高一化學工業(yè)合成氨ppt課件

1、化學反應條件的優(yōu)化學反應條件的優(yōu)-工業(yè)合成氨工業(yè)合成氨1化學熱化學熱力學力學化學動化學動力學力學化學反應化學反應的方向的方向化學反應化學反應的限度的限度化學反應化學反應的速率的速率合成氨反合成氨反應能否自應能否自發(fā)進行發(fā)進行？怎樣能促怎樣能促使化學平使化學平衡向合成衡向合成氨方向移氨方向移動動？怎樣能提怎樣能提高合成氨高合成氨反應速率反應速率？適宜的合成氨條件適宜的合成氨條件工藝流程工藝流程化學工藝學高壓對設備材質、加工制造的要求、溫度的催化劑活性的影響等2復習復習影響化學反應速率和化學平衡影響化學反應速率和化學平衡的重要因素有哪些的重要因素有哪些? 化學反應速率化學反應速率 化學平衡化學平衡

2、 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,反應速反應速率越大率越大壓強越大壓強越大,反應速反應速率越大率越大正催化劑加快反應正催化劑加快反應速率速率反應物濃度越大反應物濃度越大,反反應速率越大應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)物質系數(shù)減小的方向移動質系數(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物濃度增大反應物濃度,平平衡正向移動衡正向移動3【交流交流研討研討】合成氨反應是一個可逆反應合成氨反應是一個可逆反應: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)已知已知298K時時: H= -92

3、.2KJmol-1 S = -198.2JK-1mol-1請根據(jù)正反應的焓變和熵變分析請根據(jù)正反應的焓變和熵變分析298K下下合成氨反應能否自發(fā)進行？合成氨反應能否自發(fā)進行？298K下合成氨反應的平衡常數(shù)下合成氨反應的平衡常數(shù)K為為.（molL-1)-2書書P65 P65 4合成氨反應的特點：合成氨反應的特點：可逆反應可逆反應正反應正反應氣態(tài)物質系數(shù)減小氣態(tài)物質系數(shù)減小正反應是放熱反應正反應是放熱反應熵減小的反應熵減小的反應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) S = -198.2JS = -198.2JK-1K-1

4、mol-1mol-15一、合成氨反應的限度一、合成氨反應的限度6【交流交流研討研討】 請利用化學平衡移動的知識分析請利用化學平衡移動的知識分析什么條件有利于氨的合成什么條件有利于氨的合成書書P65 P65 781:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 0.60.50.40.30.20.1NH3%N2:H29_溫度、溫度、_壓壓強有利于化學平衡向強有利于化學平衡向生成氨的方向移動生成氨的方向移動，N2、H2體積體積比為比為_時平衡混合物中氨的含量最高時平衡混合物中氨的含量最高。增大降低1：310二、合成氨反應的速率二、合成氨反應的速率11【交流交流研討研討】1、你認為可以通過控制那些反應條

5、件來、你認為可以通過控制那些反應條件來提高合成氨反應的速率？提高合成氨反應的速率？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，合成氨反應的速率與反應的物質的濃合成氨反應的速率與反應的物質的濃度的關系為度的關系為: =C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)請你根據(jù)關系式分析：各物質的請你根據(jù)關系式分析：各物質的濃濃度度對對反反應速率有哪些影響？可以采應速率有哪些影響？可以采取哪些措施來提高反應速率？取哪些措施來提高反應速率？書書P66 P66 123、請你根據(jù)下表所給的數(shù)據(jù)分析催化、請你根據(jù)下表所給的數(shù)據(jù)分析催化劑對合成氨反應速率的影響：劑對合成氨反應速率的影響：催化劑對合成氨

6、反應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(700k)使用使用Fe催化劑催化劑167131.升高溫升高溫度度2.增大壓增大壓強強3.增大反應物濃度增大反應物濃度4.使用催化劑使用催化劑5.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使用催化劑可使合成氨反應的速率提使用催化劑可使合成氨反應的速率提高高上萬億上萬億倍。倍。14生成生成物氨的濃度物氨的濃度反應物的濃度反應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生產得生產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

7、度減小濃度平衡分析平衡分析使使NH3生產得生產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15 研討的內容研討的內容研討的問題研討的問題 1、既然增大壓強既可提、既然增大壓強既可提高反應速率，又可提高氨高反應速率，又可提高氨的產量，那么在合成氨工的產量，那么在合成氨工業(yè)中壓強是否越大越好？業(yè)中壓強是否越大越好？壓強怎么定？壓強怎么定？2、既然降低溫度有利于、既然降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動平衡向生成氨的方向移動，那么生產中是否溫度越，那么生產中是否溫度越低越好？低越好？3 、催化劑對化學平衡的移動催化劑對化學平衡的移動沒有影響，沒有影響， 在合成氨工業(yè)中在合成氨工

8、業(yè)中要要不要使用催化劑不要使用催化劑，為什么？，為什么？溫度怎么選擇？溫度怎么選擇？要不要用催化要不要用催化劑？劑？16 1 1、壓強怎么選？、壓強怎么選？ 分析：分析： 合成氨反應是氣態(tài)物質系數(shù)減小的氣體合成氨反應是氣態(tài)物質系數(shù)減小的氣體反應，反應，增大增大壓強既可以壓強既可以增大增大反應速率，又能使反應速率，又能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，對設備設備的要求高、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，因此選擇壓強應符合大，因此選擇壓強應符合實際科學技術。實際科學技術。 綜合以上

9、兩點綜合以上兩點: :根據(jù)反應器可使用的鋼材質量及綜根據(jù)反應器可使用的鋼材質量及綜合指標來選擇壓強。實際生產中壓強一般選擇在合指標來選擇壓強。實際生產中壓強一般選擇在200200500500大氣壓大氣壓之間。之間。17 2 2、溫度怎么選擇？、溫度怎么選擇？ 分析：分析： 因為正反應方向是放熱的反應，所以因為正反應方向是放熱的反應，所以降低降低溫溫度有利于平衡度有利于平衡正向正向移動。移動。 可是溫度越低，反應可是溫度越低，反應速率越小速率越小，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

10、性最大。最大。 綜合以上因素綜合以上因素: :實際生產中溫度一般選擇在實際生產中溫度一般選擇在700K700K左右左右（主要考慮催化劑的活性）（主要考慮催化劑的活性）。18 3 3、用不用催化劑？、用不用催化劑？ 實際生產中選用實際生產中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700K700K時活性最高。時活性最高。 分析分析: : 經濟效益經濟效益和和社會效益社會效益要求化學反應速度要要求化學反應速度要快快， 原料的利用率要原料的利用率要高高，單位時間的產量要，單位時間的產量要高高。19 4 4、濃度怎么定？、濃度怎么定？ N N2 2 和和H H2

11、2的比例怎么定？的比例怎么定？ 增大增大反應物的濃度可以反應物的濃度可以增大增大反應速率，反應速率，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的量比為的角度分析，在氮氣和氫氣的物質的量比為1 1：3 3時，平衡時，平衡轉化率最大轉化率最大，但是，但是實驗測得實驗測得適當提高適當提高N N2 2的的濃度，即濃度，即N N2 2和和H H2 2的物質的量比為的物質的量比為1 1：2.82.8時，更能促時，更能促進氨的合成。進氨的合成。 實際生產中的處理方法實際生產中的處理方法：及時將氣態(tài)氨冷卻：及時將氣態(tài)氨冷卻液化分離

12、液化分離出去；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，使利用，使其保持一定的濃度。其保持一定的濃度。即即N N2 2和和H H2 2的物質的量比為的物質的量比為1 1：2.82.8（閱讀書本（閱讀書本67頁）頁）20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果根據(jù)反應器可使用的鋼材質根據(jù)反應器可使用的鋼材質量及綜合指標來選擇壓強量及綜合指標來選擇壓強 適宜溫度適宜溫度 700K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的物質的量比為的物質的量比為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

13、氣中分離出去21【總結總結】22工業(yè)上利用某可逆反應生產產品：工業(yè)上利用某可逆反應生產產品： 一般要一般要使用催化劑使用催化劑：這樣可以大大加快化學：這樣可以大大加快化學反應速率，提高生產效率，也提高了經濟效益；反應速率，提高生產效率，也提高了經濟效益； 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：既要考慮化學反應速率和：既要考慮化學反應速率和化學平衡，還要考慮動力、材料、設備等?；瘜W平衡，還要考慮動力、材料、設備等。 【小結小結反思反思】23 例題 ： 能使合成氨反應進行程度增大的方法是（ ） A、升高溫度 B

14、、降低壓強 C、使用催化劑 D 、及時分離出氨氣D241 1在合成氨工業(yè)中，為增加在合成氨工業(yè)中，為增加NHNH3 3的日產量，下列變的日產量，下列變化過程不能使平衡向右移動的是（化過程不能使平衡向右移動的是（ ）（A A）不斷將）不斷將NHNH3 3分離出來分離出來（B B）使用催化劑）使用催化劑（C C）采用）采用700K700K左右的高溫左右的高溫（D D）采用）采用2 210107 75 510107 7PaPa的壓強的壓強練一練：練一練：BC252 2、合成氨所需的、合成氨所需的H H2 2可由煤和水蒸氣反應可由煤和水蒸氣反應而制得，其中一步的反應為：而制得，其中一步的反應為：COC

15、O(g)(g)+H+H2 2O O（g g） COCO2(g)2(g)+H+H2(g)2(g)（正反應放（正反應放熱），下列措施中，能提高熱），下列措施中，能提高COCO轉化率的轉化率的是（是（ ）A A、增大壓強、增大壓強 B B、降低溫度、降低溫度 C C、增大水蒸氣濃度、增大水蒸氣濃度 D D、增大、增大COCO濃度濃度BC263、在合成氨反應中，入口氣體體、在合成氨反應中，入口氣體體積比積比 N2:H2:NH3 為為6:18:1，出口，出口氣體體積比為氣體體積比為9:27:8，則，則H2的轉的轉化率為化率為_。25% N2+3H2 2NH3起始起始 6 18 1變化變化 X 3X 2X

16、6-X : 1+2X=9:8 X=1.5H2轉化率轉化率= 100%=25%1.5318274、在合成氨時，可以提高、在合成氨時，可以提高H2轉化率的措施是（轉化率的措施是（ ）(A)延長反應時間延長反應時間 (B)充入過量充入過量H2(C)充入過量充入過量N2 (D)升高溫度升高溫度C285、關于氨的合成工業(yè)的下列說法正確的是、關于氨的合成工業(yè)的下列說法正確的是 （ ）(A)(A)從合成塔出來的氣體，其中氨一般占從合成塔出來的氣體，其中氨一般占15%15%，所，所以生產氨的工業(yè)的效率都很低以生產氨的工業(yè)的效率都很低(B)(B)由于由于NHNH3 3易液化，易液化，N N2 2、H H2 2可

17、循環(huán)使用，則總的說可循環(huán)使用，則總的說來氨的產率很高來氨的產率很高(C)(C)合成氨工業(yè)的反應溫度控制在合成氨工業(yè)的反應溫度控制在500 500 左右，目左右，目的是使平衡向正反應方向進行的是使平衡向正反應方向進行(D)(D)合成氨工業(yè)采用合成氨工業(yè)采用2020 MPa - - 50MPa 50MPa ，是因該條，是因該條件下催化劑的活性最好件下催化劑的活性最好B296.下列反應達到平衡時，哪種條件下生成物下列反應達到平衡時，哪種條件下生成物的含量最高：的含量最高：X2(g)+2Y2 (g) X2Y4 (g) （正反應為放熱反應）（正反應為放熱反應）( )A.高溫高溫 高壓高壓 B.低溫低溫 低壓低壓 C.高溫高溫 低壓低壓 D.高壓高壓 低溫低溫D307.對于反應對于反應: 2SO2(g)+O2 (g) 2SO3 (g)下列判斷正確的是下列判斷正確的是( )A.2體積體積SO2和足量和足量O2反應反應,必定生成必定生成2體積體積SO3 B.其他條件不變其他條件不變,增大壓強增大壓強,平衡向右移動平衡向右移動C.平衡時平衡時, SO2消耗速率必定等于消耗速率必定等于O2的生成速率的生成速率 的兩倍的兩倍D.平衡時平衡時, SO2濃度必定等于濃度必定等于O2濃度的兩倍濃度的兩