《优课系列高中化学鲁科选修4 2.4化学反应条件的优化——工业合成氨 课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《优课系列高中化学鲁科选修4 2.4化学反应条件的优化——工业合成氨 课件（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、化学反应条件的优化 工业合成氨 选修 化学反应原理 鲁科版 化学热 力学 化学动 力学 化学反应 的方向 化学反应 的限度 化学反应 的速率 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 怎样能提 高合成氨 反应速率 适宜的合成氨条件 工艺流程 化学工艺学 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 一 合成氨反应 1 合成氨反应的特点 可逆反应 正反应气态物质系数减小 正反应是放热反应 熵减小的反应 N2 g 3H2 g 2NH3 g H 92 2kJ mol 1体积 3体积 2体积 S 198 2J K 1 mol 1 2 合成氨条件的选择 1 合
2、成氨反应的限度 温度 压强有利于化学平衡向生成氨 的方向移动 N2 H2体积比为 时平衡混 合物中氨的含量最高 2 合成氨反应的速率 实验研究表明 在特定条件下 合成氨反应的 速率与反应的物质的浓度的关系为 降低 增大 1 3 C N2 C1 5 H2 C 1 NH3 增大N2 H2浓度 将氨及时从混合物中分离 出去 增大压强 升高温度 使用催化剂 二 合成氨的适宜条件 使用催化剂可使合成氨反应的速率提高 上万亿倍 交流 研讨 研讨讨的内容研讨讨的问题问题 1 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 压强怎么定 2 既然降低温度有利于 平衡向生
3、成氨的方向移动 那么生产中是否温度越 低越好 3 催化剂对化学平衡的移动 没有影响 在合成氨工业中 要不要使用催化剂 为什么 温度怎么选择 要不要用催化 剂 1 压强怎么选 分析 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 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 2 温度怎么选择 分析 因为正反应方向是放热的反应 所以降低温度 有利于平衡正向移动 可是温
4、度越低 反应速率越小 达到平衡所需 要的时间越长 因此温度也不宜太低 催化剂要在一定温度下催化活性最大 综合以上因素 实际生产中温度一般选择在 700K左右 主要考虑催化剂的活性 3 用不用催化剂 实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂 铁触媒 它在700K时活性最高 分析 经济效益和社会效益要求化学反应速度要快 原 料的利用率要高 单位时间的产量要高 4 浓度怎么定 N2 和H2的比例怎么定 增大反应物的浓度可以增大反应速率 减小生 成物的浓度可以使平衡正向移动 从化学平衡的角 度分析 在氮气和氢气的物质的量比为1 3时 平衡转化率最大 但是实验测得适当提高N2的浓 度 即N2和H2的物质的量
5、比为1 2 8时 更能促 进氨的合成 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 外部条件工业业合成氨的适宜条件 压压强 温度 催化剂剂 浓浓度 总结 合成氨的适宜条件 根据反应器可使用的钢材质量 及综合指标来选择压强 适宜温度 700K左右 使用铁触媒作催化剂 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 2 合成氨工业中 除了采用高压 加入催化剂外 还要 把温度提高到700K左右 其原因和目的是 A 提高氢气的转化率 B提高氨的产率 C适当提高氨的合成速率D催化剂在700K左右时活性最大 工业上利用某可逆反应生产产品 一般要使用催化剂 这样可以大大加快化学 反应速率 提高生产效率 也提高了经济效益 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 小结 反思 总结
