工業(yè)合成氨條件的選擇（經(jīng)驗分析）

1、1聽風C學堂復(fù)習復(fù)習影響化學反應(yīng)速率和化學平衡影響化學反應(yīng)速率和化學平衡的重要因素有哪些的重要因素有哪些? 化學反應(yīng)速率化學反應(yīng)速率 化學平衡化學平衡 溫度溫度氣體壓強氣體壓強催化劑催化劑濃度濃度溫度越高溫度越高,反應(yīng)速反應(yīng)速率越大率越大壓強越大壓強越大,反應(yīng)速反應(yīng)速率越大率越大正催化劑加快反應(yīng)正催化劑加快反應(yīng)速率速率反應(yīng)物濃度越大反應(yīng)物濃度越大,反反應(yīng)速率越大應(yīng)速率越大升高溫度升高溫度,平衡向吸平衡向吸熱方向移動熱方向移動增大壓強增大壓強,平衡向氣態(tài)物平衡向氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的方向移動質(zhì)系數(shù)減小的方向移動催化劑對平衡無影響催化劑對平衡無影響增大反應(yīng)物濃度增大反應(yīng)物濃度,平平衡正向移動衡正向移動

2、2聽風C學堂 弗里茨弗里茨哈伯哈伯將空氣變?yōu)槊姘鼘⒖諝庾優(yōu)槊姘?聽風C學堂一一 反應(yīng)的自發(fā)性反應(yīng)的自發(fā)性合成氨反應(yīng)是一個可逆反應(yīng)合成氨反應(yīng)是一個可逆反應(yīng): N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)已知已知298K時時: H= -92.2KJmol-1 S = -198.2JK-1mol-14聽風C學堂合成氨反應(yīng)有哪些特點？合成氨反應(yīng)有哪些特點？請利用請利用化學平衡移動化學平衡移動的知識分析什么的知識分析什么條件有利于氨的合成？條件有利于氨的合成？N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H -92.2kJ/mol(1體積體積) (3體積體積) (2體積體積)思考？思考？5聽風C學堂T、P對合對

3、合成氨成氨的影的影響響二二 化學平衡的移動化學平衡的移動6聽風C學堂NH3%1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 0.60.50.40.30.20.1n(N2):n(H2)N2、H2物質(zhì)的量比對產(chǎn)率的影響物質(zhì)的量比對產(chǎn)率的影響7聽風C學堂1、你認為可以通過控制哪些反應(yīng)條件、你認為可以通過控制哪些反應(yīng)條件來提高合成氨反應(yīng)的來提高合成氨反應(yīng)的速率速率？ 升高溫升高溫度度 增大壓增大壓強強 增大反應(yīng)物濃度增大反應(yīng)物濃度 使用催化劑使用催化劑三、三、 化學反應(yīng)速率化學反應(yīng)速率8聽風C學堂2、實驗實驗研究表明研究表明，在特定條件下，在特定條件下，合成氨反應(yīng)的速率與反應(yīng)的物質(zhì)的濃合成氨反應(yīng)的速率

4、與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系為度的關(guān)系為: =C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)請你根據(jù)關(guān)系式分析：各物質(zhì)的請你根據(jù)關(guān)系式分析：各物質(zhì)的濃濃度度對對反反應(yīng)應(yīng)速率速率有哪些影響？可以采有哪些影響？可以采取哪些措施來提高反應(yīng)取哪些措施來提高反應(yīng)速率速率？ 增大增大N2H2濃度濃度,將氨及時從將氨及時從 混合氣中分離出去混合氣中分離出去9聽風C學堂催化劑對合成氨反應(yīng)速率的影響條件條件 E /KJ/molK(催催)/K(無無)無催化劑無催化劑3353.41012(500)使用使用Fe催化劑催化劑167 使用催化劑可使合成氨反應(yīng)使用催化劑可使合成氨反應(yīng) 的速率提高的速率提高上萬億倍上萬億倍。3.分析

5、催化劑對速率的影響分析催化劑對速率的影響10聽風C學堂生成生成物氨的濃度物氨的濃度反應(yīng)物的濃度反應(yīng)物的濃度催化劑催化劑溫度溫度壓強壓強速率分析速率分析使使NH3生產(chǎn)得生產(chǎn)得快快外界條件外界條件高壓高壓高溫高溫使用使用增大濃度增大濃度減小濃度減小濃度平衡分析平衡分析使使NH3生產(chǎn)得生產(chǎn)得多多高壓高壓低溫低溫無影響無影響增大濃度增大濃度減小濃度減小濃度11聽風C學堂合成氨的反應(yīng)合成氨的反應(yīng)正反應(yīng)為正反應(yīng)為放熱反應(yīng)放熱反應(yīng) 分析角度分析角度反應(yīng)條件反應(yīng)條件使合成氨的速使合成氨的速率快率快使平衡混合物使平衡混合物中氨的含量高中氨的含量高壓強壓強溫度溫度催化劑催化劑高壓高壓高壓高壓高溫高溫低溫低溫 使用

6、使用不影響不影響一致一致矛盾矛盾12聽風C學堂 1 1、壓強怎么選？、壓強怎么選？ 合成氨反應(yīng)是氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的氣合成氨反應(yīng)是氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的氣體反應(yīng)，體反應(yīng)，增大增大壓強既可以壓強既可以增大增大反應(yīng)速率，又能反應(yīng)速率，又能使使平衡正向平衡正向移動，所以理論上壓強越大越好。移動，所以理論上壓強越大越好。 但是壓強越大，對但是壓強越大，對設(shè)備設(shè)備的要求高、壓縮的要求高、壓縮H H2 2和和N N2 2所需要的所需要的動力動力大，因此選擇壓強應(yīng)符合大，因此選擇壓強應(yīng)符合實際科學技術(shù)。實際科學技術(shù)。 綜合以上兩點綜合以上兩點: :根據(jù)反應(yīng)器可使用的根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標來選擇壓強鋼

7、材質(zhì)量及綜合指標來選擇壓強。（閱讀課本（閱讀課本55-56頁）頁）13聽風C學堂 2 2、溫度怎么選擇？、溫度怎么選擇？因為正反應(yīng)方向是放熱的反應(yīng)，所以因為正反應(yīng)方向是放熱的反應(yīng)，所以降低降低溫度溫度有利于平衡有利于平衡正向正向移動。移動。 可是溫度越低，可是溫度越低，反應(yīng)速率越小反應(yīng)速率越小，達到平衡所需，達到平衡所需要的時間越要的時間越長長，因此溫度也不宜太低。，因此溫度也不宜太低。催化劑催化劑要在一定溫度下催化要在一定溫度下催化活性活性最大。最大。 綜合以上因素綜合以上因素: :實際生產(chǎn)中溫度一般選擇在實際生產(chǎn)中溫度一般選擇在500500左右（主要考慮催化劑的活性）。左右（主要考慮催化劑

8、的活性）。（閱讀課本（閱讀課本55-56頁）頁）14聽風C學堂 3 3、使用催化劑？、使用催化劑？ 實際生產(chǎn)中實際生產(chǎn)中選用選用鐵鐵為主體的多成分催化劑為主體的多成分催化劑（鐵觸媒），它在（鐵觸媒），它在500500時活性最高。時活性最高。 經(jīng)濟效益經(jīng)濟效益和和社會效益社會效益要求化學反應(yīng)速度要要求化學反應(yīng)速度要快快，原料的利用率要，原料的利用率要高高，單位時間的產(chǎn)量要，單位時間的產(chǎn)量要高高。（閱讀課本（閱讀課本55-56頁）頁）15聽風C學堂 4 4、濃度怎么定？、濃度怎么定？ N N2 2 和和H H2 2的比例怎么定？的比例怎么定？ 增大增大反應(yīng)物的濃度可以反應(yīng)物的濃度可以增大增大反應(yīng)速

9、率，反應(yīng)速率，減小減小生成物的濃度可以使平衡生成物的濃度可以使平衡正向正向移動。從化學平衡移動。從化學平衡的角度分析，在氮氣和氫氣的物質(zhì)的量比為的角度分析，在氮氣和氫氣的物質(zhì)的量比為1 1：3 3時，時，平衡轉(zhuǎn)化率最大平衡轉(zhuǎn)化率最大，但是實驗測得適當提高，但是實驗測得適當提高N N2 2的的濃度，即濃度，即N N2 2和和H H2 2的物質(zhì)的量比為的物質(zhì)的量比為1 1：2.82.8時，更能促時，更能促進氨的合成。進氨的合成。 實際生產(chǎn)中的處理方法實際生產(chǎn)中的處理方法：及時將氣態(tài)氨冷卻液及時將氣態(tài)氨冷卻液化化分離分離出去；及時將氮氣和氫氣出去；及時將氮氣和氫氣循環(huán)循環(huán)利用，使其保持利用，使其保持

10、一定的濃度。一定的濃度。（閱讀課本（閱讀課本55-56頁）頁）16聽風C學堂達到平衡時平衡混合物中達到平衡時平衡混合物中NHNH3 3的含量的含量（體積分數(shù)（體積分數(shù) V(N V(N2 2):V(H):V(H2 2)=1:3 )=1:3 0.10.1101020203030606010010020020015.315.381.581.586.486.489.989.995.495.498.898.83003002.22.252.052.064.264.271.071.084.284.292.692.64004000.40.425.125.138.238.247.047.065.265.279.

11、879.85005000.10.110.610.619.119.126.426.442.242.257.557.56006000.050.054.54.59.19.113.813.823.123.131.431.4壓強壓強/ /MPaMPaNHNH3 3含含 量量/%/%溫度溫度/ /溫度升高，氨的含量降低溫度升高，氨的含量降低壓強增大，氨的含量增大壓強增大，氨的含量增大17聽風C學堂外部條件外部條件工業(yè)合成氨的適宜條件工業(yè)合成氨的適宜條件壓強壓強溫度溫度催化劑催化劑濃度濃度研討的結(jié)果根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標來選擇壓強綜合指標來選擇壓強 適宜溫度適宜溫度

12、 500左右左右使用鐵觸媒作催化劑使用鐵觸媒作催化劑N2和和H2的物質(zhì)的量比為的物質(zhì)的量比為1：2.8的投的投料比料比, 氨及時從混合氣中分離出去氨及時從混合氣中分離出去18聽風C學堂 一般一般使用催化劑使用催化劑：這樣可以大大加快化學反：這樣可以大大加快化學反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟效益；應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟效益； 選擇選擇合適的溫度合適的溫度：該溫度是催化劑活性最大：該溫度是催化劑活性最大的溫度；的溫度； 選擇選擇合適的壓強合適的壓強：既要考慮化學反應(yīng)速率和：既要考慮化學反應(yīng)速率和化學平衡，還要考慮動力、材料、設(shè)備等。化學平衡，還要考慮動力、材料、設(shè)備等。 【小結(jié)小

13、結(jié)反思反思】工業(yè)上利用某可逆反應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品：工業(yè)上利用某可逆反應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品：19聽風C學堂20聽風C學堂 0.10.1101020203030606010010020020015.315.3 81.581.586.486.489.989.995.495.4 98.898.83003002.22.252.052.064.264.271.071.084.284.2 92.692.64004000.40.425.125.138.238.247.047.065.265.2 79.879.85005000.10.110.610.619.119.126.426.442.242.2 57.557.56006000.050.054.54.59.19.113.813.823.123.1 31.431.4壓強/MPaNH3含 量/%溫度/即使在即使在500500和和30MPa30MPa時，合成氨平衡混時，合成氨平衡混合物中合物中NHNH3 3的體積分數(shù)也只有的體積分數(shù)也只有26.4%26.4%，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)化率仍不夠大，還