B、高温、常压C、尽可能高温、高压D、适当的温度、适当的高压、适宜催化剂D【课堂练习】2.合成氨中，原料气〔N2、H2及少量的CO、NH3混合气〕在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜溶液来吸收原料气中的CO，其反响是：〔1〕醋酸二氨合铜吸收CO的生产适宜条件应是__________。〔T、P〕〔2〕吸收CO后的醋酸铜氨液经过