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考点30合成氨条件的选择1.复习重点1.如何应用化学反应速率和化学平衡原理,选择合成氨的适宜条件。2.了解应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。2.难点聚焦1.合成氨条件的选择工业上用N2和H2合成氨:N2+3H22NH3+Q从反应速率和化学平衡两方面看,选择什么样的操作条件才有利于提高生产效率和降低成本呢?从速率看,温度高、压强大(即N2、H2浓度大)都会提高反应速率;从化学平衡看,温度低、压强大都有利于提高N2和H2的转化率。可见,压强增大,从反应速率和化学平衡看都是有利于合成氨的。但从生产实际考虑,压强越大,需要的动力越大,对材料的强度和设备的制造要求越高,将使成本增大。故一般合成氨厂采用的压强是20~50MPa帕斯卡。而温度升高,有利于反应速率但不利于N2和H2的转化率。如何在较低的温度下保持较大转化率的情况下,尽可能加快反应速率呢?选用合适的催化剂能达到这个目的。那么,较低的温度是低到什么限度呢?不能低于所用催化剂的活性温度。目前使用的催化剂是以铁为主体的多成分催化剂——又称铁触媒。其活性温度为450℃~550℃,即温度应在450~550℃为宜。将来如制出活性温度更低、活性也很在的新型催化剂时,合成氨使用的温度当然比现在要低,转化率就能更高了。选择适宜的条件:根据N2+3H22NH3+Q这一反应的特点,运用化学反应速率和化学平衡的理论来选择适宜条件。该反应为可逆、体积减小、正反应为放热等特点。(1)适宜的压强:为何强调适宜?压强越大、有利于NH3的合成,但太大,所需动力大,材料强度高,设备制造要求高,成本提高,选择2×107~5×107Pa压强。思考:工业上生产H2SO4:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)为何不采用加压方法?(因为在常压下SO2的转化率已达91%,不需要再加压)(2)适宜的温度:温度越低越有利于NH3的合成,为何还要选择5000C高温?因为温度越低,反应速率越小,达平衡时间长,单位时间产量低,另外5000C时,催化剂活性最大。(3)使用催化剂(4)及时分离出NH3,并不断补充N2和H2(N2要过量,提高成本较高的H2转化率)小结:合成氨的适宜条件:压强:20~50MPa帕斯卡温度:500℃左右催化剂:铁触媒2.合成氨工业简述蒸发1.原料气的制备、净化蒸发压缩①制N2:压缩物理方法:空气液态空气N2(去CO2)燃烧炭化学方法:空气CO2+N2N2(去CO2)燃烧炭HH2O②制H2:(去CO2)催化剂赤热炭水蒸气CO+H2CO2+H2H2(去CO2)催化剂赤热炭催化剂反应方程式为:催化剂△△C+H2O(g)====CO+H2;CO+H2O(g)====CO2+H△注意:制得的N2、H2需要净化,清除杂质,以防止催化剂“中毒”。2.合成氨反应的特点化学反应:N2+3H22NH3;△H=-92.4KJ/mol(1)可逆反应;(2)正反应是放热反应;(3)正反应是气体体积缩小的反应。3.工业合成氨适宜条件的选择在实际生产中,需要考虑反应速率、化学平衡、原料选择、产量和设备等多方面情况,以确定最佳的生产条件。4.图示合成氨的原理3.例题精讲例1下列说法,能够用勒沙特列原理来解释的是()加入催化剂可以提高单位时间氨的产量高压有利于氨的合成反应C.500℃D.恒温恒容下,在合成氨平衡体系中充入He,使压强增大,则平衡正向移动,NH3增多[解析]A.加入催化剂只能加快反应速率,缩短到达平衡的时间,提高“单位时间”的产量,三、计算题恒温下,将amolN2与bmolH2的混合气体通入一个固定容积的密闭容器中,发生如下反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)(1)若反应进行到某时刻t时,nt(N2)=13mol,nt(NH3)=6mol,计算a的值。(2)反应达平衡时,混合气体的体积为716.8L(标准状况下),其中NH3的含量(体积分数)为25%。计算平衡时NH3的物质的量。(3)原混合气体与平衡混合气体的总物质的量之比(写出最简整数比,下同),n(始)∶n(平)=。(4)原混合气体中,a∶b=。(5)达到平衡时,N2和H2的转化率之比,α(N2)∶α(H2)=。(6)平衡混合气体中,n(N2)∶n(H2)∶n(NH3)=。参考答案一、选择题1.BD2.
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