工业合成氨条件的选择

1、复习复习影响化学反应速率和化学平衡影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些的重要因素有哪些? 化学反应速率化学反应速率 化学平衡化学平衡 温度温度气体压强气体压强催化剂催化剂浓度浓度温度越高温度越高,反应速反应速率越大率越大压强越大压强越大,反应速反应速率越大率越大正催化剂加快反应正催化剂加快反应速率速率反应物浓度越大反应物浓度越大,反反应速率越大应速率越大升高温度升高温度,平衡向吸平衡向吸热方向移动热方向移动增大压强增大压强,平衡向气态物平衡向气态物质系数减小的方向移动质系数减小的方向移动催化剂对平衡无影响催化剂对平衡无影响增大反应物浓度增大反应物浓度,平平衡正向移动衡正向移动 弗里茨弗里

2、茨哈伯哈伯将空气变为面包将空气变为面包一一 反应的自发性反应的自发性合成氨反应是一个可逆反应合成氨反应是一个可逆反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)已知已知298K时时: H= -92.2KJmol-1 S = -198.2JK-1mol-1合成氨反应有哪些特点？合成氨反应有哪些特点？请利用请利用化学平衡移动化学平衡移动的知识分析什么的知识分析什么条件有利于氨的合成？条件有利于氨的合成？N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H -92.2kJ/mol(1体积体积) (3体积体积) (2体积体积)思考？思考？T、P对合对合成氨成氨的影的影响响二二 化学平衡的移动化学平衡的移动NH

3、3%1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 0.60.50.40.30.20.1n(N2):n(H2)N2、H2物质的量比对产率的影响物质的量比对产率的影响1、你认为可以通过控制哪些反应条件、你认为可以通过控制哪些反应条件来提高合成氨反应的来提高合成氨反应的速率速率？ 升高温升高温度度 增大压增大压强强 增大反应物浓度增大反应物浓度 使用催化剂使用催化剂三、三、 化学反应速率化学反应速率2、实验实验研究表明研究表明，在特定条件下，在特定条件下，合成氨反应的速率与反应的物质的浓合成氨反应的速率与反应的物质的浓度的关系为度的关系为: =C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)请你根据关系

4、式分析：各物质的请你根据关系式分析：各物质的浓浓度度对对反反应应速率速率有哪些影响？可以采有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应取哪些措施来提高反应速率速率？ 增大增大N2H2浓度浓度,将氨及时从将氨及时从 混合气中分离出去混合气中分离出去催化剂对合成氨反应速率的影响条件条件 E /KJ/molK(催催)/K(无无)无催化剂无催化剂3353.41012(500)使用使用Fe催化剂催化剂167 使用催化剂可使合成氨反应使用催化剂可使合成氨反应 的速率提高的速率提高上万亿倍上万亿倍。3.分析催化剂对速率的影响分析催化剂对速率的影响生成生成物氨的浓度物氨的浓度反应物的浓度反应物的浓度催化剂催化剂温度

5、温度压强压强速率分析速率分析使使NH3生产得生产得快快外界条件外界条件高压高压高温高温使用使用增大浓度增大浓度减小浓度减小浓度平衡分析平衡分析使使NH3生产得生产得多多高压高压低温低温无影响无影响增大浓度增大浓度减小浓度减小浓度合成氨的反应合成氨的反应正反应为正反应为放热反应放热反应 分析角度分析角度反应条件反应条件使合成氨的速使合成氨的速率快率快使平衡混合物使平衡混合物中氨的含量高中氨的含量高压强压强温度温度催化剂催化剂高压高压高压高压高温高温低温低温 使用使用不影响不影响一致一致矛盾矛盾 1 1、压强怎么选？、压强怎么选？ 合成氨反应是气态物质系数减小的气合成氨反应是气态物质系数减小的气体

6、反应，体反应，增大增大压强既可以压强既可以增大增大反应速率，又能反应速率，又能使使平衡正向平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。移动，所以理论上压强越大越好。 但是压强越大，对但是压强越大，对设备设备的要求高、压缩的要求高、压缩H H2 2和和N N2 2所需要的所需要的动力动力大，因此选择压强应符合大，因此选择压强应符合实际科学技术。实际科学技术。 综合以上两点综合以上两点: :根据反应器可使用的根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强钢材质量及综合指标来选择压强。（阅读课本（阅读课本55-56页）页） 2 2、温度怎么选择？、温度怎么选择？因为正反应方向是放热的反应，所以因为正反应方

7、向是放热的反应，所以降低降低温度温度有利于平衡有利于平衡正向正向移动。移动。 可是温度越低，可是温度越低，反应速率越小反应速率越小，达到平衡所需，达到平衡所需要的时间越要的时间越长长，因此温度也不宜太低。，因此温度也不宜太低。催化剂催化剂要在一定温度下催化要在一定温度下催化活性活性最大。最大。 综合以上因素综合以上因素: :实际生产中温度一般选择在实际生产中温度一般选择在500500左右（主要考虑催化剂的活性）。左右（主要考虑催化剂的活性）。（阅读课本（阅读课本55-56页）页） 3 3、使用催化剂？、使用催化剂？ 实际生产中实际生产中选用选用铁铁为主体的多成分催化剂为主体的多成分催化剂（铁触

8、媒），它在（铁触媒），它在500500时活性最高。时活性最高。 经济效益经济效益和和社会效益社会效益要求化学反应速度要要求化学反应速度要快快，原料的利用率要，原料的利用率要高高，单位时间的产量要，单位时间的产量要高高。（阅读课本（阅读课本55-56页）页） 4 4、浓度怎么定？、浓度怎么定？ N N2 2 和和H H2 2的比例怎么定？的比例怎么定？ 增大增大反应物的浓度可以反应物的浓度可以增大增大反应速率，反应速率，减小减小生成物的浓度可以使平衡生成物的浓度可以使平衡正向正向移动。从化学平衡移动。从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1 1：3

9、 3时，时，平衡转化率最大平衡转化率最大，但是实验测得适当提高，但是实验测得适当提高N N2 2的的浓度，即浓度，即N N2 2和和H H2 2的物质的量比为的物质的量比为1 1：2.82.8时，更能促时，更能促进氨的合成。进氨的合成。 实际生产中的处理方法实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液及时将气态氨冷却液化化分离分离出去；及时将氮气和氢气出去；及时将氮气和氢气循环循环利用，使其保持利用，使其保持一定的浓度。一定的浓度。（阅读课本（阅读课本55-56页）页）达到平衡时平衡混合物中达到平衡时平衡混合物中NHNH3 3的含量的含量（体积分数（体积分数 V(N V(N2 2):V(H):V(

10、H2 2)=1:3 )=1:3 0.10.1101020203030606010010020020015.315.381.581.586.486.489.989.995.495.498.898.83003002.22.252.052.064.264.271.071.084.284.292.692.64004000.40.425.125.138.238.247.047.065.265.279.879.85005000.10.110.610.619.119.126.426.442.242.257.557.56006000.050.054.54.59.19.113.813.823.123.131.4

11、31.4压强压强/ /MPaMPaNHNH3 3含含 量量/%/%温度温度/ /温度升高，氨的含量降低温度升高，氨的含量降低压强增大，氨的含量增大压强增大，氨的含量增大外部条件外部条件工业合成氨的适宜条件工业合成氨的适宜条件压强压强温度温度催化剂催化剂浓度浓度研讨的结果根据反应器可使用的钢材质量及根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强综合指标来选择压强 适宜温度适宜温度 500左右左右使用铁触媒作催化剂使用铁触媒作催化剂N2和和H2的物质的量比为的物质的量比为1：2.8的投的投料比料比, 氨及时从混合气中分离出去氨及时从混合气中分离出去 一般一般使用催化剂使用催化剂：这样可以大大加快化

12、学反：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；应速率，提高生产效率，也提高了经济效益； 选择选择合适的温度合适的温度：该温度是催化剂活性最大：该温度是催化剂活性最大的温度；的温度； 选择选择合适的压强合适的压强：既要考虑化学反应速率和：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。化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。 【小结小结反思反思】工业上利用某可逆反应生产产品：工业上利用某可逆反应生产产品： 0.10.1101020203030606010010020020015.315.3 81.581.586.486.489.989.995.495.4 98.8

13、98.83003002.22.252.052.064.264.271.071.084.284.2 92.692.64004000.40.425.125.138.238.247.047.065.265.2 79.879.85005000.10.110.610.619.119.126.426.442.242.2 57.557.56006000.050.054.54.59.19.113.813.823.123.1 31.431.4压强/MPaNH3含 量/%温度/即使在即使在500500和和30MPa30MPa时，合成氨平衡混时，合成氨平衡混合物中合物中NHNH3 3的体积分数也只有的体积分数也只有26.4%26.4%，转，转化