高二化学合成氨条件的选择PPT教学课件 (2)
合成氨条件的选择
..专心. 31合成氨条件的选择一、化工生产的基本原那么：①、多：产量、产值高。
②、快：，周期短，速率快。
③、好：流程简捷、产率高、污染少、过程优化、条件易控制、产品纯度高；生产过程安全性强等。
④、省：省工、省时、省料、省能。
二、合成氨的适宜条件化工生产中适宜条件的选择：目的：尽可能加快反应速率和提高反应进行程度。
依据：外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的规律。
原那么：①既要注意条件对速率的影响，又要注意对转化率的影响。
②既要注意温度、催化剂对速率的影响，又要注意催化剂活性对温度的限制。
③既要注意理论生产，又要注意实际可能性。
合成氨反应N2+3H 22NH3；ΔH=-92.4KJ/mol是一个正反应气体体积缩小且放热的可逆反应。
要提高合成氨的产率，对反应条件的选择，需要结合影响化学反应速率及化学平衡的条件和其他因素综合考虑，各方面兼顾。
化学反应速率化学平衡移动方向适宜条件的选择增加反应物浓度增大正反应速率平衡向正反应方向移动N2、H2及浓度之比为1:3并及时补充N2和H2。
减少生成物浓度减小逆反应速率平衡向正反应方向移动使气态NH3变为液态NH3，及时从平衡混合物中分离出来。
增大压强增大正、逆反应速率平衡向生成氨的方向移动压强越大，需要的动力越大，对材料的要求和设备的制造工艺要求也高，一般采用2.02×107Pa～5.05×107Pa升高温度增大正、逆反应速率平衡向逆反应方向移动低温有利于氨的合成，但是温度过低，反应速率慢，达到平衡的时间长。
结合考虑催化剂的最正确催化活性，通常控制温度500℃使用催化剂增大正、逆反应速率不影响化学平衡，但减少达到平衡的时间选用铁触媒思考：工业上生产H2SO4：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)为何不采用加压方法？〔因为在常压下SO2的转化率已达91%，不需要再加压〕。
化学反应的调控ppt课件
博施 （1931年） 实现了合成氨
的工业化
埃特尔 （2007年） 揭开了合成氨的微 观催化机理
“合成氨”里的中国人：2016年中科院大连化学物理研究所研究团队 研制合成了一种新型催化剂，将合成氨的温度、压强分别降到了350 ℃、 1 MPa ，更加节能、降低成本。
（1）压强 一般采用的压强为10MPa~30MPa
选择依据：压强越大，速率越快，同时平衡正向移动，越有利于合 成氨，但压强越大，对材料和设备的要求就越高，需要 的动力也越大，可能降低综合经济效益。
（2）温度 一般采用的温度为400~500 ℃ 选择依据： 该温度下催化剂活性最大，反应速率比较快，氨的含量 也相对较高。
速率
产率
经济 成本
安全 条件
设备 条件
一、合成氨反应及其特点
合成氨的热化学方程式为
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH= -92.4 kJ·mol-1
可逆性 体积变化
反应为 可逆 反应。 正反应是气体体积 缩小 的反应。
焓变
∆H < 0，熵变：∆S < 0
自发性
常温（298K）下，∆H－T∆S < 0，能自发进行。
通常采用加入催化剂的方法，改变反 应历程降低反应的活化能，使反应物在较 低温度时能较快地发生反应
二、工业合成氨适宜条件的选择
3、催化剂
铁触媒在500℃左右时的活性最大，这也是合成氨一般选择 400~500℃进行的重要原因。另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”， 原料气必须经过净化。
因吸附或沉积毒 物而使催化剂活性降 低或丧失的过程。
参加反应的物质组成、结构和性质等本身因素 温度、压强、浓度、催化剂等反应条件
部编人教版高二化学选修2《第1单元走进化学工业课题2人工固氮技术——合成氨》课堂教学精品ppt课件
工具
第一单元 走进化学工业
栏目导引
【解析】 勒夏特列原理运用范围，就是能使已平衡的可 逆反应发生平衡移动的一些因素。选项A中催化剂不能使平衡移 动。选项B中加压可使合成氨反应正向移动。选项C中高温不利 于合成氨，只能加快反应速率，另外，500 ℃左右铁触媒活性最 大。选项D中，循环使用，不涉及平衡移动问题。
工无论从反应速率还是化学平衡考虑，压强越大越 有利于合成氨。但压强太大，动力消耗大，设备的质量和制造 水平要求高，故必须综合考虑。目前我国合成氨厂一般采用的 压强在10～30 MPa之间。
(3)温度：对于放热反应，升温可提高反应速率，但转化率 降低，若温度太低，反应速率又太慢，综合考虑以500 ℃左右为 宜。而且在此温度下催化剂活性最大。
②______________________________________。
工具
第一单元 走进化学工业
栏目导引
【解析】 (1)对合成氨的反应，催化剂只能提高反应速率， 不能使化学平衡发生移动；高压能提高化学反应速率，也能使 化学平衡向生成氨的方向移动。(3)电解水制氢气，电能消耗大， 成本高；煤作原料，能源消耗大，污染大。天然气作为洁净燃 料，便于管道运输，有投资省、能耗低的优点。
【点评】 本题主要考查氨的工业合成和硝酸的工业生产， 主要掌握氨的生产原理和主要流程，以及反应条件的选择。
工具
第一单元 走进化学工业
栏目导引
2.工业上合成氨的原料之一——氢气，有一种来源是石油气， 如丙烷。
(1)有人设计了以下反应途径(反应方程式未配平)，假设反应 都能进行，你认为最合理的是( )
【答案】 B 【点评】 勒夏特列原理只能解释有关平衡移动问题，不 能用于解释化学反应速率问题。有效碰撞理论、勒夏特列原理 各有其应用的对象，应加以区分。
第四节 合成氨条件的选择
第四节 合成氨条件的选择反应特点：N 2 + 3 H 2 2 NH 31．氨的合成是发热反应，气体体积缩小的可逆反应．2．N 2分子稳定，不易与H 2化合．3．由勒夏特列原理：低温、高压有利于平衡向合成氨方向移动．一、合成氨条件的选择1．压强分析增大压强：①．增大压强能加快反应速率，缩短到达平衡的时间，有利提高反应混合物中氨的百分含量．②．压强越大，需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求越高．450℃、1atm时，转化率已达97.5％，450℃、1000atm 时，转化率仅99.7％，所以不采用高压．工业应用：200 ～ 500 atm2．温度分析：从反应速率看温度越高越好，从转化率看，正反应是放热反应，温度越高转化率越低，不利于氨的合成，考虑催化剂的活性温度．工业应用：500℃3．催化剂分析：使用催化剂可极大提高反应速率，同时由于吸附在催化剂表面的反应物浓度增大，也能增大反应速率．工业应用：铁触媒——以铁为主体的多成分催化剂．4．浓度的选择减小生成物的浓度和增大反应物的浓度，所以分离生成的氨，补充氢气、氮气．练习：1．在一定温度和压强下，氮气和氢气以1∶3体积比相混合，反应到达平衡时，混合气体总体积中有15％的氨气．求混合气中氮气、氢气的体积分数．N 2 + 3 H 2 2 NH 3起始体积（L ） 1 3变化体积（L ） x 3x 2x平衡体积（L ） 1－x 3－3x 2x15％x x x x 2)33()1(2+-+-=x = 236 则：N 2：21.25％，H 2：63.75％2．在密闭容器中进行合成氨反应，在恒温下，若氮气和氢气的起始浓度分别为4 mol/L 和8 mol/L ，到达平衡后，有10％的氮气发生了反应，通过计算说明：①．平衡建立后密闭容器中的压强有何变化？②．此时氨占总体积的百分数是多少？③．到达平衡时，如果使氨的浓度变为1 mol/L ，则需采取哪些措施（不计算）？①． N 2 + 3 H 2 2 NH 3起始浓度（mol/L ） 4 8变化浓度（mol/L ） 4×10％ 3×4×10％ 2×2×10％平衡浓度（mol/L ） 4－0.4 8－1.2 0.893.0848.08.66.3121212=+++===VC VC n n P P 则：是反应前的93.3％②．％＝＋＋＝＝总总1.76.38.68.08.033n n V V NH NH ③．加压、降温．3．接触法制硫酸中，煅烧黄铁矿（FeS 2）所得气体含N 278％、O 211％、SO 27％、CO 24％，进入合成塔反应（2 SO 2 + O 2 2 SO 3），气体体积变为原来的96.7％，求SO 2的转化率及反应后O 2和N 2的体积比？2 SO 2 + O 2 2 SO3 △V取100体积原气 2 1 1x = 6.6 y = 3.3 100－96.7SO 2转化率＝76.6＝94.3％ 反应掉O 2＝3.378077783.31122=-=N O V V4．将相同状况的氢气和氮气各560 L ，使其混合并且发生反应，到达平衡后得到896 L 混合气体（STP ），求混合气体中各成分的物质的量？N 2 + 3 H 2 2 NH 3起始体积（L ） 560 560变化体积（L ） x 3x 2x平衡体积（L ） 560－x 560－3x 2x890 ＝ 2 x +（560－x ）+（560－3x ）x = 112 L物质的量：N 2：20 mol 、 H 2：10 mol 、NH 3：10 mol。
合成氨条件的选择
(2)增大压强时合成SO3是否有利?在 实际生产中应如何选择压强?为什么?
有利。在实际生产中应采取常压，因 常压下反应物已有很高转化率，增大压强 虽然可提高SO2转化率，但对设备要求也 高，得不偿失。
2020/11/16
(3)生产中要用过量的空气，为什么?
用过量的空气，可增大反应物中O2的 浓度，从而加快反应速率，并提高SO2的 转化率。
2020/11/16
合
成 氨第 条四 件节
的
选 择
[复习提问] 1.影响化学反应的因素有哪些？ 2.要使一个化学平衡发生移动,可改变哪些 条件?
2020/11/16
一、合成氨的条件选择 1.压强 20 MPa～50MPa 2.温度 500℃左右 3．催化剂 铁触媒——以铁为主体的多成分催化剂。
那么，从平衡混合气中分离出NH3，利 用了氨气的什么性质呢? 易液化 合成氨是在什么设备中进行的? 合成塔。 ①有耐高压的厚壁；②安放有厚层的催化 剂；③有热交换器。
2020/11/16
由于合成氨的反应是放热反应，通过热交 换器，可以预热氮、氢混合气体，使热量 得到充分利用，那么这样的设备是不是最 好的设备呢?将来还有可能有更好的设备 吗?请同学们阅读课本——合成氨工业的 发展前景。
改变浓度。
2020/11/16
4．浓度：分离出NH3后的N2、H2循环使 用，并及时补充原料气。 对，N2和H2开始以1：3的体积比进入合 成塔，分离出来的气体中N2和H2仍为 1：3，再以1：3的体积比补充原料气， 就可以使反应物始终保持一定的浓度， 避免了不断调整反应物配比的麻烦。
2020/11/16
2020/11/16
二、会，因为新催化剂可以使反应在较 低温度下就有很大的反应速率，这样降 低了反应所需温度，低温有利于平衡正 向移动，增大NH3的产量，这样就可以 减缓生产中对压强的要求而减少设备制 造的投资。
《合成氨的概述》课件
合成氨的发现
总结词
合成氨的发现可以追溯到19世纪末期，当时科学家们开始探索氮和氢合成氨的可能性。
详细描述
1898年，德国化学家弗里茨·哈伯（Fritz Haber）和助手卡尔·博施（Carl Bosch）成功地开发出了一 种能够实现大规模合成氨的方法，这种方法被称为哈伯-博施法。这一发现为工业生产和农业提供了大 量的氨，对全球经济发展和人类生存具有重要意义。
原料气的净化
总结词
原料气的净化是合成氨生产工艺的重要环节，主要是通过化学和物理方法去除 原料气中的杂质，如二氧化碳、硫化氢和氧气等。
详细描述
原料气的净化通常包括脱硫、脱碳和脱氧等过程。脱硫主要是用碱性溶液或固 体吸收剂去除硫化氢；脱碳主要是用溶液吸收或固体吸附剂去除二氧化碳；脱 氧主要是通过催化剂或氧化反应将氧气转化为水。
环保与安全问题
总结词
合成氨工艺中存在一些环保与安全问题，需要采取相应的措施加以解决。
详细描述
合成氨工艺中会产生大量的废气和废水，如果处理不当会对环境造成污染。因此，需要 采取一系列环保措施，如废气处理、废水处理和废弃物回收等。此外，由于合成氨工艺 需要在高温高压下进行，也存在一定的安全风险。因此，需要采取相应的安全措施，如
《合成氨的概述》 ppt课件
目 录
• 合成氨的简介 • 合成氨的生产工艺 • 合成氨的工艺特点 • 合成氨的未来发展 • 总结
01
合成氨的简介
合成氨的定义
总结词
合成氨是指将氮和氢在高温高压和催化剂的作用下合成为氨的过程。
详细描述
合成氨是一种化学反应，通常在高温高压和催化剂存在的条件下进行，将氮气和氢气合成为氨气。这个反应是工 业上大规模生产氨的重要方法，也是化学工业中的重要反应之一。
高中化学 1.2 氨的工业合成课件 鲁科版选修2
20~50 MPa 的压强
要点一
要点二
即时检测
典例导航 即时演练
反应 条件
对化学反 应速率的 影响
升高 温度
有利于增 大化学反 应速率
使用 催化剂
有利于增 大化学反 应速率
对平衡混合物中氨
含量(体积分数)的 合成氨条件的选择 影响
升高温度,化学反应速率
增大,但不利于提高平衡
不利于提高平衡混 合物中氨的含量
混合物中氨的含量,因此, 合成氨的温度要适宜,工 业上一般采用 500 ℃左
右的温度,在这个温度时, 铁触媒的活性也最大
工业上一般采用铁触媒,
没有影响
使反应能在较低温度下
较快进行
要点一
要点二
即时检测
典例导航 即时演练
【例1】 对3H2+N2 2NH3(正反应为放热的反应)的平衡体系, 下列说法正确的是( )
A.在容积、温度不变时,充入Ne,压强增大,平衡向正反应方向移
动
B.升高温度,v(正)、v(逆)都增大,增大的程度是v(逆)<v(正)
C.分离出氨,平衡向正反应方向移动,v(正)增大
D.增大N2的物质的量,H2的转化率增大,N2的转化率减小 解析：增大组分浓度、增大压强、升高温度,v(正)、v(逆)都增大,
要点一
要点二
即时检测
典例导航 即时演练
2.合成氨的适宜条件。
反应 条件
增大 压强
对化学反 应速率的 影响
有利于增 大化学反 应速率
对平衡混合物中氨
含量(体积分数)的 合成氨条件的选择 影响
增大压强,有利于氨的合
有利于提高平衡混 合物中氨的含量
成,但需要的动力大,对材 料、设备等要求也高,因 此,工业上一般采用
合成氨生产工艺流程教材ppt(20张)
• 生产实践证明，操作压力在20～35MPa时 总能量消耗比较低。
（二）、温度
• 将某种催化剂在一定成产条件下具有最高氨生 成率的温度称为最适宜的温度。
• 最适宜温度还和空间速度、压力等有关 • 经生产实践得出氨合成操作温度控制在
而又在新鲜气加入之前。
•合成氨生产工艺流程教材(PPT20页)
•合成氨生产工艺流程教材(PPT20页)
（三）、反应前的回收利用
• 回收利用反应热的方法主要有以下几种 • 1.预热反应前的前氢氮混合气。在塔内设置换热
器，用反应的高温气体预热反应前氢氮混合气 达到催化剂的活性温度。 • 2.预热反应前的氢氮混合气和副产蒸气 • 既在塔内设置换热器预热反应前的氢氮混合气， 又利用余热副产蒸气。 • 3.预热反应前的氢氮混合气和预热高压锅炉给水 • 反应后的高温气体先通过塔内的换热器预热反 应前氢氮混合气，后在通过塔外换热器预热高 压锅炉给水。
第一节 氨合成的基本理论
• 一、氨合成反应的特点
•
3H2+N2=2NH3+Q
• (1)是可逆反应。即在氢气和氮气反应生
成氨的同时，氨也分解成氢气和氮气。
• (2)是放热反应。在生成氨的同时放出热 量，反应热与温度、压力有关。
• (3)是体积缩小的反应。
• (4)反应需要有催化剂才能较快的进行 。
二、氨合成反应的化学平衡
•合成氨生产工艺流程教材(PPT20页)
•合成氨生产工艺流程教材(PPT20页)
（二）、惰性气体的排除
• 氨合成循环系统惰性气体通过三个途径 带出：
• 1.一小部分从系统中漏损； • 2.一小部分溶解在液氨中被带走； • 3.大部分采用放空的方法，即间断或连续
新人教版选择性必修1第2章第4节化学反应的调控课件(27张)
身因素件
原则
从化学反应速率分析 从化学平衡移动分析
从原料的利用率分析 从实际生产能力分析 从催化剂的使用活性分
既不能过快,又不能太慢 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性,又要 注意二者影响的矛盾性 增加易得廉价原料,提高难得高价原料的利用率,从而 降低生产成本 如设备承受高温、高压能力等
(2)温度
根据平衡移动原理,合成氨应该采用 低温 以提高平衡转化率。当温度降低
会使反应速率减小,达到平衡所需时间变长。目前在实际生产中一般采用的温
度为400~500 ℃ 。
新课探究
(3)催化剂
高温高压下,合成氨反应进行仍十分缓慢,通常采用加入催化剂的方法,改变 反应历程,降低 反应的活化能,使反应物在较低温度时能较快进行反应。 目前合成氨工业中普遍使用铁触媒为催化剂,铁触媒在500 ℃ 左右时活性
新课探究
例2 对于工业合成氨反应N2+3H2⇌2NH3 ΔH<0,下列判断正确的是( D ) A.3体积H2和足量N2反应,必定生成2体积NH3 B.使用合适的催化剂,可以提高原料的利用率 C.500 ℃左右比室温更有利于向合成氨的方向进行 D.及时使氨液化、分离的主要目的是提高N2和H2的利用率
课堂评价
[解析] 催化剂不能使平衡发生移动,只能改变反应速率; 将氨从混合气体中分离出来,使平衡右移,但不能加快反应速率; 升高温度可以加快反应速率,化学平衡逆向移动; 增大压强,加快反应速率,有利于平衡正向移动。
课堂评价
3.工业合成氨的反应原理为 N2(g)+3H2(g) ⇌2NH3(g) ΔH <0,下列措施既能加快反应速 率又能提高产率的是 ( C ) A.升高温度 B.分离出NH3 C.增大压强 D.使用催化剂
氨的合成中小学PPT教学课件
_____________________________________ _______。
解析 (1)对合成氨的反应，催化剂只能提高反 应速率，不能使化学平衡发生移动；高压能提 高化学反应速率，也能使化学平衡向生成氨的 方向移动。(3)电解水制氢气，电能消耗大，成 本高；煤作原料，能源消耗大，污染大。天然 气作为洁净燃料，便于管道运输，有投资省、 能耗低的优点。(4)合成氨的反应是一可逆反应， 所以从合成塔出口出来的含氨混合气中有相当 一部分是未反应的氮气和氢气的混合气。采用 循环法，先通过冷凝把氨从合成塔出来的混合 气中分离出来，余下未反应的氮气和氢气的混 合气体用循环压缩机重新送入合成塔进行反应。
提示 要提高合成氨经济效益，一要考虑反 应快慢
二要考虑N2与H2的转化率，所以合适的条件 为温度为500～700 ℃，选择中压、适宜的催 化剂，N 与H 的投料比为1∶2.8时，生成的
1．了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、 流程和意义，知道催化剂的研制对促进化工 发展的重大意义，认识实际化工生产技术问 题的复杂性，增强技术意识。
有利
不利于 提高平 衡混合 物中氨 的含量
升高温度，化学反 应速率增大，但不 利于提高平衡混合 物中氨的含量，因 此，合成氨时温度 要适宜，工业上一 般采用400～500 ℃左右的温度，在 这个温度时，铁触 媒的活性也最大
【例1】化学反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的正反应是放热反 应，在一定的条件下达到了化学平衡。要再提高化学反应
溶液吸收：K2CO3＋CO2＋H2O===2KHCO3。 (4)精制原料气：原料气通过用醋酸、铜和氨配酸制成的溶
液来吸收CO、CO2、O2、H2S等少量有害气体，进行精制 处理。
3．氨的合成与分离
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氨气为主要原料生产的高效氮肥——尿素，使得世 界上近亿人免除了饥荒。
请你结合所学过的知识和课本上提供 的数据及资料进行分析探讨。
A、氮气和氢气为什么不容易化合成氨？
B、反应N2+3H2 2NH3有何特点？
C、如何通过浓度等外界条件的改变，提高单 位时间里NH3的产量？ D、如何才能最大程度的提高平衡混合物里 NH3的含量？
工业合成氨简易流程图
除去杂质气体、粉尘等， 防止催化剂“中毒”
N2和H2(循环)
制取
净
压
合
分
原料气
化
缩
成
离
(循环操作过程) 液氨
空气
压缩液化 液态空气
蒸发
氧跟碳作用 CO2+N2 分离出CO2
N2(先逸出) N2
水蒸气
赤热煤 或焦炭
H2+COH催2O化(剂气) CO2+H2
高压水洗法 分离出CO2
练习题
H2
C+H2O＝CO+H2 CO+H2O(g) 催化剂 CO2+H2
四、固氮
（1）定义 将空气中游离态的氮转化为化合态的氮。
1、生物固氮Βιβλιοθήκη 2、自然固氮 3、化学固氮 4、人工摸拟生物固氮
1、工业上用氢气和一氧化碳气体在一定条件下反应
生产甲醇( D )
CO(g)+2H2(g)
CH3OH(g)+热量
为了提高甲醇的产量，从理论上讲下列措施中正确的是
A 高温高压
B 高温低压
C 低温低压
D 低温高压
２、氨分子的空间构型是三角锥，不是平面正三角形，
最充分的理由是（AB）
A NH3是极性分子 B NH3的三个N—H键键长相等，键角均为107°18’ C NH3的三个N—H键键长相等，键角均为120° D NH3的三个N—H键键角相等，键长也相等
高二化学第二章第四节
合成氨
1914年第一次世界大战一开始，英国就从海上封 锁德国从智利进口硝石。于是人们预言，德国得不 到智利硝石，农田将缺乏肥料，炸药工厂也将停产， 那么德国最迟在1915年或1916年便要自动投降。可是 1916年过去了，德国还在顽强地战斗，农田照样一 派浓绿。前线的炮火反而更加猛烈。原来……德国 以哈伯为首的一批化学家克服了当时的世界化学难 题——以价廉的空气、水和煤炭合成了重要的化工
合成氨适宜条件的选择
N2 + 3H2
2NH3 压强 温度 催化剂
（正反应放热）
浓度
要增大氨的 生成速率
高压 高温
要
增大氢气和 氮气的浓度
从平衡移动角度 提高氨的产率
高压
低温
无影响
减小平衡混合 物中氨的浓度
权衡利弊选择合 成氨合适条件
20MPa ~
50MPa
5左00右℃铁触媒
使氨液化并及时 分离出去，及时 补充N2和H2