2.4工业合成氨(课件)高二化学(沪科版2020选择性必修第一册)

一、合成氨适宜生产条件的选择
1. 从化学反应速率ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ析
合成氨反应为什么慢？ ——活化能高
怎样降低反应的活化能？——改变反应历程
如何增大合成氨的化学反应速率？
对合成氨 反应的影响
影响因素 浓度 温度 压强 催化剂
增大合成氨 的反应速率
增大 升高 增大 使用
一、合成氨适宜生产条件的选择
2. 从化学平衡移动的角度分析
综合动力、材料、设备等条件
20 MPa~50 MPa
实现工业生产：综合考虑成本要低！
一、合成氨适宜生产条件的选择
3. 综合分析
②催化剂 增大化学反应速率，不改变平衡混合物的组成。 合成氨工业要求催化剂具有活性强、机械强度高、不易中毒、 容易制备、价格低廉等特点。 目前公认的最适当的催化剂是以铁为主体的多成分催化剂。 其活性最好的温度为500 ℃左右。
二、工业合成氨的生产流程
02 净化 在制取原料气的过程中，常混有一些杂质气体，其中如 H2S、
CO 等杂质会使合成氨所用的催化剂中毒，所以必须除去。
03 合成
二、工业合成氨的生产流程
03 合成 加压后且达到
催化剂的活性 温度的 H2、N2
混合气体中 氨含量为 10% ～
20%
合成氨反应为放热 反应，可通过热交 换器有效利用此反 应热来预热反应前 的 H2、N2，降低合 成氨的成本。
典例解析
例、在一定条件下,可逆反应N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)(正反应是放
热反应)达到平衡,当单独改变下列条件后,有关叙述错误的是( D )
A.加催化剂,v(正)、v(逆)都发生变化且变化的倍数相等
B.加压,v(正)、v(逆)都增大,且v(正)增大的倍数大于v(逆)增大的倍数
C.降温,v(正)、v(逆)都减小,且v(正)减小的倍数小于v(逆)减小的倍数
第二章 化学反应的方向、限度和速率
第四节 工业合成氨
授课人：
学习目标
1.理解合成氨生产条件的选择； 2.知道合成氨工业生产的主要步骤； 3.体会化学理论对化工生产实践的指导作用。
课程导入
合成氨工业的历史
合成氨的应用
合成氨工业是关系我国国民经济的重要行业，是我国化肥工业的 基础，也是传统煤化工的重要组成部分。氨是重要的化工原料，主要 用于制造氮肥、硝酸、丁腈橡胶等；氨在冶金、机械加工、电子、造 纸等行业用途广泛。
制尿素
制纯碱
制硝酸
制冷剂
一、合成氨适宜生产条件的选择
合成氨反应是自发反应，理论上常温下反应进行的限度大，转化率高。
N2(g) + 3H2(g)
2NH3(g) ∆H ＝－92.4 kJ/mol
但反应速率缓慢，反应几乎不发生。
！ 如何提高合成氨的化学反应速率和平衡混合物中氨的含量？
化学反应速率
化学平衡的移动
随堂练习
2、NH3是一种重要的工业原料。下列关于合成氨的说法中,不正确
的是( D )
A.工艺涉及催化技术 B.工艺涉及高温高压技术 C.原料之一的氮气来自空气 D.从合成塔出来的气体中,氨的体积分数为100%
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④反应物和生成物浓度
应将氨液化分离后的原料气 循环使用，并及时补充氮气 和氢气，使反应物保持一定 的浓度，有利于合成氨反应。
所以实际生产中维持氢氮比为 2.8 ～ 2.9。
从化学平衡角度讲，氢气和氮气 的物质的量之比为 3：1 时，平 衡混合物中氨的百分含量最大。
氮气在催化剂上的吸附活化是总反应中的控速步骤， 适当提高氮气的浓度有利于合成氨反应的进行。
从化学平衡看，合成氨的适宜条件
对合成氨 反应的影响
浓度
影响因素 温度
压强
提高平衡 混合物中氨
的含量
n(N2):n(H2)≈1:3
及时移走产生的氨
降低
增大
一、合成氨适宜生产条件的选择
实践探索——通过实验验证理论 理论分析： ①温度 温度降低，使平衡正向移动，低温 可以提高平衡混合物中氨的含量。
②压强 压强增大，使平衡正向移动，压 强越大越有利于提高平衡混合物 中氨的含量。
一、合成氨适宜生产条件的选择
工业合成氨常用的生产条件：
500℃左右
2
以铁为主的 1 催化剂
3
4
20 ～ 50 MPa
氢氮比为 2.8 ～ 2.9
二、工业合成氨的生产流程
01 造气
氮气
原料
氢气
将空气液化、蒸发，分离出氮气
将空气中的O2跟碳作用生成 CO2，再除去CO2
用水、煤、天然气、石油等为 原料制得
D.等容条件下加入氩气,v(正)、v(逆)都增大,且v(正)增大的倍数大于
v(逆)增大的倍数
课堂小结
一、合成氨适宜 生产 条件的选择
压强
温度
催化剂
二、工业合成氨的生产流程
造气 净化 合成
反应物生成物浓度
不良反应
随堂练习
1、有关合成氨工业的说法中,正确的是( B ) A.增大H2的浓度,可提高H2的转化率 B.由于氨易液化,N2、H2在实际生产中会循环使用,所以总体来说氨的产率 很高 C.合成氨工业的反应温度控制在400~500 ℃,目的是使化学平衡向正反应方 向移动 D.合成氨厂采用的压强是10 MPa~30 MPa,因为该压强下铁触媒的活性最大
一、合成氨适宜生产条件的选择
对合成氨 反应的影响
浓度
影响因素 温度 压强
增大合成氨的反 应速率
提高平衡混合物 中氨的含量
增大
n(N2):n(H2)
≈1:3 及时移走产生
的氨
升高 降低
增大 增大
催化剂 使用
无影响
一、合成氨适宜生产条件的选择
3. 综合分析
①压强 从化学反应速率与化学平衡考虑，都是压强越大越好。
催化反应主要发生在催化剂的表面，因此，要提高催化效率、 降低成本，增大催化剂的比表面积十分重要。
一、合成氨适宜生产条件的选择
3. 综合分析
③温度 低温可以提高平衡混合物中氨的含量，但低温会减小化学 反应速率。
综合考虑，特别是考虑催化剂的活性。
一般选择在500 ℃左右
一、合成氨适宜生产条件的选择
3. 综合分析