化学反应条件的优化 PPT课件

• 4．根据合成氨反应的特点分析，当前最有前 途的研究发展方向是( )
• A．研制耐高压的合成塔
• B．采用超大规模的工业生产
• C．研制耐低温复合催化剂
• D．探索不用H2和N2合成氨的新途径 • 解析： 在其他条件相同的情况下，使用催化
剂可以使合成氨反应的速率提高上万亿倍。
• 答案： C
5．合成氨工业的原料气中含有少量 CO，CO 会使催化剂失 去催化能力(催化剂中毒)，因此，在进入合成塔前必须将其除去一 般用醋酸二 氨合铜溶液来吸收原料气中的 CO，其反应为： Cu(NH3)2Ac＋ CO＋ NH3 [Cu(NH3)2]Ac·CO(正 反 应 为 放 热 反 应)
• 答案： (1)常压、450 ℃、催化剂
• (2)在此温度下催化剂的活性最高
• (3)在常压下SO2的转化率就已经很高了(97.5 %)，若采用高压，平衡能向右移动，但效果 并不明显，比起高压设备，得不偿失
• (4)增大反应物O2的浓度，提高SO2的转化率 • (5)防止污染环境
可逆反应 X(g)＋2Y(g) 2Z(g)(正反应为吸热反应)，为了有
• (4)浓度
• ①适宜条件：氮气和氢气按分1∶压2.比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
利用率
•
为了提高原料的
循环使用
，未反应的氮气和氢 气
。
• [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。
• 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
• 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。
• 二、合成氨反应的速率
• 三、合成氨的适宜条件
• 1．合成氨反应条件的选择原则
• (1)尽量增大反应物转的化率
• (2)选择较快的反应速率 的产量；
，充分利用原料； ，提高单位时间内
• (3)考虑设备和技术条件。
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
• 2．合成氨反应的适宜条件 • (1)压强 • ①适宜条件
利于 Z 的生成，应采用的反应条件是( )
A．高温高压
B．高温低压
C．低温高压
D．低温高压
• 解析： 该反应的特点是：正反应是一个气体 体积缩小的吸热反应。根据化学反应速率要尽 量大的原理：需要升高温度、增大压强、使用 正催化剂；根据平衡移动原理，也是升高温度、 增大压强，才有利于Z的生成。
• 答案： A
• 答案： D
• 2．(2011·徐州高二质检)合成氨反应的正反 应是气体体积减小的放热反应。合成氨工 业的生产流程如下：
• 关于合成氨工业的说法中不正确的是( ) • A．混合气进行循环利用遵循绿色化学思想 • B．合成氨反应须在低温下进行 • C．对原料气进行压缩是为了增大原料气的转
化率
• D．使用催化剂可以提高反应的速率，但是不 能使平衡向正反应方向移动
(1)醋酸二氨合铜吸收 CO 的生产适宜条件是__________； (2)吸收 CO 后的醋酸铜氨溶液经过处理后可再生，恢复其吸 收 CO 的能力以供循环使用，醋酸铜氨液再生的生产适宜条件是 ________。
• 解析： (1)醋酸二氨合铜吸收CO反应为气体 体积减小的放热反应，降低温度或增大压强平 衡向吸收CO的方向移动，故应采用低温、高 压作为生产条件。
• 1．(2011·龙岩高二质检)合成氨工业中，常加 热到700 K左右的温度，理由是( )
• ①适当提高合成氨的反应速率 ②提高氢气转 化率 ③提高氨的产率 ④催化剂在700 K时
活性最大
• A．①
B．①②
• C．②③④
D．①④
• 解析： 温度对合成反应的限度和速率的影响 不一致，一般采用700 K左右的温度，主要是 因为催化剂在700 K时活性最大。
• 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
• (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。
(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。
• 思路点拨： 解答本题注意以下两点： • (1)抓住本反应的反应特点。
• (2)把外界条件对化学反应速率和化学平衡的 影响和实际情况有机结合起来。
• 从提高反应速率考虑，合成SO3需要加入催化 剂和升温，加压；从增大反应物的转化率方面 考虑，合成SO3需低温，加压，通入廉价空气； 从表中数据和设备材料的要求以及催化剂的活 性方面综合考虑，选择最适宜条件。
• 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
• 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 ()
＝－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：正反应是气体减体小积 的 反 应 。 • (4)焓变： ΔH<0 。
• 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)放出CO的反应应采用高温、低压作为生产 条件。
• 答案： (1)低温、高压
• (2)高温、低压
• 答案： B
• 3．不能用化学平衡移动原理说明的事实是 ()
• A．合成氨在高压下进行是有利的
• B．温度过高对合成氨不利
• C．使用催化剂能使合成氨速率加快
• D．及时分离从合成塔中出来的混合气，有利 于合成氨
• 解析： 合成氨反应是放热的，气体体积减小 的反应，高压、及及分离氨有利于平衡右移； 温度升高会使平衡向左移，不利于氨的合成； 使用催化剂能加快化学反应速率，但对化学平 衡无影响。
• 答案： C
• 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。
• (3)实际生产中，采用的压强为常压，其原因
是
___________
___
________________________百度文库____。
• (4) 在 生 产 中 ， 通 入 过 量 空 气 的 目 的 是 ________________。
• (5) 尾 气 中 有 SO2 必 须 回 收 是 为 了 ___________________。
• 第4节 化学反应条件的优化 •——工业合成氨
• 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。
• 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
(已知制 SO3 过程中催化剂是 V2O5，它在 400～500 ℃时催化 效果最好)
下表为不同温度和压强下 SO2 的转化率(%)：
• (1)根据化学理论综合分析，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__________________________。
• (2)在一定温度、压强下，反应物氮气、氢气
1∶的3
体
积
比
时平衡混合物中氨的含量最高。
为
• [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。
• 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。
• (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 为主的多成分催化剂 ，又 铁称触媒 。
• ②理论依据：加快反应速率。
• 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
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
• 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( )