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文档简介
化学反应条件的优化
----工业合成氨
弗里茨·哈伯(德国)
用空气制造面包的圣人获1918年诺贝尔奖N2(g)+3H2(g)2NH3(g)【交流研讨一】1.工业合成氨的反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H<0有哪些特点?①可逆反应;②气体体积减小的放热反应;③熵减小反应。2.已知在298K时,ΔH=-92.2kJ·mol-1,ΔS=-198.2J·K-1·mol-1。请根据反应的焓变和熵变分析在298K时合成氨反应能否正向自发进行?△G=△H-T△S=-33.14kJ·mol-1<0,可以自发
K(298K)=4×106,接近完全假如你是合成氨的工程师,工业生产时主要考虑的问题?(3)省(4)好(环境、设备等)(2)快(1)多即提高氨的含量——化学平衡问题即提高单位时间里氨的产量——化学反应速率问题【思考.交流】
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)N2:空气中分离;H2:C+H2O(g)=CO+H2【交流研讨二】“多”1.利用化学平衡移动的知识,分析什么条件有利于氨的合成,提高氨的产率?外界条件化学平衡角度(增大NH3的含量)浓度N2、H2NH3温度压强催化剂n(N2):n(H2)【资料卡片】:NH3含量的实验测定结果
图1:平衡混合物中氨的含量与温度、压强的关系温度升高,氨的含量降低压强增大,氨的含量增大图2:NH3的平衡体积分数随投料比变化的曲线高压、低温n(N2):n(H2)=1:3最优【交流研讨三】“快”1.可以通过控制哪些反应条件来提高合成氨反应的速率?2.结合以下资料,分析具体可以采取哪些措施来提高反应速率?外界条件反应速率角度(提高合成NH3的速率)浓度N2、H2NH3温度压强催化剂n(N2):n(H2)吸附分解:N2(g)→N2
※→2N
※
(Ea最大)
H2(g)→2H
※表面反应:N※+H
※→NH
※
NH
※+H※
→
NH2※
NH2
※+H
※→NH3※脱附:
NH3
※→NH3(g)
n(N2):n(H2)=1:2.8最优合成氨的各步反应历程为(※表示吸附态):【交流研讨四】合成氨的适宜条件序号影响因素选择条件1温度反应温度控制在700K左右2物质的量N2、H2投料比1∶2.83压强1×107~1×108Pa4催化剂选择铁做催化剂5浓度使NH3液化并及时分离出去,及时补充N2、H2合成氨厂出口气中氨的含量仍只有15%,转化率仍不够大,还可采取什么办法?【交流研讨五】工业生产条件的选择思路:总原则:
寻找以较高的反应速率获取适当的转化率。温度的选择:催化剂活性最大的温度压强的选择: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。催化剂:一般要使用。提高生产效率,也提高了经济效益;【学以致用】【视野拓展】合成氨工艺流程:合成氨的发展:【课堂小结】利用化学反应解决实际问题的思路:N2(g)+3H2(g)
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