化学反应条件的优化——工业合成氨PPT课件(上课用)1

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[开放探究] 1.合成氨工业生产中，为什么采用N2和H2物质 的量之比为1∶2.8的投料比？
提示： 由于氮气在催化剂上的吸附为总反应中最难发生 的步骤，即影响反应速率的关键步骤，当适当提高氮气的比例， 即N2和H2物质的量之比为1∶2.8时更能加快合成氨反应的进行。
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第二章 化学反应的方向、限度与速率
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1．合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义，原 合成氨需要20 MPa、700 K，用铁做催化剂，最近美国俄勒冈大 学的化学家使用了一种名为transFe(DMeOPrPE)2的催化剂，常 温下用N2和H2合成了氨。下列有关说法正确的是( )
A．原合成氨是吸热反应，而新法合成氨为放热反应 B．新法合成比原合成节约能源，具有很好的发展前景 C．新法能在常温下进行是因为不需要破坏化学键 D．加压不利于新法合成氨
2．合成氨反应的适宜条件 (1)压强 ①适宜条件
②理论依据：压强越大，要求动力越大，对材料和设备的 制造要求就越高。
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第二章 化学反应的方向、限度与速率
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(2)温度 ①适宜条件：
700 K
左右
②理论依据：该温度下催化剂的活性最高，反应速率比较 快，氨的含量也相对较高。
(3)催化剂
①适宜条件：以 铁触媒 。
答案： C
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第二章 化学反应的方向、限度与速率
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第二章 化学反应的方向、限度与速率
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化工生产选择适宜条件的思路 对于某一特定的实际反应，选取适宜的外界条件的基本思 路如下： 1．从可逆性、反应前后气体系数的变化、焓变三个角度分 析化学反应的特点。 2．根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响； 从速率和平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。
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第二章 化学反应的方向、限度与速率
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2．合成氨反应的限度 (1) 降低 温度、 增大 压强将有利于化学平衡向生成氨的 方向移动。
(2) 在 一 定 温 度 、 压 强 下 ， 反 应 物 氮 气 、 氢 气 的 体 积 比 为 1∶3 时平衡混合物中氨的含量最高。
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二、合成氨反应的速率
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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。
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第二章 化学反应的方向、限度与速率
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第二章 化学反应的方向、限度与速率
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(1)选取适宜的化工生产条件时，要运用反应速率和化学平 衡移动原理，同时考虑化工生产中的动力、材料、设备、催化 剂等因素的影响，综合选取适宜条件。
(2)自然界中，生物固氮酶催化的作用，在常温常压下、将 游离的N2转化为化合态氮，因此防生固氮酶催化剂可大大提高 N2转化速率和效率。
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[开放探究] 2.合成氨工业生产中，为什么采用未转化的合 成气的循环使用？
提示： 合成氨反应中，如果让N2和H2的混合气体只通过 一次合成塔起反应是很不经济的，应将分离液氨后的未转化的 合成气进行循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定 的浓度，有利于合成氨反应的进行。
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第二章 化学反应的方向、限度与速率
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第二章 化学反应的方向、限度与速率
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(2011·东城区高二质检)在硫酸工业中，通过下列反应使 SO2 氧化成 SO3：2SO2(g)＋O2(g)催化 △剂2SO3(g) ΔH＝－198 kJ·mol－ 1。
第4节 化学反应条件的优化
——工业合成氨
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第二章 化学反应的方向、限度与速率
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1．认识合成氨的化学原理。 2．应用化学平衡和化学反应速率的有关 知识选择合成氨的条件。 3．了解合成氨生产的主要流程。 4．了解工业条件选择的依据和原则。
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第二章 化学反应的方向、限度与速率
A．低温、高压、催化剂 B．低温、低压、催化剂 C．高温、高压、催化剂 D．适当温度、低压、催化剂 解析： 根据合成氨反应的特点、外界条件对反应速率和 化学平衡的影响及催化剂的活性进行选择。 答案： C
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第二章 化学反应的方向、限度与速率
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3．使一定量的氮气、氢气合成氨，施加催化剂和高压的反 应条件，下列叙述中正确的是( )
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一、合成氨反应的限度
1．合成氨反应的特点 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.2 kJ·mol－1 ΔS ＝－198.2 J·K－1·mol－1 (1)自发性：常温下能自发进行。 (2)可逆性：反应为可逆反应。 (3)体积变化：正反应是气体体积 减小 的反应。 (4)焓变： ΔH<0 。
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第二章 化学反应的方向、限度与速率
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解析： 无论哪个方法均用到反应 N2＋3H2 2NH3，该 反应为放热反应，加压均有利，在反应过程中均存在旧键断开、 新键形成。
答案： B
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第二章 化学反应的方向、限度与速率
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2．从化学反应速率和化学平衡两方面考虑，合成氨应采用 的条件是( )
A．都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响 B．都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用 的时间 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．催化剂能缩短达到平衡状态所用的时间，而压强无此作 用
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第二章 化学反应的方向、限度与速率
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解析： 催化剂只能提高化学反应速率，缩短反应达到平 衡状态所用的时间，不能改变化学平衡状态。对氮气、氢气合 成氨的反应来说，加压既能加快化学反应速率，又能使平衡状 态向生成氨的反应方向移动。加快了化学反应速率，必然缩短 了反应达到平衡所用的时间。
铁 为主的多成分催化剂，又称
②理论依据：加快反应速率。
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第二章 化学反应的方向、限度与速率
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(4)浓度 ①适宜条件：氮气和氢气按分压比 1∶2.8 混合。
②理论依据：适当提高氮气的分压，来提高氢气的转化率。
(5)其他
为了提高原料的 。
循环使用
利用率
，未反应的氮气和氢气
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第二章 化学反应的方向、限度与速率