沪科版高中化学高一下册-6.3 化工生产能否做到又快又多-工业合成氨 课件 (共21张PPT)(1)

合成氨 反应
N2（g）+3H2 （g）
2NH3 （g） ＋112.64KJ
分析角度 使氨生产得快
使氨生成得多
反应条件
（从化学反应速率分析） （从化学平衡分析）
压强
高压
高压
温度
高温
低温
是否使用 催化剂
浓度
使用 增大N2、H2的浓度
不影响
增大N2、H2的浓度、 减小NH3的浓度
补充知识：催化剂
催化剂特点：
①X的化学式为______N_H__3___；
②上图中条件选定的主要原因是（选
填字母序号）____B__C________；
A．升高温度、增大压强均有利于氨 的合成 B．铁触媒在该温度时活性大 C．工业生产受动力、材料、设备等 条件的限制
③ 改变反应条件，会使平衡发生
移动。下图表示随条件改变，氨气
6.3 化工生产能否做到又快又多
（工业合成氨）
弗里茨·哈伯（Fritz Haber ） （1868年一1934年）
弗里茨·哈伯， 1868年出生在德国 的一个犹太人家庭。1909成为第一个 从空气中制造出氨的科学家。使人类 从此摆脱了依靠天然氮肥的被动局面 ，加速了世界农业的发展。 1918年因 此获得瑞典科学院的诺贝尔化学奖。
（3）氨的合成与分离： 1）氨的合成：将进化后的原料气加压送进 ___合__成__塔_ ，在适宜条件下充分反应制取氨。 2）从合成塔出来的混合气体，其中氨气占总 体积的15%，要把混合气体通过_冷__凝__器____ ，使氨液化，再导入___液__氨__贮__罐___。
工艺流程示意图：
合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意 义。工业合成氨的原理是： 生产流程如图所示。
综合考虑各种因素，在实际生产中， 合成氨一般选择以__铁__触__媒___为催化
剂，压强在__2_0_~_5_0_M_P__a_之间，温度 在__5_0_0_°__C_左右。
N2+3H2
2NH3
现在如果你是合成氨工 厂的工程师，请画图设 计出氨在合成塔中合成 的过程。
二、合成氨工业流程
1.合成氨的设备：合成塔、水冷凝器、氨分离器等。
（1）催化剂有选择性，选择不同的催化剂会有利于 不同种产物的生成。
（2）催化剂只有在一定温度范围内才能具有较强的 催化作用，这个温度叫做催化剂的活性温度。
（3）只有在特定的条件下催化剂才能表现活性，否 则将失去活性，或发生催化剂中毒。
合成氨工业上对催化剂的要求是：活性大、坚固不 易破碎、不易中毒和老化、容易制作、价格低廉。 目前公认的最恰当的催化剂是含铁催化剂（主要成 分是Fe3O4 ）。
由于在第一次世界大战中，哈伯
担任化学兵工厂厂长时负责研制、生 产氯气、芥子气等毒气，并使用于战 争之中，造成近百万人伤亡。虽然按 照他自己的说法，这是“为了尽早结 束战争”，但哈伯这一行径，仍然遭 到了美、英、法、中等国科学家们的 谴责。
1934年1月29日哈伯因突发心脏 病逝世于瑞士的巴塞尔。
1909年德国化学家哈伯成功建立了第一套合 成氨的实验装置，产量80g/小时。在此基础上 1913年德国化学工程专家波施建立了第一个工 业规模的合成氨工厂，产量为7000吨/年，所以 合成氨的方法又叫做哈伯-波施法。
练习4：有平衡体系CO (g) +2H2 (g) CH3OH (g) +Q，为了增加甲醇的产量， 工厂应采取的正确措施是（ B ）
A、高温高压 B、适宜温度高压催化剂 C、低温低压 D、低温高压催化剂
归纳：合成氨的生产条件
为增大合成氨 的反应速率
为提高平衡混 合物中NH3的 含量
实际生产中
压强 增大
增大
20 MPa ～ 50 MPa
温度 升高 降低
5000C 左右
催化剂
浓度
加入
增加N2、H2的 浓度
减小平衡混合 物中NH3的浓 度
铁触媒 （500OC 左右时活 性最大）
使气态NH3变 为液态NH3并 及时从平衡混 合物中分离出 去，及时补充 N2、、H2
（D）达到化学平衡时，正反应和逆反应的速率都为0
练习3：合成NH3所需的H2 可由煤和水反应制 得，其中有一步反应为CO（g）+2H2O （g） CO2（g）+2H2 （g）+Q 欲提高CO转化率，可 采用的方法可能有：（1）降低温度（2）增大 压强（3）使用催化剂（4）增大CO的浓度（5 ）增大水蒸气的浓度 其中正确的组合（ C） （A）（1）（2）（3） （B）（4）（5） （C）（1）（5） （D）（5）
练习2：哈伯因发明了由氮气和氢气合成氨气的方法
而获得1918年诺贝尔化学奖。
高温高压
N2+3H2 催化剂 2NH3
现向一密闭容器中充入1mol氮气和3mol氢气，在一定
条件下使该反应发生，下列有关说法正确的是（ C）
（A）达到化学平衡时，N2将完全转化为NH3 （B）达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度 一定相等 （C）达到化学平衡时，N2、H2和NH3的物质的量浓度 不再发生变化
目前，全球氨产量约为650万吨/年。近年来 ，合成氨装置大型化是世界合成氨发展的主流趋 势。目前，我国合成氨年产量已居世界第一位。 但是，单系列装置规模较小，已经无法适应世界 合成氨的发展趋势。
一、合成氨条件的选择
如果你是合成 氨工厂的老板 ，你会如何选 择合成氨适宜 的条件呢？
1、影响化学反应速率的因素有哪些？
2.合成氨的主要工业流程
（1）原料气的制取：
制氮气：1）物理方法（分离液态空气法）
2）化学方法 制氢气：水煤气法 C+H2O 高温 CO+H2；CO+2H2O高温
CO2+2H2
（2）原料气的净化：是指___除__去__原__料__中__杂__质__的__过__程_ ， 目的是___防__止__催__化__剂__中__毒__ 。
的百分含量的变化趋势。当横坐标
为压强时，变化趋势正确的是（选
填字母序号）_____C_________，
当横坐标为温度时，变化趋势正确
的是（选填字母序号）
_______a_______。
练习1：下列有关合成氨工业的叙述，可用勒
夏特列原理来解释的是（ B ）
A.使用铁触媒，使氮气和氢气混合气体有利 于合成氨 B.高压比常压条件更有利于合成氨的反应 C.500°C左右比室温更有利于合成氨的反应 D.合成氨时采用循环操作，可提高原料的利 用率
反应物表面积、反应物浓度、温度、能引起 气体反应物浓度改变的压强、催化剂
2、影响化学平衡移动的因素有哪些？
浓度、压强、温度
勒夏特列原理：如果改变影响平衡的一个条件（ 如浓度、压强或温度等），平衡就向能够减弱这 种改变的方向移动。
根据以上要求，分别从化学反应速率和化学平衡两个 角度分析合成氨的合适条件。