《化學反應(yīng)條件的優(yōu)化-工業(yè)合成氨》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《化學反應(yīng)條件的優(yōu)化-工業(yè)合成氨（34頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、化學反應(yīng)條件的優(yōu) 化 工業(yè)合成氨 教學目標 ： 了解如何應(yīng)用化學反應(yīng)速率和化學平衡原理分 析合成氨的適宜條件 了解應(yīng)用化學反應(yīng)原理分析化工生產(chǎn)條件的思 路和方法，體驗實際生產(chǎn)的選擇與理論分析的 差異 ; 通過對合成氨適宜條件的分析，認識化學反應(yīng) 速率和化學平衡的調(diào)控在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作 用。 教學重點、難點： 應(yīng)用化學反應(yīng)速率和化學平衡原理選擇合成氨 的適宜條件 閱讀資料 19世紀以前，一些有遠見的化學家指出：考 慮到將來的糧食問題，為了使子孫后代免于饑餓， 我們必須寄希望于科學家能實現(xiàn)大氣固氮。因此 將空氣中豐富的氮固定下來并轉(zhuǎn)化為可被利用的 形式，在 20世紀初成為一項受到眾多科學家注目
2、和關(guān)切的重大課題。德國化學家哈伯就是從事合 成氨的工藝條件試驗和理論研究的化學家之一 , 他終于在 1913年實現(xiàn)了合成氨的工業(yè)生產(chǎn)，滿足 了 20世紀人口由 30億增至 60億對糧食的需求，因 此人們贊揚哈伯是 “ 用空氣制造面包的圣人 ” 。 利用氮、氫為原料合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)曾是一 個較難的課題，從第一次實驗室研制到工業(yè)化投 產(chǎn)，約經(jīng)歷了 150年的時間。 化學反應(yīng) N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)看起來十分的簡單， 為什么合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)會經(jīng)歷如此漫長的過 程？合成氨工廠為什么需要那么龐大而復雜的生 產(chǎn)設(shè)備和特殊的生產(chǎn)條件？ 要實現(xiàn)合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)，必須從化 學熱力學和化學
3、動力學兩個方面選擇合 成氨的反應(yīng)條件 化學反應(yīng) 的方向 化學反應(yīng) 的限度 化學反應(yīng) 的速率 合成氨反 應(yīng)能否自 發(fā)進行 怎樣能促 使化學平 衡向合成 氨方向移 動 怎樣能 提高合 成氨反 應(yīng)速率 適 宜 的 合 成 氨 條 件 工 藝 流 程 化學工藝學 高壓對設(shè)備材質(zhì)、 加工制造的要求、溫度 的催化劑活性的影響等 合成氨反應(yīng)的特點： 可逆反應(yīng) 正反應(yīng)氣體體積縮小 正反應(yīng)是放熱反應(yīng) 熵減小的反應(yīng) N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H -92.4kJ/mol (1體積 ) (3體積 ) (2體積 ) 不同條件下平衡混合氣中氨的含量 (體積分數(shù) ) (原料其中 N2和 H2的體積比是 1:
4、3 ) 31.4 57.5 79.8 92.6 98.8 1 108 Pa 23.1 42.2 65.2 84.2 95.4 6 107 Pa 9.1 19.1 38.2 64.2 86.4 2 107 Pa 4.5 10.6 25.1 52.0 81.5 1 107 Pa 13.8 26.4 47.0 71.0 89.9 3 107 Pa 0.05 0.1 0.4 2.2 15.3 1 105 Pa 4000C 6000C 5000C 3000C 2000C 壓 強 氨 含 量 溫 度 討論： 能否用過量氮氣提高氫氣轉(zhuǎn) 化率？工業(yè)合成氨是否采用此方法？ 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5
5、 1:6 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 NH3% N2:H2 使氨生產(chǎn)快 （速率分析） 使氨生成多 (平衡分析） 壓強 溫度 催化 劑 高壓 高溫 使用 高壓 低溫 不影響 選擇適宜生產(chǎn)條件的原則： (1)既要注意外界條件對二者影響一 致性 ,又要注意對二者影響的矛盾性。 (2)既要注意溫度、催化劑對速率影 響的一致性 ,又要注意催化劑的活性 對溫度的限制。 (3)既要注意理論上的需要 ,又要注意 實際可能性。 適宜條件 : (速率較快 ,轉(zhuǎn)化率適中催化劑活性最大 ) 溫度 : 700K 壓強 : 2 10 5 10 Pa（ 200 500atm） 7 7 (有利于氨的合成
6、,對動力、材料強度、 設(shè)備制造要求適中 ) 催化劑：鐵觸媒 (以鐵為主體的多成分催化劑 ) 使反應(yīng)物在較低溫度下較快的進行反應(yīng)。 濃度：將生成的氨及時從混合氣中分離出來， 且向循環(huán)氣中不斷補充 N2、 H2（ 1:2.8)。 例 1 、能使合成氨反應(yīng)進行程度增大的方 法是（ ） A、升高溫度 B 、降低壓強 C、使用催化劑 D 、及時分離出氨氣 D 例 2、一定溫度下，向一個容積為 2升的事先加 入催化劑的真空密閉容器中通入 1molN2和 3molH2， 3min后測得容器的壓強是起始壓強 的 0.9倍，在此時間內(nèi)，用 H2的量的變化來表 示該反應(yīng)的平均速率是（ ） A、 0.2 mol.L
7、-1.min-1 B 、 0.6 mol.L- 1.min-1 C、 0.1 mol.L-1.min-1 D、 0.3 mol.L- 1.min-1 C 二、合成氨工業(yè)簡述： 1、主要流程： 原料氣制取 凈化 壓縮 合成 分離 液氨 2、 原料氣制?。?空氣 壓縮 碳 液態(tài)空氣 N2(先逸出 ) 物理方法 蒸發(fā) CO2(+N2) N2 化學方法 分離出 CO2 制氮氣 : （造氣） （ 凈化） （合成氨） 制氫氣 : 水蒸氣 CO+H2 CO2+H2 H2 熾熱碳 H2O(氣 ) 分離出 CO2 C(S)+H2O(g) CO(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)
8、 我國合成氨工業(yè)的發(fā)展情況： 解放前我國只有兩家規(guī)模不大的合成氨廠； 1949年全國氮肥產(chǎn)量僅 0.6萬噸； 1982年達到 1021.9萬噸，成為世界上產(chǎn)量最 高的國家之一。 1在合成氨工業(yè)中，為增加 NH3的日產(chǎn)量，下列變 化過程不能使平衡向右移動的是（ ） （ A）不斷將 NH3分離出來 （ B）使用催化劑 （ C）采用 700K左右的高溫 （ D）采用 2 107 5 107Pa的壓強 練一練： BC 2、合成氨所需的 H2可由煤和水蒸氣反應(yīng) 而制得，其中一步的反應(yīng)為： CO(g)+H2O（ g） CO2(g)+H2(g)（正反應(yīng)放 熱），下列措施中，能提高 CO轉(zhuǎn)化率的 是（ ） A
9、、增大壓強 B、降低溫度 C、增大水蒸氣濃度 D、增大 CO濃度 練一練： BC 3、在合成氨反應(yīng)中，入口氣體體 積比 N2:H2:NH3 為 6:18:1，出口 氣體體積比為 9:27:8，則 H2的轉(zhuǎn) 化率為 ________。 25% N2+3H2 2NH3 起始 6 18 1 變化 X 3X 2X 6-X : 1+2X=9:8 X=1.5 H2轉(zhuǎn)化率 = 100%=25% 1.5 3 18 練一練 ： 4、在合成氨時，可以提高 H2轉(zhuǎn)化率的措施是（ ） (A)延長反應(yīng)時間 (B)充入過量 H2 (C)充入 過量 N2 (D)升高溫度 C 5、關(guān)于氨的合成工業(yè)的下列說法正確的是 （ ）
10、(A)從合成塔出來的氣體，其中氨一般占 15%，所 以生產(chǎn)氨的工業(yè)的效率都很低 (B)由于 NH3易液化， N2、 H2可循環(huán)使用，則總的說 來氨的產(chǎn)率很高 (C)合成 氨工業(yè)的反應(yīng)溫度控制在 500 左右，目 的是使平衡向正反應(yīng)方向進行 (D)合成 氨工業(yè)采用 20 MPa - 50MPa ，是因該條 件下催化劑的活性最好 B 6、在一定條件下，將 N2和 H2的混和氣體通入固定容積的 密閉容器中進行合成氨反應(yīng)： N2+3H2 2NH3 (正 反應(yīng)為放熱反應(yīng) ) 下列圖像表示正確的是： （ ） A C (A) (B) (C) (D) 7.下列反應(yīng)達到平衡時，哪種條件下生成物 的含量最高： X
11、2(g)+2Y2 (g) X2Y4 (g) （正反應(yīng)為放熱反應(yīng)） ( ) A.高溫 高壓 B.低溫 低壓 C.高溫 低壓 D.高壓 低溫 D 8.對于反應(yīng) : 2SO2(g)+O2 (g) 2SO3 (g) 下列判斷正確的是 ( ) A.2體積 SO2和足量 O2反應(yīng) ,必定生成 2體積 SO3 B.其他條件不變 ,增大壓強 ,平衡向右移動 C.平衡時 , SO2消耗速率必定等于 O2的生成速率 的兩倍 D.平衡時 , SO2濃度必定等于 O2濃度的兩倍 . BC 9.在一定條件下 ,合成氨反應(yīng)達到平衡后 ,混合 氣體中 NH3的體積占 25%,若反應(yīng)前后條件保持 不變 ,則反應(yīng)后縮小的氣體體積與原反應(yīng)物體 積的之比是 ( ) A B C D 5 1 41 31 21 A
化學反應(yīng)條件的優(yōu)化-工業(yè)合成氨
