工业合成氨PPT课件1 鲁科版优质课件
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鲁科版高二化学选择性必修1 化学反应条件的优化 - 工业合成氨-课件
化学反应条件的优化 - 工业合成氨
高二年级 化学
自1784年氨被发现以来，但直到1913年才实现了 合成氨的工业化生产。
化学反应 N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)看起来十分 简单，但合成氨的工业化生产经历如此漫长的发展过 程，并且需要庞大而复杂的生产设备，这其实和它的 生产条件有关。
合成氨
N2 +
3H2
高温 高压
2NH3
催化剂
从必修第一册，我们了解到合成氨的条件是高 温、高压、催化剂。
思考
化工生产中，选择适宜的反应条件需要从哪些角度考 虑？具体需要考虑哪些因素？
思考
化工生产中，选择适宜的反应条件需要从哪些角度考 虑？具体需要考虑哪些因素？
角度
思考
化工生产中，选择适宜的反应条件需要从哪些角度考 虑？具体需要考虑哪些因素？
如何从温度、浓度、压强提高合成氨的平衡转化率？ 因素 温度
浓度
压强
N2(g) +3H2(g) 2NH3(g) △H = - 92.2kJ·mol-1
如何从温度、浓度、压强提高合成氨的平衡转化率？
因素 反应特点
相应措施
温度
浓度
压强
N2(g) +3H2(g) 2NH3(g) △H = - 92.2kJ·mol-1
CH4 + H2O CO + H2O
高温 催化剂
高温 催化剂
CO + 3H2 CO2 + H2
净化 消除造气过程中夹带的杂质，防止催化剂中毒。 合成氨 该部分包括终端产品氨的分离，氮气、氢气的
循环使用，利用反应产生的热预热合成气等。
合成氨生产过程中，要使用多种催化剂、十几个反应塔或 吸收塔、上百个热交换器和循环泵以及上千米的管道，这些构 成了合成氨厂错落有致的设备布局。
高二年级 化学
自1784年氨被发现以来，但直到1913年才实现了 合成氨的工业化生产。
化学反应 N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)看起来十分 简单，但合成氨的工业化生产经历如此漫长的发展过 程，并且需要庞大而复杂的生产设备，这其实和它的 生产条件有关。
合成氨
N2 +
3H2
高温 高压
2NH3
催化剂
从必修第一册，我们了解到合成氨的条件是高 温、高压、催化剂。
思考
化工生产中，选择适宜的反应条件需要从哪些角度考 虑？具体需要考虑哪些因素？
思考
化工生产中，选择适宜的反应条件需要从哪些角度考 虑？具体需要考虑哪些因素？
角度
思考
化工生产中，选择适宜的反应条件需要从哪些角度考 虑？具体需要考虑哪些因素？
如何从温度、浓度、压强提高合成氨的平衡转化率？ 因素 温度
浓度
压强
N2(g) +3H2(g) 2NH3(g) △H = - 92.2kJ·mol-1
如何从温度、浓度、压强提高合成氨的平衡转化率？
因素 反应特点
相应措施
温度
浓度
压强
N2(g) +3H2(g) 2NH3(g) △H = - 92.2kJ·mol-1
CH4 + H2O CO + H2O
高温 催化剂
高温 催化剂
CO + 3H2 CO2 + H2
净化 消除造气过程中夹带的杂质，防止催化剂中毒。 合成氨 该部分包括终端产品氨的分离，氮气、氢气的
循环使用，利用反应产生的热预热合成气等。
合成氨生产过程中，要使用多种催化剂、十几个反应塔或 吸收塔、上百个热交换器和循环泵以及上千米的管道，这些构 成了合成氨厂错落有致的设备布局。
高二化学课件鲁科版选修四2.4 化学反应条件的优化—工业合成氨 公开课教学课件共28张PPT (共28张PPT)
选择合适的温度：该温度是催化剂活 性最大的温度；
选择合适的压强：既要考虑化学反应 速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、 设备等。
◆学以致用◆
◆当堂练习◆
1.有如下平衡体系：
CO（g）+2H2（g） CH3OH(g) （正反应为放热反应），为了增加甲醇的 日产量，应采取的正确措施是（ C ） A.高温、高压 B.低温、低压 C.适宜的温度、高压、催化剂
D.高温、高压、催化剂
◆当堂练习◆ 2.下列事实中不能用化学平衡移动原理来 解释的是（ BD ） A.工业制硫酸的过程中通入足量的空气, 可以提高SO2的产率 B.加入催化剂有利于合成氨反应 C.高压有利于合成氨反应
D.500℃左右比室温更有利于合成氨反应
◆当堂练习◆
3、下列说法正确的是（
B
）
A、在高温下，延长反应时间或者增加氮气的浓度均可 以提高合成氨中H2的转化率 B、在密闭容器中，当CaCO3 CaO + CO2处于平衡 状态时，再加入Na2O2固体，CaCO3的量会减少。 C、有固体参加的可逆反应达平衡后，若改变压强，不 会影响平衡的移动
0.1
10
20
30
89.9 71.0
47.0
60
100
200 300
400
15.3 81.5 86.4 2.2 52.0 64.2
0.4 25.1 38.2 0.1 10.6 19.1 0.05 4.5 9.1
95.4 98.8 84.2 92.6
65.2 79.8 42.2 57.5 23.1 31.4
◆当堂练习◆
5．
B
我国合成氨工业的发展情况：
解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂； 1949年全国氮肥产量仅0.6万吨； 1982年达到1021.9万吨，成为世界上产量最高的国家之一。
工业合成氨(优质课课件)
降低
温度， 增大
压强，
减小 氨气的浓度有利于正向移动，
N2、H2浓度比为 1:3 有利于各原料充分
反应，从而提高氨的产率。
二. 合成氨的反应速率
想一想
哪些措施能提高合成氨的反应速率？
升高
温度， 增大
压强，
增大 反应物浓度，使用 催化剂 。
催化剂：铁触媒
小试牛刀
在一定条件下，合成氨反应的速率与各物质的
ห้องสมุดไป่ตู้
使NH3生产快
速率分析
高压 低温 无影响 增大浓度 减小浓度
高压 高温 使用 增大浓度 减小浓度
三. 合成氨的适宜条件
1．合成氨反应条件的选择原则 (1)尽量增大反应物的 转化率 ，充分利用原料； (2)选择较快的 反应速率 ，提高单位时间内的产量； (3)考虑设备和技术条件。
2．合成氨反应的适宜条件 应根据反应设备可使用的钢材质量及综合指标来选择压
根据设备选择压强 压强________________ N2、H2投料比 1:2.8 ______ NH3 及时分离________
根据理论判据分析298K下 能否自发进行？ 已知：298K时，∆H= -92.2KJ· mol-1 ∆S= -198.2J· K-1· mol-1
合成氨反应的 （1）反应 是 可逆反应 特点 （2）正反应是 放 热反应 △H ﹤ 0，△S﹤0
减小 的反应 （3）正反应为气体体积_____
哪些措施能提高合成氨的反应限度？
(4)浓度：合成氨生产通常采用N2和H2物质的量之比
为 1∶2.8 的投料比，并且及时将氨气从反应混合物
中分离出去，此外，还应考虑原料的价格，未转化
的合成气的 循环 使用、反应热的综合利用等问题。
高中化学4化学反应条件的优化——工业合成氨课件1鲁科高中选修4化学课件
1×107Pa），中压（2×107Pa—3×107Pa），高压（
8.5×107Pa—1×108Pa）三种类型。
第十四页，共二十五页。
分析(fēnxī)： 3．催化剂。由于N2 分子(fēnzǐ)非常稳定，N2 和H2的化合十 分困难，即使采用了加热与高压的条件，合成氨的反应 还是十分缓慢。为了加快反应速率，降低反应所需要的 能量，合成氨工业普遍使用铁触媒作催化剂，使反应物 在较低温度下较快的进行反应。
700K的温度。原因：速率较快,转化率适中催化剂活性
最大。
第十三页，共二十五页。
分析 ： (fēnxī)
2．压强。增大压强，有利于氨的合成，但在实际生产中，压
强不可能无限制的增大，因为压强越大，需要的动力(dònglì)越 大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，势必增大生产 成本，降低综合经济效益。因此，受动力(dònglì)、材料、设备 等条件的限制，目前我国合成氨厂一般采用的压强为低压（
外界条件
压强 温度
催化剂 反应物的浓度 生成 (nóngdù)
(shēnɡ chénɡ)
氨的浓度
使NH3生产的多
平衡分析 高压
低温
无影响
增大浓度 减小浓度
使NH3生产的快 速率分析 高压
高温
使用
增大浓度 减小浓度
第十一页，共二十五页。
讨论(tǎolùn)：
1、既然降低温度(wēndù)有利于平衡向生成氨的方向移动，那 么生产中是否温度(wēndù)越低越好？ 2、既然增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量， 那么在合成氨工业(gōngyè)中压强是否越大越好？
第七页，共二十五页。
（二）合成氨反应(fǎnyìng)的速率 1、请根据合成氨反应的特点，结合影响(yǐngxiǎng)反应速率 的因素，思考什么条件下能使氨生成的快？
8.5×107Pa—1×108Pa）三种类型。
第十四页，共二十五页。
分析(fēnxī)： 3．催化剂。由于N2 分子(fēnzǐ)非常稳定，N2 和H2的化合十 分困难，即使采用了加热与高压的条件，合成氨的反应 还是十分缓慢。为了加快反应速率，降低反应所需要的 能量，合成氨工业普遍使用铁触媒作催化剂，使反应物 在较低温度下较快的进行反应。
700K的温度。原因：速率较快,转化率适中催化剂活性
最大。
第十三页，共二十五页。
分析 ： (fēnxī)
2．压强。增大压强，有利于氨的合成，但在实际生产中，压
强不可能无限制的增大，因为压强越大，需要的动力(dònglì)越 大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，势必增大生产 成本，降低综合经济效益。因此，受动力(dònglì)、材料、设备 等条件的限制，目前我国合成氨厂一般采用的压强为低压（
外界条件
压强 温度
催化剂 反应物的浓度 生成 (nóngdù)
(shēnɡ chénɡ)
氨的浓度
使NH3生产的多
平衡分析 高压
低温
无影响
增大浓度 减小浓度
使NH3生产的快 速率分析 高压
高温
使用
增大浓度 减小浓度
第十一页，共二十五页。
讨论(tǎolùn)：
1、既然降低温度(wēndù)有利于平衡向生成氨的方向移动，那 么生产中是否温度(wēndù)越低越好？ 2、既然增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量， 那么在合成氨工业(gōngyè)中压强是否越大越好？
第七页，共二十五页。
（二）合成氨反应(fǎnyìng)的速率 1、请根据合成氨反应的特点，结合影响(yǐngxiǎng)反应速率 的因素，思考什么条件下能使氨生成的快？
鲁科版工业合成氨ppt课件
• 答案 ②＞①＞③＞④ • 解 ① 加 可氨析中知，增H2②平加的是衡H转2在向化，①逆率故反中由H2应增大的方加到转向N小化2移的，率动顺故减，序H小2H为，的2②的即转＞转①化①化＞率＞率③增③变。大＞小而，④，④即。有是②③在＞＞③①④基。。础③由上是此增在
• 工业生产中选择适宜生产条件的思路
• 答案 (1)低温、高压 (2)该温度是催化剂的活性最强的温度，选择 此温度可提高反应速率，缩短反应达到平衡所需要的时间 (3)因为 在常压下，400～500 ℃时，SO2的转化率已经很高了，若再加压， 对设备及动力系统要求高，加大了成本和能量消耗，不经济 (4)增 大氧气的浓度，使平衡向生成SO3的方向移动，提高SO2的转化率 (5)减少对环境的污染
时，平衡混合物中NH3的含量最高。
降低
增大
1∶2.8
• 二、合成氨反应的速率
• 1成．氨增反大应的速率N2。或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于提高合
• 2．
温度有利于提高合成氨的速率。
• 3．加入合适的催化剂能
反升应高的速率。
合成氨反应的活化能，加快化学
降低
• 三、合成氨的适宜条件
• 1．合成氨反应条件的选择原则
• (4)压强越大越有利于合成氨平衡正向移动和提高反应速率，而实际 采用的最高压强为8.5×107～1×108Pa，不采用更高的压强，其原 因是：实际生产中，应根据反应设备可使用的钢材质量及综合指标 来选择压强。采用更高的压强，对设备和材料的要求越高，需要的 动力越大，会增加投资和能量消耗，不经济。
• [关键提醒] 对化工生产中的化学反应条件进行优化选择时，要运 用反应速率与化学平衡移动原理，同时考虑生产中的设备材料、动 力要求、催化剂等因素。
反应条件的优化-工业合成氨 PPT 鲁科版
• 1.根据合成氨反应的特点，应分别采取什么措施提高反 应的平衡转化率和反应速率？请将你的建议填入下表。
提高反应的平衡转化率 反应特点 放热 分子数减少 反应可逆 措施 低温 加压 提高化学反应速率 反应特点 活化能高 低温速率低 措施 使用催化剂 加温
增加H2/N2的浓度 及时分离NH3
低温加压 原料气浓度增加能提高 反应速率 氨气浓度增加能降低反 应速率
2SO3 (g) △H
1.01×107 Pa 99.7% 98.3%
（1）从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化 硫， 可控制的条件是 。 （2）实际生产中，选定400℃～500℃作为操作温度其原因 是 。 （3）实际生产中，采用的压强为常压，其原因是: . （4）在生产中，通入过量空气的目是 。 (5)尾气中有SO2必须回收是为了 。
交流研讨
• 2.请尝试为合成氨选择适宜条件。 • 3.在确定合成氨的适宜条件的过程中 遇到了哪些问题？是怎样解决的？
温度、压强的选择采取了折中的方法，各方面考虑最佳条件。
• 4.为了提高合成氨生产能力，还可以 在哪些反面做进一步的改进？
采用了循环流程的工艺，不断地分离氨气，提高生产效率。
研讨的结果
第4 节
化学反应条件的优化 —工业合成氨
【问题】分析工业生产主要要考虑哪些 题？
• 经济效益和社会效益 ：
单位时间内产率高
原料的利用率高
增大化学反应限度
增大化学反应速率
另外还要考虑生产中的消耗能源、原料来源、 设备条件、环境保护等因素。
复 习
温度
影响化学反应速率和化学平衡 的重要因素有哪些?
化学反应速率 化学平衡
外部条件 压强 温度 催化剂 工业合成氨的适宜条件 高压 200~500大气压 适宜温度 700K左右 使用铁触媒作催化剂 液化氨并及时分离、使氮氢 原料气循环利用.
提高反应的平衡转化率 反应特点 放热 分子数减少 反应可逆 措施 低温 加压 提高化学反应速率 反应特点 活化能高 低温速率低 措施 使用催化剂 加温
增加H2/N2的浓度 及时分离NH3
低温加压 原料气浓度增加能提高 反应速率 氨气浓度增加能降低反 应速率
2SO3 (g) △H
1.01×107 Pa 99.7% 98.3%
（1）从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化 硫， 可控制的条件是 。 （2）实际生产中，选定400℃～500℃作为操作温度其原因 是 。 （3）实际生产中，采用的压强为常压，其原因是: . （4）在生产中，通入过量空气的目是 。 (5)尾气中有SO2必须回收是为了 。
交流研讨
• 2.请尝试为合成氨选择适宜条件。 • 3.在确定合成氨的适宜条件的过程中 遇到了哪些问题？是怎样解决的？
温度、压强的选择采取了折中的方法，各方面考虑最佳条件。
• 4.为了提高合成氨生产能力，还可以 在哪些反面做进一步的改进？
采用了循环流程的工艺，不断地分离氨气，提高生产效率。
研讨的结果
第4 节
化学反应条件的优化 —工业合成氨
【问题】分析工业生产主要要考虑哪些 题？
• 经济效益和社会效益 ：
单位时间内产率高
原料的利用率高
增大化学反应限度
增大化学反应速率
另外还要考虑生产中的消耗能源、原料来源、 设备条件、环境保护等因素。
复 习
温度
影响化学反应速率和化学平衡 的重要因素有哪些?
化学反应速率 化学平衡
外部条件 压强 温度 催化剂 工业合成氨的适宜条件 高压 200~500大气压 适宜温度 700K左右 使用铁触媒作催化剂 液化氨并及时分离、使氮氢 原料气循环利用.
鲁教版九年级上册化学 第2章-第4节《化学反应条件的优化——工业合成氨》ppt课件(共38张ppt)
B．降低温度，增大压强，加入催化剂
C．升高温度，增大压强，增加氮气
D．降低温度，增大压强，分离出部分氨
解析：本题旨在考查影响化学平衡的外界因素的应用与
分析。题目要求增大合成氨反应中氢气的转化率，就是
在不增加氢气的情况下，改变合成氨反应的其他条件，
使更多的氢气转化为氨。从化学平衡分析也就是使平衡 栏
故B发生移动。在恒温、恒压时，加入He，使整个体
系做等压膨胀，体积变大，He虽然不参与化学反应，
但由于体积的膨胀，而使平衡混合物中的N2、H2、 栏
目
NH3的浓度都相应减小，结果，反应物浓度减小的程
链 接
度比生成物浓度减小的程度大，此时正反应速率小于
逆反应速率，平衡左移，故C发生移动。在恒温、恒
容时，向体系中加入He，使整个体系压强增大，但由
目 链
接
kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)知，在一定的温度、压强下，
化学反应速率与反应物浓度c(N2)或c1.5(H2)成正比关系，
与生成物浓度c(NH3)成反比关系。因此可以采用增大
反应物浓度、减小生成物浓度来提高化学反应速率。
4．催化剂对化学反应速率的影响：加催化剂可以
使反应的活化能从335kJ·mol－1降低为167kJ·mol－1，
例2 对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施加高压，
下列叙述中正确的是( )
A．都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响
栏
B．都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态 目
链
所用的时间
接
C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化
学平衡状态有影响
D．催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而压
优课系列高中化学鲁科版选修4 2.4化学反应条件的优化——工业合成氨 课件(共16张)
N2和H2的物质的量比为1：2.8的投 料比, 氨及时从混合气中分离出去
• 练一练
1.合成氨所需的H2可由煤和水蒸气反应而制 得，其中一步的反应为：
CO(g)+H2O（g） CO2(g)+H2(g)（正反 应放热），下列措施中，能提高CO转化率 的是（ ）
A、增大压强 B、降低温度 C、增大水蒸气浓度 D、增大CO浓度
分析：
①合成氨反应是气态物质系数减小的气体反 应，增大压强既可以增大反应速率，又能使平 衡正向移动，所以理论上压强越大越好。
②但是压强越大，对设备的要求高、压缩H2 和N2所需要的动力大，因此选择压强应符合实 际科学技术。
综合以上两点:根据反应器可使用的钢材质 量及综合指标来选择压强。实际生产中压强一 般选择在200～500大气压之间。
•8、教育技巧的全部诀窍就在于抓住儿童的这种上进心，这种道德上的自勉。要是儿童自己不求上进，不知自勉，任何教育者就都不 能在他的身上培养出好的品质。可是只有在集体和教师首先看到儿童优点的那些地方，儿童才会产生上进心。 2021/11/162021/11/162021/11/162021/11/16
1、压强怎么选？
3 、催化剂对化学平衡的移动 要不要用催化 没有影响， 在合成氨工业中 剂？
要不要使用催化剂，为什么？
•1、所有高尚教育的课程表里都不能没有各种形式的跳舞：用脚跳舞，用思想跳舞，用言语跳舞，不用说，还需用笔跳舞。 •2、一切真理要由学生自己获得，或由他们重新发现，至少由他们重建。 •3、教育始于母亲膝下，孩童耳听一言一语，均影响其性格的形成。 •4、好的教师是让学生发现真理，而不只是传授知识。 •5、数学教学要“淡化形式，注重实质.
实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却 液化分离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使 其保持一定的浓度。即N2和H2的物质的量比为1： 2.8
• 练一练
1.合成氨所需的H2可由煤和水蒸气反应而制 得，其中一步的反应为：
CO(g)+H2O（g） CO2(g)+H2(g)（正反 应放热），下列措施中，能提高CO转化率 的是（ ）
A、增大压强 B、降低温度 C、增大水蒸气浓度 D、增大CO浓度
分析：
①合成氨反应是气态物质系数减小的气体反 应，增大压强既可以增大反应速率，又能使平 衡正向移动，所以理论上压强越大越好。
②但是压强越大，对设备的要求高、压缩H2 和N2所需要的动力大，因此选择压强应符合实 际科学技术。
综合以上两点:根据反应器可使用的钢材质 量及综合指标来选择压强。实际生产中压强一 般选择在200～500大气压之间。
•8、教育技巧的全部诀窍就在于抓住儿童的这种上进心，这种道德上的自勉。要是儿童自己不求上进，不知自勉，任何教育者就都不 能在他的身上培养出好的品质。可是只有在集体和教师首先看到儿童优点的那些地方，儿童才会产生上进心。 2021/11/162021/11/162021/11/162021/11/16
1、压强怎么选？
3 、催化剂对化学平衡的移动 要不要用催化 没有影响， 在合成氨工业中 剂？
要不要使用催化剂，为什么？
•1、所有高尚教育的课程表里都不能没有各种形式的跳舞：用脚跳舞，用思想跳舞，用言语跳舞，不用说，还需用笔跳舞。 •2、一切真理要由学生自己获得，或由他们重新发现，至少由他们重建。 •3、教育始于母亲膝下，孩童耳听一言一语，均影响其性格的形成。 •4、好的教师是让学生发现真理，而不只是传授知识。 •5、数学教学要“淡化形式，注重实质.
实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却 液化分离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使 其保持一定的浓度。即N2和H2的物质的量比为1： 2.8
优课系列高中化学鲁科版选修4 2.4化学反应条件的优化——工业合成氨 课件(25张)
①可逆反应 ②正反应气态物质系数减小 ③正反应是放热反应
•1、所有高尚教育的课程表里都不能没有各种形式的跳舞：用脚跳舞，用思想跳舞，用言语跳舞，不用说，还需用笔跳舞。 •2、一切真理要由学生自己获得，或由他们重新发现，至少由他们重建。 •3、教育始于母亲膝下，孩童耳听一言一语，均影响其性格的形成。 •4、好的教师是让学生发现真理，而不只是传授知识。 •5、数学教学要“淡化形式，注重实质.
化学热 力学
化学动 力学
化学反应 的方向
化学反应 的限度
合成氨反 应能否自 发进行？
怎样能促 使化学平 衡向合成 氨方向移 动？
化学反应 的速率
怎样能提 高合成氨 反应速率？
化学工艺学
适
宜
的
工
合
艺
成
流
氨程Βιβλιοθήκη 条件高压对设备材质、 加工制造的要求、温度 的催化剂活性的影响等
【交流·研讨】
合成氨反应是一个可逆反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
6、“教学的艺术不在于传授本领，而在于激励、唤醒、鼓舞”。2021年11月2021/11/162021/11/162021/11/1611/16/2021
•7、不能把小孩子的精神世界变成单纯学习知识。如果我们力求使儿童的全部精神力量都专注到功课上去，他的生活就会变得不堪忍 受。他不仅应该是一个学生，而且首先应该是一个有多方面兴趣、要求和愿望的人。2021/11/162021/11/16November 16, 2021
2、在合成氨时，可以提高H2转化率的措施是
（C ）
(A)延长反应时间
(B)充入过量H2
(C)充入过量N2
(D)升高温度
请你根据关系式分析：各物质的浓 度对反应速率有哪些影响？可以采 取哪些措施来提高反应速率？
《化学反应条件的优化——工业合成氨》示范公开课教学PPT课件【化学鲁科版(新课标)】
课堂检测
4.合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图 分析合成氨工业最有前途的研究方向是 A.提高分离技术 B.研制耐高压的合成塔
√C.研制低温催化剂
D.探索不用N2和H2合成氨的新途径
解析 由图可知：φ(NH3)随着温度的升高而显著下降，故要提高φ(NH3)必须降低温 度，但目前所用催化剂——铁触媒活性最好时的温度在700 K左右，故最有前途的研 究方向是研制低温催化剂。
敬请各 位老 师提 出宝 贵意见 ！
的转化率 D.加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率增大，逆反应速率减小
课堂检测
解析 达到平衡后，加入N2，平衡正向移动，达到新平衡后，NH3的浓度会增大， 而N2的浓度比原平衡的大；达到平衡后，升高温度，正、逆反应速率都增大，但平 衡逆向移动，不利于NH3的生成；达到平衡后，缩小容器体积既增大压强，正、逆反 应速率都增大，平衡正向移动，又有利于提高H2的转化率；加入催化剂，能同等程 度地增大正、逆反应速率，缩短反应达到平衡的时间。
课堂检测
3.关于工业合成氨的叙述中，错误的是 A.在动力、设备、材料允许的情况下，反应尽可能在高压下进行
√B.温度越高越有利于工业合成氨
C.在工业合成氨中N2、H2的循环利用可提高其利用率，降低成本 D.及时从反应体系中分离出氨气有利于平衡向正反应方向移动
解析 合成氨的反应为放热反应，温度越高，NH3的产率越低，温度太高 会影响催化剂的催化效果。
一、合成氨反应的限度与速率
【理解应用】
1.能使合成氨反应N2(g)＋3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol－1进行限度增大 的方法是
A.升高温度
B.降低压强
鲁科版高中化学选修4化学反应原理精品课件 2.4 第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨
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INZHI DAOXUE
HONGNAN TANJIU
D 当堂检测
ANGTANG JIANCE
探究
②三段式计算:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)
浓度/(mol·L-1):
2a
转化物质的量
4a
0
浓度/(mol·L-1):
a
平衡物质的量
3a
2a
起始物质的量
浓度/(mol·L-1):
a
a
2a
平衡时放出热量 46.1 kJ,则平衡时 N2 转化了 0.5 mol,0.5a mol=0.5
HONGNAN TANJIU
D 当堂检测
ANGTANG JIANCE
探究
解析:(1)使用铁催化剂,能同等程度地加快正逆反应的速率,但正逆反
应速率仍相等,因而平衡不发生移动,只是可以缩短达到平衡所需的时间,不
能用平衡移动原理来解释。由于合成氨的正反应是一个气态物质系数减小
的反应,所以增大压强可以使平衡向着生成氨的方向移动,可以用平衡移动
原理解释。合成氨反应是放热反应,低温虽然可以提高氨气的产量,但是反
应速率太慢,而温度太高虽能加快反应速率,但却使平衡混合物中氨气的含
量降低,因此工业生产一般采用适宜的温度,既能加快反应速率又能适当维
持平衡混合物中氨气的含量,700 K 左右铁催化剂的活性最高,因此不能用
平衡移动原理来解释。将生成物氨气液化分离,降低了生成物的浓度,将使
衡的角度进行综合分析,再充分考虑实际情况,选出适宜的外界条件。
外界
条件
有利于加快速
率的条件控制
浓度
增大反应物的
浓度
催化
《合成氨工业》课件
维护保养
定期对设备进行维护保养，包括清洗、润滑、紧固等，以延长设备使 用寿命和保证生产安全。
故障诊断与处理
对设备运行过程中出现的故障进行诊断和处理，及时排除故障，恢复 设备正常运行。
安全措施
为确保设备和人员安全，需要采取一系列安全措施，如设置安全阀、 压力表、温度计等安全附件，以及进行定期的安全检查和评估。
工艺流程的能量分析
总结词
对合成氨工艺流程的能量利用进行评估 和分析。
VS
详细描述
合成氨工艺需要消耗大量的能量，包括燃 料、蒸汽和电能等。通过对工艺流程的能 量分析，可以优化工艺过程，提高能量利 用效率，降低生产成本。同时，还可以采 取节能措施，如余热回收、能量梯级利用 等，进一步降低能耗。
03
合成氨工业的设备与操作
合成氨工业的应用领域
总结词
合成氨是农业、化工、制药等领域的重要原料，其在化肥、硝酸、炸药等方面有广泛应 用。
详细描述
合成氨是农业生产中重要的化肥原料之一，用于制造氮肥和复合肥等。此外，合成氨也 是化工和制药领域的重要原料，用于生产硝酸、己内酰胺、尼龙等化学品和炸药等军用
物资。随着科技的不断进步和应用领域的拓展，合成氨工业将继续发挥重要作用。
事故预防措施
采取多种预防措施，如定期检查设备、加强通风、设置安全警示标 识等，降低事故发生的风险。
应急处理
针对可能发生的事故，制定应急处理方案，确保在事故发生时能够 迅速、有效地应对，减少损失。
THANKS。
详细描述
原料气中可能含有硫化物、一氧化碳、二氧化碳等杂质，这 些杂质会影响合成氨的效率和产品质量。因此，需要经过一 氧化碳的变换和二氧化碳的脱除等净化过程，以获得高纯度 的氢气和氮气。
定期对设备进行维护保养，包括清洗、润滑、紧固等，以延长设备使 用寿命和保证生产安全。
故障诊断与处理
对设备运行过程中出现的故障进行诊断和处理，及时排除故障，恢复 设备正常运行。
安全措施
为确保设备和人员安全，需要采取一系列安全措施，如设置安全阀、 压力表、温度计等安全附件，以及进行定期的安全检查和评估。
工艺流程的能量分析
总结词
对合成氨工艺流程的能量利用进行评估 和分析。
VS
详细描述
合成氨工艺需要消耗大量的能量，包括燃 料、蒸汽和电能等。通过对工艺流程的能 量分析，可以优化工艺过程，提高能量利 用效率，降低生产成本。同时，还可以采 取节能措施，如余热回收、能量梯级利用 等，进一步降低能耗。
03
合成氨工业的设备与操作
合成氨工业的应用领域
总结词
合成氨是农业、化工、制药等领域的重要原料，其在化肥、硝酸、炸药等方面有广泛应 用。
详细描述
合成氨是农业生产中重要的化肥原料之一，用于制造氮肥和复合肥等。此外，合成氨也 是化工和制药领域的重要原料，用于生产硝酸、己内酰胺、尼龙等化学品和炸药等军用
物资。随着科技的不断进步和应用领域的拓展，合成氨工业将继续发挥重要作用。
事故预防措施
采取多种预防措施，如定期检查设备、加强通风、设置安全警示标 识等，降低事故发生的风险。
应急处理
针对可能发生的事故，制定应急处理方案，确保在事故发生时能够 迅速、有效地应对，减少损失。
THANKS。
详细描述
原料气中可能含有硫化物、一氧化碳、二氧化碳等杂质，这 些杂质会影响合成氨的效率和产品质量。因此，需要经过一 氧化碳的变换和二氧化碳的脱除等净化过程，以获得高纯度 的氢气和氮气。
鲁科版高中化学选择性必修1第2章第4节化学反应条件的优化—工业合成氨课件
K1=3.92×10-11 mol·L-1
H2O(g)
反应Ⅲ:CH3OH(g)+ O2(g)
HCHO(g)+H2O(g)
ΔH2=-149.71 kJ·mol
-1
K2=4.35×10
20
mo ·-
反应温度对甲醇氧化反应的影响如图所示:
(2)生产时,要控制
( )
为 0.4 左右,目的是
一座合成氨工厂。
探究
合成氨反应的自发性、反应限度、反应速率
问题1:根据合成氨的热力学数据分析,合成氨的自发性如何?反应限度如何?
提示:298 K时,该反应ΔG<0,所以是自发的,无需借助电或光。反应平衡常
数K>105,理论上几乎能进行到底。
问题2:从该反应的速率常数看,此反应快慢情况如何?如何加快此反应速率?
解析:低温平衡正向移动,高压平衡正向移动,故A正确;低温平衡正向移动
,低压平衡逆向移动,故B错误;高温平衡逆向移动,高压平衡正向移动,故C
错误;高温低压,平衡逆向移动,故D错误。
3.(2021·北京八一中学月考)工业上制备纯硅反应的热化学方程式:SiCl4(g)+2H2(g)
Si(s)+4HCl(g)
H2O(g)
ΔH=-241.8 kJ·mol-1,但表示 H2 的摩尔燃烧焓的热化
学方程式中生成的水应为液态,则氢气的摩尔燃烧焓不是-241.8 kJ·mol-1,B 项
错误;由题给信息可知,600 K 以后甲醇的转化率接近 100%,但甲醛的产率下降的
原因可能是温度升高导致甲醛发生热分解反应,C 项正确。
3.合成氨动力学数据
在特定条件下,合成氨速率方程 v=
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了以下反应途径，假设反应都能进行，你
C 认为最合理的是（
）
A. C3H8 高高温温脱氢C+H2
B. C3H8
C3H6+H2
C. C3H8+H2O 催化剂 CO+H2
D. C3H8+O2
CO2+H2O
H2O 电解 H2+O2
15 、水的心是平静的，水的心是轻灵的，你看，水，一平如镜，云月其中，怡然自乐。水，怀着平静而轻灵的心，缓和的一淌而去，遇一些阻隔且轻轻的绕过，何必那么多计较，心平而轻流自 畅;如一路顺直，那更好了，我也可以尽情的奔流，一望千里，波涛澎湃，我也会挥洒我的潇洒，我的纵情。 2 、因为我不能，所以一定要;因为一定要，所以一定能。 16 、后悔是一种耗费精神的情绪。后悔是比损失更大的损失，比错误更大的错误。所以不要后悔。 19 、每个人都有潜在的能量，只是很容易：被习惯所掩盖，被时间所迷离，被惰性所消磨。 11 、只有今天的埋头，才有明天的出头。 7 、面对人生的磨难，请用你的毅力创造生命的奇迹吧! 4 、我从不间断读新科技、新知识的书籍，不至因为不了解新讯息而和时代潮流脱节。 7 、勤奋的态度和主动积极的精神，再加上有眼力，应该成为一种良好生活的习惯，这种良好的生活习惯可以使我们为自己创造出更多成功的机会。 17 、美丽的空想比不上踏实地做事，只要开始行动，就算再晚也不迟。 7 、只要厄运打不垮信念，希望之光就会驱散绝望之云。 14 、如果上帝要毁灭一个人必先令其疯狂。可我疯狂了这么久为何上帝还不把我毁掉。 1 、你可以没有梦想，但不能不知道现在要做什么，你可以长相平凡丢到人群里就被淹没，但不能随波逐流成为没有个性的复制品，你可以被压力逼迫得痛哭一百次，但哭完记得笑一千次给它看 ，你可以习惯为别人付出，但至少别忘了为自己而活，你可以学会假装，但最后不要变成你当初讨厌的那种人。
交流·研讨（P65） 请根据正反应的焓变和熵变分析在
298K下合成氨反应能否自发进行？
分析：合成氨的反应特点
N2+3H2
2NH3
反 _可_逆___反应
应 特
正反应为_放__热__反应
点 正反应为气体体积_减__小__的反应
一、合成氨反应的限度
请同学们根据合成氨反应的特点，利用 影响化学平衡移动的因素，分析什么条件有 利于提高氨的产率？
压缩 液态空气 蒸发 N2(先逸出) 物理方法
空气
碳
制氢气:
CO2(+N2) 分离出CO2 N2
天然气或 石油产品
化学方法
水蒸气炽热碳CO+H2 H2O(气)CO2+H2 分离出CO2 H2
CC(OS()g+)H+H2O2O(g()g)高催温化C剂OC(Og)2+(gH)+2(Hg)2(g)
CH4 + H2O = CO + 3H2
_低__ 温、高___压有利于化学平衡正向移动， N2、H2浓度比为_1_：__3_有利于原料充分反应， 从而提高氨的产率。
讨论：能否用过量氮气提高氢气转
NH3% 化率？工业合成氨是否采用此方法？
实验表明：适当提高氮气比例为1:2.8，有利于合成氨 0.6 0.5 0.4
0.3
0.2
0.1
1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6
N2:H2
二、合成氨反应的速率
交流·研讨 (P66)
1、升高温度、增大压强 增大反应物浓度、使用催化剂
2、增大N2 、H2浓度,将氨及时 从混合气中分离出去
3、使用催化剂可以使合成氨 的速率提高上万亿倍
三、合成氨的适宜条件
1、请填写下表
外界条件
压强 温度 催化剂 反应物的浓度 生成氨的浓度
使NH3生产多 平衡分析
课堂练习
1、关于氨的合成工业的下列说法正确的是 （ B） (A)从合成塔出来的气体，其中氨一般占 15%，所以生产氨的工业的效率都很低 (B)由于NH3易液化，N2、H2可循环使用， 则总的说来氨的产率很高 (C)合成氨工业的反应温度控制在500 ℃左 右，目的是使平衡向正反应方向进行 (D)合成氨工业采用20 MPa ---- 50MPa ， 是因该条件下催化剂的活性最好
H2转化率=
1.5×3 18
×100%=25%
5、在一定条件下,合成氨反应达到平衡后,
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
混合气体中NH3的体积占25%,若反应前后 条件保持不变,则反应后缩小的气体体积与
原反应物体积的之比是( A )
A1
B1
C1
D1
5
4
3
2
6、 工业上用以合成氨的原料之一——氢
气，有一种来源是取自石油气。有人设计
高压
低温 无影响 增大浓度 减小浓度
使NH3生产快 速率分析
高压 高温 使用
增大浓度 减小浓度
讨论：
1、既然降低温度有利于平衡向生成氨的方 向移动，那么生产中是否温度越低越好？
2、既然增大压强既可提高反应速率，又可 提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是 否越大越好？
3、在合成氨工业中要使用催化剂，既然催 化剂对化学平衡的移动没有影响，为什么还 要使用呢？
（D）采用2×107～5×107Pa的压强
4、在合成氨反应中，入口气体体积比 N2:H2:NH3 为6:18:1，出口气体体积比
为 9:27:8，则H2的转化率为__2_5_%____
N2+3H2 起始 6 18
变化 X 3X
平衡 6-X 18-3X
2NH3 1 2X 1+2X
(6-X) : (1+2X)=9:8 X=1.5
2、请你尝试为合成氨选择适宜条件
合 成
催化剂__铁__________ 温度__7_0_0__K_左__右___
氨 适 宜
根据设备动力选择压强
_1_×__1_0_7_~__1_×___1_0_8_Pa
条 件
及N2时、分H2离投_料_氨_比_气__1__:__2__.8__
如何制得原料气？
制氮气:
例已知2SO2(g)+O2(g)
其实验数据见表
2SO3 (g) △H＜0
(1) 应选用的温度是_4_5_0_℃__。
(2)应采用的压强是_常__压___，理由是因__为__常__压__下_S__O2 _的__转_化__率__已__经__很_高__，__若__采__用_较__大__压__强__，_S__O_2_的_转__化__率__ 提高__很__少__，_但__需__要__的__动_力__更__大__，__对_设__备__的__要__求_更__高__。_。
联想·质疑 （ P65）
化学热 力学
化学反应 的方向
化学反应 的限度
合成氨反 应能否自 发进行
怎样能促 使化学平 衡向合成 氨方向移 动
化学工艺学
适
宜
的
工
合
艺
成
流
氨
程
条
件
化学动 力学
化学反应 的速率
怎样能 提高合 成氨反 应速率
高压对设备材质、 加工制造的要求、温度 对催化剂活性的影响等
要考虑：经济效益与社会效益
2、氨的合成反应，生产中采用的适 宜条件是（ D ）。
A、低温、高压、适当的催化剂
B、高温、常压 C、尽可能高温、高压
D、适当的温度、适当的高压、适宜 催化剂
3．在合成氨工业中，为增加NH3的日产 量，下列变化过程不能使平衡向右移动
的是（ BC ） （A）不断将NH3分离出来 （B）使用催化剂
（C）采用700K左右的高温