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    2018年高中化学第2章化学反应的方向、限度与速率2.4化学反应条件的优化——工业合成氨课件13鲁科版选修4.ppt

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    2018年高中化学第2章化学反应的方向、限度与速率2.4化学反应条件的优化——工业合成氨课件13鲁科版选修4.ppt

    1、化学反应条件的优化-工业合成氨,化学热力学,化学动力学,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,一 . 合成氨反应1. 合成氨反应的特点:,可逆反应,正反应气态物质系数减小,正反应是放热反应,熵减小的反应,N2(g)+ 3H2(g) 2NH3(g) H -92.2kJ/mol (1体积) (3体积) (2体积) S = -198.2JK-1mol-1,2.合成氨条件的选择 1)合成氨反应的限度_

    2、 温度、_ 压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动,N2、H2体积比为_时平衡混合物中氨的含量最高。 2)合成氨反应的速率实验研究表明,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:,降低,增大,1:3, =C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3),.增大N2、H2浓度,将氨及时从混合物中分离出去 .增大压强 .升高温度 .使用催化剂,二.合成氨的适宜条件,使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。,【交流研讨】,1、既然增大压强既可提高反应速率,又可提高氨的产量,那么在合成氨工业中压强是否越大越好?,压强怎么定?,2、既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动,那么生产中是否温度

    3、越低越好?,3 、催化剂对化学平衡的移动没有影响, 在合成氨工业中要不要使用催化剂,为什么?,温度怎么选择?,要不要用催化剂?,1、压强怎么选?,分析:合成氨反应是气态物质系数减小的气体反应,增大压强既可以增大反应速率,又能使平衡正向移动,所以理论上压强越大越好。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200500大气压之间。,2、温度怎么选择?,分析:因为正反应方向是放热的反应,所以降低温度有利于平衡正向移动。,可是温度越低,反应速率越小,达到平衡所需要

    4、的时间越长,因此温度也不宜太低。,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应速度要快, 原料的利用率要高,单位时间的产量要高。,4、浓度怎么定? N2 和H2的比例怎么定?,增大反应物的浓度可以增大反应速率,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1:2.8时,更能促进

    5、氨的合成。,实际生产中的处理方法: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,使其保持一定的浓度。即N2和H2的物质的量比为1:2.8,【总结】 合成氨的适宜条件,根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强,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1:2.8的投料比, 氨及时从混合气中分离出去,练一练 1.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,2. 合成氨工业中,除了采用高压,加入催化剂外,还要把温度提高到700K左右,其原因和目的是( )A 提高氢气的转化率 B提高氨的产率C适当提高氨的合成速率D催化剂在700K左右时活性最大,工业上利用某可逆反应生产产品:一般要使用催化剂: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;选择合适的温度:该温度是催化剂活性最大的温度;选择合适的压强: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。,【小结反思】,【总结】,谢谢各位,再见!,


    注意事项

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