高考化学 合成氨适宜条件的选择课件 人教版

1、l1选择合成氨的适宜条件。选择合成氨的适宜条件。l2以合成氨为例，掌握工业生产条件选以合成氨为例，掌握工业生产条件选择的原则和方法。择的原则和方法。l3合成氨工业简介。合成氨工业简介。l4化学平衡计算。化学平衡计算。l基础知识回顾基础知识回顾l一、合成氨反应的特点一、合成氨反应的特点lN2(g)3H2(g)2NH3(g)；H92.4kJ/mol，此反应是可逆反应；正反，此反应是可逆反应；正反应是气体体积应是气体体积 的反应；的反应；是放热是放热反应。反应。l二、合成氨的适宜条件二、合成氨的适宜条件l1温度温度l(1)理论：从反应速率分析，温度理论：从反应速率分析，温度；从化学平衡分析，温度从化

2、学平衡分析，温度。l(2)实际：综合考虑以实际：综合考虑以左右为宜，左右为宜，而且在此温度下催化剂的活性最大。而且在此温度下催化剂的活性最大。缩小缩小正反应正反应越高越好越高越好越低越好越低越好500l2压强压强l(1)理论：无论从反应速率还是从化学平理论：无论从反应速率还是从化学平衡考虑，压强越衡考虑，压强越大大越利于合成氨。越利于合成氨。l(2)实际：压强越大，对设备的制造和材实际：压强越大，对设备的制造和材料的强度要求越高，以料的强度要求越高，以为宜。为宜。l3催化剂催化剂l加快反应速率但不影响平衡，提高单位加快反应速率但不影响平衡，提高单位时间内氨的产量。目前工业上以时间内氨的产量。目

3、前工业上以为催化剂。为催化剂。2107Pa5107Pa铁触媒铁触媒l4浓度浓度l(1)理论：从反应速率及化学平衡角度分理论：从反应速率及化学平衡角度分析，应析，应氮气或氢气的浓度，或氮气或氢气的浓度，或氨气的浓度。氨气的浓度。l(2)实际：生产中采取实际：生产中采取的方法，的方法，将将NH3及时分离出去，并将分离后的及时分离出去，并将分离后的N2和和H2。增大增大减小减小液化液化NH3循环使用循环使用l自我演练自我演练l1有关合成氨工业的下列说法中，正确有关合成氨工业的下列说法中，正确的是的是()lA从合成塔出来的混合气体，其中从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占只占15%，所以生产氨的工厂

4、的效率都，所以生产氨的工厂的效率都很低很低lB由于氨易液化，由于氨易液化，N2、H2在实际生活中在实际生活中是循环使用的，所以总体来说氨的产率是循环使用的，所以总体来说氨的产率很高很高lC合成氨工业的反应温度控制在合成氨工业的反应温度控制在500，目的是使化学平衡向正反应方向移动目的是使化学平衡向正反应方向移动lD合成氨厂采用的压强是合成氨厂采用的压强是20MPa50MPa，因在该压强下铁触媒的活性最，因在该压强下铁触媒的活性最大大l解析：解析：本题考查了合成氨工业的基础知本题考查了合成氨工业的基础知识，需要从反应速率和化学平衡两个角识，需要从反应速率和化学平衡两个角度理解合成氨反应的条件选择

5、。合成氨度理解合成氨反应的条件选择。合成氨工业中从合成塔出来的混合气体，工业中从合成塔出来的混合气体，NH3只只占占15%，但由于分离出，但由于分离出NH3后，后，N2和和H2可循环使用，所以总体来说氨的产率是可循环使用，所以总体来说氨的产率是很高的，则很高的，则A说法错误，说法错误，B说法正确；合说法正确；合成氨工业的反应温度控制在成氨工业的反应温度控制在500左右而左右而不选择常温，是为了加快反应速率，且不选择常温，是为了加快反应速率，且催化剂铁触媒在催化剂铁触媒在500时催化活性最高，时催化活性最高，C说法错误；合成氨的反应为气体体积减说法错误；合成氨的反应为气体体积减小的反应，增大压强

6、主要是为了使平衡小的反应，增大压强主要是为了使平衡向正反应方向移动，与催化剂活性无关，向正反应方向移动，与催化剂活性无关，D说法错误。说法错误。l答案：答案：Bl2如下图所示是合成氨的简单流程示意如下图所示是合成氨的简单流程示意图：沿图：沿X路线回去的物质是路线回去的物质是()lAN2和和H2B催化剂催化剂lCN2 DH2l解析：解析：合成氨的工艺流程中，从合成塔合成氨的工艺流程中，从合成塔出来的混合气体，经过降温，分离出氨出来的混合气体，经过降温，分离出氨气，未反应的气，未反应的N2、H2可以循环使用，以可以循环使用，以提高原料的利用率。提高原料的利用率。l答案：答案：Al3反应反应2A(g

7、)B(g)3C(g)，起，起始时按始时按5 2的体积比将的体积比将A、B两气体混合两气体混合后，充入后，充入体积不变的密闭容器中，在恒体积不变的密闭容器中，在恒定温度下使其反应，达到平衡时混合气定温度下使其反应，达到平衡时混合气体中体中C的体积分数为的体积分数为60%。l求：求：(1)A、B的转化率分别为：的转化率分别为：A_，B_。l(2)平衡混合气体的平均相对分子质量平衡混合气体的平均相对分子质量(设设A的相对分子质量为的相对分子质量为MA，B的相对分子质的相对分子质量为量为MB)：_。l(3)平衡时压强与起始相比，有何变化？平衡时压强与起始相比，有何变化？_(填填“增大增大”“”“不不变

8、变”或或“减小减小”)。l解析：解析：(1)2A(g)B(g)3C(g)l起始量起始量520l变化量变化量2xx3xl平衡量平衡量52x2x3xl(2)总质量、总体积保持不变，则恒温下，总质量、总体积保持不变，则恒温下，已知平衡后的混合气体平均相对分子质已知平衡后的混合气体平均相对分子质量即为量即为A、B两气体混合时的平均相对分两气体混合时的平均相对分子质量。子质量。l(3)反应反应2A(g)B(g)3C(g)中两边气中两边气体总系数相等，反应前后气体的总的物体总系数相等，反应前后气体的总的物质的量不变，则在恒温恒容条件下，压质的量不变，则在恒温恒容条件下，压强不变。强不变。l答案：答案：(1

9、)56%70%l(2) l(3)反应前后压强不变反应前后压强不变l4工业上合成氨的主要生产过程有：工业上合成氨的主要生产过程有：l(1)原料气的制备、净化和压缩，氮气来原料气的制备、净化和压缩，氮气来源于源于_，氢气来源于，氢气来源于_。净化原料气的原因是。净化原料气的原因是_。l(2)氨的合成。在氨的合成。在_中进行，反中进行，反应的最佳条件是应的最佳条件是_。l(3)氨的分离。如将氨的分离。如将N2、H2按体积比按体积比13进入合成塔，从合成塔出来的混合气中进入合成塔，从合成塔出来的混合气中通常约含体积分数为通常约含体积分数为15%左右的氨，则左右的氨，则出来的混合气体中含出来的混合气体中

10、含H2的体积分数为的体积分数为_，N2的体积分数为的体积分数为_。l解析：解析：设起始设起始N2、H2的体积分别为的体积分别为1、3，反应中转化的反应中转化的N2的体积为的体积为x。则。则lN23H22NH3l起始体积起始体积130l平衡体积平衡体积1x 33x 2xl答案：答案：(1)空气水和燃料防止催化剂空气水和燃料防止催化剂中毒中毒l(2)合成塔压强合成塔压强20MPa50MPa，温度，温度500左右，铁触媒作催化剂左右，铁触媒作催化剂(3)63.75%21.25%l1.适宜工业生产条件的选择原则适宜工业生产条件的选择原则l(1)对任一可逆反应，增大某一反应物浓对任一可逆反应，增大某一反

11、应物浓度，能提高反应速率和另一反应物的转度，能提高反应速率和另一反应物的转化率，故生产中常使廉价易得的原料适化率，故生产中常使廉价易得的原料适当过量，以提高另一原料的利用率，如当过量，以提高另一原料的利用率，如氮气与氢气的配比为氮气与氢气的配比为1.073。l(2)对气体分子数减少的反应，增大总压对气体分子数减少的反应，增大总压使平衡向增大生成物的方向移动，但压使平衡向增大生成物的方向移动，但压强太大，动力消耗大，设备要求高，成强太大，动力消耗大，设备要求高，成本增高，故必须综合考虑。本增高，故必须综合考虑。l(3)对放热反应，升温，能提高反应速率，对放热反应，升温，能提高反应速率，但转化率降

12、低，若温度太低，反应速率但转化率降低，若温度太低，反应速率又太慢。故需使用适当的催化剂；对吸又太慢。故需使用适当的催化剂；对吸热反应，升温，加快反应速率，又能提热反应，升温，加快反应速率，又能提高转化率，但要避免反应物或生成物的高转化率，但要避免反应物或生成物的过热分解。过热分解。l(4)使用催化剂可大大提高反应速率且不使用催化剂可大大提高反应速率且不影响化学平衡，但使用时必须注意其活影响化学平衡，但使用时必须注意其活性温度范围，且防止催化剂性温度范围，且防止催化剂“中毒中毒”，延长使用寿命。延长使用寿命。l(5)尽量采用循环操作。尽量采用循环操作。l2合成氨工业简介合成氨工业简介l(1)合成

13、氨工业的简要流程合成氨工业的简要流程l(3)氨的合成氨的合成l在适宜的条件下，在合成塔中进行，反在适宜的条件下，在合成塔中进行，反应原理为应原理为N23H22NH3。l(4)氨的分离氨的分离l经冷凝使氨液化，将氨分离出来，提高经冷凝使氨液化，将氨分离出来，提高原料的利用率，并将未反应的氮气和氢原料的利用率，并将未反应的氮气和氢气循环送入合成塔，使其被充分利用。气循环送入合成塔，使其被充分利用。l(5)原料焦炭与产品氨的关系式原料焦炭与产品氨的关系式l由由CH2O(g) COH2，COH2O(g) CO2H2，N23H22NH3l得关系式：得关系式：C2H2 NH3。l【例【例1】(2009东营

14、模拟东营模拟)下列有关合下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是解释的是()lA使用铁触媒，使使用铁触媒，使N2和和H2混合气体有利混合气体有利于合成氨于合成氨lB高压比常压条件更有利于合成氨的反高压比常压条件更有利于合成氨的反应应lC500左右比室温更有利于合成氨的左右比室温更有利于合成氨的反应反应lD合成氨时采用循环操作，可提高原料合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率的利用率l解析解析勒夏特列原理运用的对象，是已达勒夏特列原理运用的对象，是已达平衡的可逆反应。平衡的可逆反应。A中催化剂不能使平衡中催化剂不能使平衡移动。移动。B中加压可使合成

15、氨反应正向移动。中加压可使合成氨反应正向移动。C中高温不利于合成氨，只能加快反应速中高温不利于合成氨，只能加快反应速率，另外，率，另外，500左右铁触媒活性最大。左右铁触媒活性最大。D中，循环使用，不涉及到平衡移动问题。中，循环使用，不涉及到平衡移动问题。l答案答案Bl点悟点悟理论与实践是有一定距离的，在应理论与实践是有一定距离的，在应用化学理论解决实际问题时，要综合考用化学理论解决实际问题时，要综合考虑外界条件对化学反应速率与化学平衡虑外界条件对化学反应速率与化学平衡的影响，同时还要注意与工业生产实际的影响，同时还要注意与工业生产实际结合在一起进行综合分析，在工业生产结合在一起进行综合分析，

16、在工业生产中，从理论上说，一是提高单位时间内中，从理论上说，一是提高单位时间内产品的产率，二是要提高原料的转化率，产品的产率，二是要提高原料的转化率，也就是尽量提高产品在平衡混合气体中也就是尽量提高产品在平衡混合气体中的百分含量，提高经济效益。在实际生的百分含量，提高经济效益。在实际生产中，还要考虑原料的来源、储量、运产中，还要考虑原料的来源、储量、运输、生产设备、反应条件等许多问题，输、生产设备、反应条件等许多问题，反应条件的选择要考虑实际与效益。反应条件的选择要考虑实际与效益。l某工业生产中发生反应：某工业生产中发生反应：2A(g)B(g) 2M(g)；H0。下列有关该工业生。下列有关该工

17、业生产的说法中正确的是产的说法中正确的是()lA工业上在合成工业上在合成M时，一定采用高压条时，一定采用高压条件，因为高压有利于件，因为高压有利于M的生成的生成lB若物质若物质B价廉易得，工业上一般采用价廉易得，工业上一般采用加入过量的加入过量的B，以提高，以提高A和和B的转化率的转化率lC工业上一般采用较高温度合成工业上一般采用较高温度合成M，因，因温度越高，反应物的转化率越高温度越高，反应物的转化率越高lD工业生产中常采用催化剂，因为使用工业生产中常采用催化剂，因为使用催化剂可提高催化剂可提高M的日产量的日产量l解析：解析：如在常压下，如在常压下，A或或B的转化率已较的转化率已较高，从设备

18、和经济角度考虑不一定采用高，从设备和经济角度考虑不一定采用高压；加入过量高压；加入过量B时，时，A的转化率增大，的转化率增大，B的转化率减小；温度越高，反应物的转的转化率减小；温度越高，反应物的转化率越低；采用催化剂，反应速率增大，化率越低；采用催化剂，反应速率增大，日产量增加。日产量增加。l答案：答案：Dl1.有关化学平衡问题的计算，可按下列步有关化学平衡问题的计算，可按下列步骤建立模式，确定关系进行计算。例如：骤建立模式，确定关系进行计算。例如：可逆反应可逆反应mA(g)nB(g)pC(g)qD(g)，假定反应物，假定反应物A、B的起始加入量的起始加入量分别为分别为amol、bmol，达到

19、平衡时，设，达到平衡时，设A物质转化的物质的量为物质转化的物质的量为mxmol。l(1)模式：模式：“始始”“”“变变”“”“平平”三段式分三段式分析法析法lmA(g)nB(g)pC(g)qD(g)l起始量起始量ab00l变化量变化量mx nx px qxl平衡量平衡量amx bnx px qxl对于反应物：对于反应物：n(平平)n(始始)n(变变)。l对于生成物：对于生成物：n(平平)n(始始)n(变变)。l(2)步骤步骤l确定反应物或生成物的起始加入量。确定反应物或生成物的起始加入量。l确定反应过程中的变化量。确定反应过程中的变化量。l确定平衡量。确定平衡量。l依据题干中的条件建立等式关系进行依据题干中的条件建立等式关系进行解答解答 l2三个基本公式三个基本公式l【例【例2】(2009浙江宁波期中浙江宁波期中)恒温、恒温、恒压下，向密闭容器中充入恒压下，向密闭容器中充入2体积体积A和和1体体积积B，发生如下反应：，发生如下反应：2A(g)B(g)2C(g)，平衡时，混合气体体积比起，平衡时，混合气体体积比起始时减少了始时减少了20%，此时，此时C的体积分数为的体积分数为W%。若开始时充入。若开始时充入4体积体积C，达到平衡，达到平衡时时C的体积分数仍为的体积分数仍为W%。则。则C的转化率的转化率为为()lA50%B40%C30%D20%l解析