化学反应条件的优化工业合成氨市公开课获奖课件

1、第2章化学反应方向、程度与速率第4节化学反应条件优化工业合成氨名师课堂一点通创新演练大冲关考点一课前预习巧设计设计 1设计 3考点二设计 2课堂10分钟练习课堂5分钟归纳课下30分钟演练第1页第1页第2页第2页第3页第3页第4页第4页第5页第5页 (1)在298 K时N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H92.2 kJmol1，S192.2 JK1mol1。则该反应在298 K时， (能，不能)自发进行。 (2)增大合成氨速率原因有 、增大压强(浓度)、使用 ，使平衡N2(g)3H2(g) 2NH3(g)向右移动办法有：减少 、增大 、使N2或H2浓度 、NH3浓度减小。(3)反应中若使N2

2、、H2转化率相等，则n(N2)n(H2) 。能升高温度催化剂温度压强增大13第6页第6页第7页第7页一、合成氨反应程度1合成氨反应特点N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H92.2 kJmol1S198.2 JK1mol1第8页第8页 (1)由反应方程式系数关系可知是气体体积 反应； (2)依据H(298 K)92.2 kJmol10知是 反应； (3)S(298 K)198.2 JK1mol1，阐明是 反应。 2合成氨反应程度分析 (1) 温度、 压强将有助于化学平衡向生成氨方向移动。 (2)在一定温度、压强下，反应物氮气、氢气体积比为 时平衡混合物中氨含量最高。减小放热熵减减少增大13第

3、9页第9页二、合成氨反应速率(1)vkc(N2)c1.5(H2)c1(NH3)。第10页第10页 三、合成氨适宜条件 (1)温度以 左右为宜。 (2)压强分为低压(1107 Pa)、中压(21073107 Pa)、高压(8.51071108 Pa)三种类型。 (3)用 作催化剂。 (4)按N2与H2物质量之比为12.8投料，并及时分离出 。 700 KNH3铁第11页第11页四、反应流程第12页第12页第13页第13页1试验研究表明，在特定条件下，合成氨反应速率与参 与反应物质浓度关系式为：vkc(N2)c1.5(H2)c 1(NH3)，请你依据该关系式分析，各物质浓度对反应速 率有哪些影响？

4、能够采用哪些办法来提升反应速率？ 分析：由合成氨反应化学反应速率公式可知，在一定 温度、压强下，化学反应速率与反应物浓度c(N2)或 c1.5(H2)成正比关系，与生成物浓度c(NH3)成反比关系。 由此在一定温度、压强下，可采用增大反应物浓度、减第14页第14页小生成物浓度来提升化学反应速率。另外还可采用升高温度，使用适当催化剂减少反应活化能来增大反应速率常数K加快反应速率。答案：见分析第15页第15页2合成氨工业生产中，为何要采用分离产物，将原料气 循环使用办法？ 分析：(1)将NH3液化加以分离并把未反应N2、H2循 环使用，可使平衡正向移动，提升原料利用率；由v kc(N2)c1.5(

5、H2)c1(NH3)知，减少氨气浓度，能够 加快反应速率。 答案：能够提升原料利用率，加快反应速率第16页第16页3已知：N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H(298 K) 92.2 kJmol1，K6.6105(molL1)2，思考： (1)从平衡常数来看，反应程度已经很大了，为什 么还需要使用催化剂？ (2)试分析实际工业生产中采用700 K左右温度原因。第17页第17页分析：(1)“从平衡常数来看，反应程度已经很大”，属化学平衡问题，而使用催化剂是为了加快化学反应速率，提升单位时间产量，属化学反应速率问题。并且催化剂不能改变反应程度。(2)升高温度，化学反应速率增大，但不利于平衡向生

6、成NH3方向移动，因此合成氨时温度要适宜，工业上普通采用700 K左右温度，在这个温度时，催化剂活性最大。答案：(1)是为了加快化学反应速率(2)在这个温度时，催化剂活性最大第18页第18页第19页第19页 (1)从可逆性、反应前后气体系数改变、焓变三个角度分析化学反应特点。 (2)依据反应特点详细分析外界条件对速率和平衡影响；从速率和平衡角度进行综合分析，再充足考虑实际情况(生产效率和生产成本)，选出适宜外界条件。 第20页第20页外界条件有助于加快速率条件控制有助于平衡移动条件控制综合分析结果浓度增大反应物浓度增大反应物浓度、减小生成物浓度不断地补充反应物、及时地分离出生成物催化剂加适当催

7、化剂不需要加适当催化剂第21页第21页外界条件有助于加快速率条件控制有助于平衡移动条件控制综合分析结果温度高温H0低温在设备条件允许前提下，尽量采用高温并考虑催化剂活性第22页第22页外界条件有助于加快速率条件控制有助于平衡移动条件控制综合分析结果压强高压(有气体参与)(g)0低压兼顾速率和平衡，选取适宜压强第23页第23页 例1下表试验数据是在不同温度和压强下，平衡混合物中NH3含量改变情况。 达到平衡时平衡混合物中NH3含量(体积分数)投料V(N2)V(H2)13第24页第24页 压强/Mpa NH3含量/%温度/0.11020306010020015.381.586.489.995.49

8、8.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.279.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4第25页第25页 (1)比较200和300时数据，可判断升高温度，平衡向_方向移动，正反应方向为_(填“吸热”或“放热”)反应。 (2)依据平衡移动原理，合成氨适宜条件是_。 A高温高压B高温低压 C低温高压 D低温低压第26页第26页 (3)计算500、30 MPa时，N2转化率_。 (4)实际工业生产氨时，考虑浓度对化学平衡影响，及500对反应速率影响，还采用了一些办法。请分别写出

9、其中一个办法：_。第27页第27页 解析(1)表中数据表明：恒压时，升高温度，w(NH3)减小，阐明平衡逆向移动，则正反应为放热反应。 (2)由反应N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H0，合成氨适宜条件是低温、高压，此时平衡右移，反应物转化率大。第28页第28页第29页第29页 (4)增大反应浓度或减少产物浓度有助于平衡右移；低温时即使有助于化学反应正向进行，但速率较小，为提升化学反应速率，500时加入适当催化剂(铁)，既提升化学反应速率，又使铁催化性能最好。 答案(1)逆反应放热 (2)C(3)41.8% (4)加过量N2或及时从平衡体系中移走NH3，选择适当催化剂(如铁)第30页第30

10、页1生产流程第31页第31页第32页第32页 3净化气体 制得N2、H2需净化，除去杂质(预防催化剂中毒)，再用压缩机压缩至高压。 4NH3合成 在合成塔中进行。从塔口进气，经热互换器与塔内反应后高温气体逆流互换热量后，进入合成塔与铁接触反应，从塔上口出气。 5NH3分离 混合气经冷却后，进入氨分离器，只有氨气在该压强下液化得到液氨，而未反应N2和H2经循环压缩机压缩后，再通入合成塔中进行反应。第33页第33页第34页第34页 A混合气进行循环利用遵循绿色化学思想 B分离液氨利于加快正反应速率 C对原料气进行压缩是为了增大原料气转化率 D使用催化剂能够提升反应速率，但是不能使平衡向正反应方向移动第35页第35页 解析A项，混合气进行循环利用，原子利用率高，符合绿色化学思想；B项，分离液氨不能加快反应速率，主要是利于平衡正向移动，提升原料利用率；C项，压缩混合气(加压)利于平衡正向移动；D项，催化剂能加快反应速率，对平衡无影响。 答案B第36页第36页 合成氨流程中每个环节总旨是：增大产率、减少成本、增大效益。第37页第37页第38页第3