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1、,化学反应条件的优 -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,影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些?,温度越高,反应速率越大,压强越大,反应速率越大,正催化剂加快反应速率,反应物浓度越大,反应速率越大,升高温度,平衡向吸热方向移动,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,增大反应物浓度,平衡正向移动,【交流研讨】,合成氨反应是一个
2、可逆反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),已知298K时: H= -92.2KJmol-1 S = -198.2JK-1mol-1 请根据正反应的焓变和熵变分析298K下 合成氨反应能否自发进行？,298K下合成氨反应的平衡常数K为.（molL-1)-2,书P65,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-1,一、合成氨反应的限度,【交流研讨】,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,书
3、P65,_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。,增大,降低,1：3,二、合成氨反应的速率,【交流研讨】,1、你认为可以通过控制那些反应条件来提高合成氨反应的速率？,2、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:, =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速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？,书P66,3、请你根据下表所给的数据分析催化剂对合成氨反应速率的影响：,催化剂对合成氨反应速率的影响,1.升高温度 2.增大压强 3.增大反应物浓度 4.使用催化剂
4、,5.增大N2H2浓度,将氨及时从混合气中分离出去,使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。,合成氨的适宜条件的选择,生成物氨的浓度,反应物的浓度,催化剂,温度,压强,速率分析,使NH3生产得快,外界条件,高压,高温,使用,增大浓度,减小浓度,平衡分析,使NH3生产得多,高压,低温,无影响,增大浓度,减小浓度,【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
5、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
6、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
7、保持一定的浓度。即N2和H2的物质的量比为1：2.8,（阅读书本67页）,研讨的结果,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,【总结】,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】,例题 ： 能使合成氨反应进行程度增大的方法是（ ） A、升高温度 B 、降低压强 C、
8、使用催化剂 D 、及时分离出氨气,D,1在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列变化过程不能使平衡向右移动的是（ ） （A）不断将NH3分离出来 （B）使用催化剂 （C）采用700K左右的高温 （D）采用21075107Pa的压强,练一练：,BC,2、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,BC,3、在合成氨反应中，入口气体体 积比 N2:H2:NH3 为6:18:1，出口 气体体积比为9:27:8，
9、则H2的转 化率为_。,25%,4、在合成氨时，可以提高H2转化率的措施是（ ） (A)延长反应时间 (B)充入过量H2 (C)充入过量N2 (D)升高温度,C,5、关于氨的合成工业的下列说法正确的是 （ ） (A)从合成塔出来的气体，其中氨一般占15%，所以生产氨的工业的效率都很低 (B)由于NH3易液化，N2、H2可循环使用，则总的说来氨的产率很高 (C)合成氨工业的反应温度控制在500 左右，目的是使平衡向正反应方向进行 (D)合成氨工业采用20 MPa - 50MPa ，是因该条件下催化剂的活性最好,B,6.下列反应达到平衡时，哪种条件下生成物的含量最高：X2(g)+2Y2 (g) X
10、2Y4 (g) （正反应为放热反应）( ) A.高温 高压 B.低温 低压 C.高温 低压 D.高压 低温,D,7.对于反应: 2SO2(g)+O2 (g) 2SO3 (g) 下列判断正确的是( ) A.2体积SO2和足量O2反应,必定生成2体积SO3 B.其他条件不变,增大压强,平衡向右移动 C.平衡时, SO2消耗速率必定等于O2的生成速率 的两倍 D.平衡时, SO2浓度必定等于O2浓度的两倍.,BC,8.在一定条件下,合成氨反应达到平衡后,混合 气体中NH3的体积占25%,若反应前后条件保持 不变,则反应后缩小的气体体积与原反应物体 积的之比是( ) A B C D,A,(1) 应选用的温度是_。,应采用的压强是_，理由是_ _。,450,常压,