24化学反应条件的优化――工业合成氨课件

达到平衡时平衡混合物中NH3的含量（体积分数）[V(N2):V(H2)=1:3]

0.11020306010020015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.279.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4压强/MPaNH3含量/%/℃资料１：

第2章第四节

《

化学反应条件的优化

——工业合成氨》

高中化学选修《化学反应原理》回顾一段历史

……勒夏特列能斯特氨(NH3)高压条件下：N2+3H2＝2NH3爆炸1900年反应气体中混有氧气德国物理学家、化学家能斯特理论计算：合成氨是不能进行的！！！热力学数据德国皇帝快找哈伯来！！！我要成为百万富翁啦！啦！

1908年7月，哈伯在实验室用N2和H2在600℃，200个大气压下合成出氨，产率仅有2%德国化学家弗里茨·哈伯FritzHaber1911-1913年：研究出提高氨气产率的方法。1913年：在哈伯的指导下，德国合成了1000吨液氨，并且用它制造出3500吨烈性炸药TNT，促成了德军一战中两年的肆掠。氨气他是魔鬼！制炸药他是天使！制氮肥制硝酸制冷剂你认为要利用反应：大量生产氨气，需要考虑哪些问题？增大化学反应速率生产速度越快越好增大化学反应限度氨气的产率越高越好生产成本越低越好（让平衡正向移动）N2+3H22NH3（正反应放热）外部条件工业合成氨的适宜条件压强温度催化剂浓度高压200~500大气压

合适的温度

500℃左右使用铁触媒作催化剂及时分离氨、补氮氢原料气循环[n(N2):n(H2)=1:2.8]本节课基础知识点：N2+3H22NH31、合成氨生产时，为什么不采用尽可能高的压强？通常采用2×107~5×107Pa的压强？2、实际生产中，为什么温度不能太高而采用适当高温（500℃左右）？3、在高温高压下，催化剂不能使平衡移动，为什么还要使用催化剂？4、你认为合成氨中，氮气和氢气的体积比为多少最佳，为什么？压强越大，设备成本越高升高温度，平衡向左移动，氨气的产率降低。选择500是催化剂铁触媒活性最高的温度。可以加快反应速度1:2.81、氨的合成反应，生产中采用的适宜条件是（）。A、低温、高压、适当的催化剂B、高温、常压C、尽可能高温、高压D、适当的温度、适当的高压、适宜催化剂D课堂训练课堂训练B2、利用原料气在合成塔中合成NH3，为提高N2的转化率应采取的措施是〔〕

A、高温B、高压C、使用催化剂D、增大N2的浓度3．反应CO+H2OCO2+H2（正反应放热），下列措施中，能提高CO转化率的是（

）

A．增大压强

B．降低温度

C．加入CO气体

D．加催化剂B4、促使化学平衡N2+3H22NH3向右移动，且反应速率加快的是A．加催化剂 B．通入N2C．分离NH3

D．容器体积增大B5、已知2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)△H＜0其实验数据见表(1)应选用的温度是______。应采用的压强是______，理由是____________________________________________________________________________________________。450℃常压因为常压下SO2的转化率已经很高，若采用较大压强，SO2的转化率提高很少，但需要的动力更大，对设备的要求更高。6.下列事实中不能用勒夏特列原理来解释的是（）A.工业制硫酸的过程中通入足量的空气,可以提高SO2的产率B.加入催化剂有利于合成氨反应C.高压有利于合成氨反应D.500℃左右比室温更有利于合成氨反应BDC7.有如下平衡体系：

CO（g）+2H2（g）CH3OH(g)（正反应为放热反应），为了增加甲醇的产量，应采取的正确措施是（）

A.高温、高压B.低温、低压

C.适宜的温度、高压、催化剂

D.高温、高压、催化剂预习提纲：1、原料气的选择：从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2的浓度，即N2和H2的物质的量比为

时，更能促进氨的合成。有人认为氮气廉价，可以采用鼓入大量的空气来提高氢气的转化率，你是怎么看的。2、从化学反应速率和化学平衡移动角度分析，压强越大越好，但实际生产中采用中压即200－500个大气压。为什么不采用更高的气压。3、选择400－500℃是出于何种原因。4、用什么做催化剂？使用催化剂能提高原料的转化率吗？能提高工产的日产率吗？5、实际生产中还采用哪些措施。解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂，解放后合成氨工业有了迅速发展。1949年全国氮肥产量仅0.6万吨，而1982年达到1021.9万吨，成为世界上产量最高的国家之一。上海吴泾化工厂是年产30万吨氮肥的大型化肥厂6、下列说法正确的是（）A、在高温下，将氯化铵晶体加入处于平衡状态的合成氨反应时，平衡不发生移动B、在密闭容器中，当CaCO3CaO+CO2处于平衡状态时，再加入Na2O2固体，CaCO3的量会减少。C、有固体参加的可逆反应达平衡后，若改变压强，不会影响平衡的移动D、在合成氨反应中，使用催化剂能提高反应速率，使氨的质量分数增加，从而增加氨的产量B１３、在密闭容器中，放入5molH2，3molN2以合成氨，平衡时生成氨为2mol，则平衡时压强是起始时压强的（）

A．1.3倍 B．2倍

C．0.75倍 D．0.25倍C思考题

１０．合成氨工业有下列流程：①原料气制备；②氨的合成；③原料气净化和压缩；④氨的分离。其先后顺序为(

)A．①②③④

B．①③②④

C．④③②①

D．②③④①B课堂训练课堂训练１５.合成氨中，原料气（N2、H2及少量的CO、NH3混合气）在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜溶液来吸收原料气中的CO，其反应是：（1）醋酸二氨合铜吸收CO的生产适宜条件应是__________。（2）吸收CO后的醋酸铜氨液经过适当处理又可再生，恢复其吸收的CO的能力以供循环使用。醋酸铜氨液再生的生产适宜条件应是____________。低温高压[()][()]CuNHAcCONHCuNHAc•CO32333++(放热反应)高温低压

3、密闭容器中的可逆反应：CO+NO2CO2+NO（正反应为放热反应）。达到平衡后，只改变下列的一个条件，填写有关的空白：①增大容器的体积，平衡

，c（NO2）将

，反应混合物的颜色

。②升高温度，平衡

，体系的压强

。

③加入催化剂，平衡

，NO2的物质的量

。④通入O2，反应体系的颜色

，NO的物质的量

。⑤通入N2，体系压强

，平衡

。不移动减小变浅逆向移动不变不移动不变先变深，后变浅先减少，后增多增大不移动课堂训练课堂训练100atm200atm300atmTN2转化率0300atm200atm100atmTN2转化率0TN2转化率0100atm200atm300atmTN2转化率0100atm200atm300atmABCDD4、能正确反应出：N2

(g)+3H2

(g)2NH3

(g)（正反应为放热反应）的关系的是（）。课堂训练课堂训练5、在密闭容器中进行合成氨反应，N2+3H22NH3

达平衡后，当其他条件不变时，将平衡体系中各物质的浓度都增加到原来的2倍，下列说法错误的是（）A、平衡向正反应方向移动B、达新平衡时，c(N2)与原平衡相比较大C、达新平衡时正、逆反应速率均比原平衡大D、达新平衡时，混合气体的密度变小D课堂训练课堂训练6、某温度下，下列反应：S2Cl2(l)+Cl2(g)2SCl2(l)(正反应放热)（橙黄色）（鲜红色）在密闭容器中达到平衡（气、液共存），下列说法错误的是（）A、温度不变，增大容器的体积，S2Cl2的转化率降低B、温度不变，缩小容器的体积，液体的颜色加深C、压强不变，升高温度，液体的颜色变浅D、体积不变，降低温度，氯气的转化率降低D课堂训练课堂训练7、在密闭容器中进行合成氨反应，N2+3H22NH3

达平衡后，若保持温度不变，缩小容器容积，达到新的平衡时，下列叙述中正确的是（）①NH3的浓度增大，N2、H2的浓度减小②NH3的物质的量增大，N2、H2的浓度减小③H2的转化率增大，N2的转化率不变④混合气体的浓度增大A、①③

B、②④

C、①②D、③④

B课堂训练课堂训练合成氨的反应正反应为放热反应

分析角度反应条件使合成氨的速率快使平衡混合物中氨的含量高压强温度催化剂高压高压高温低温

使用不影响一致矛盾铁触媒催化能力资料4：一、合成氨反应的限度1、请根据正反应的焓变和熵变，分析２９８K下合成氨反应能否自发进行？资料１：交流研讨２、请利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成？达到平衡时平衡混合物中NH3的含量（体积分数）[V(N2):V(H2)=1:3]

0.11020306010020015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.279.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4压强/MPaNH3含量/%温度/℃温度升高，氨的含量降低压强增大，氨的含量增大资料１：资料２：氢氮比合成氨的反应（正反应为放热反应）

分析角度反应条件使合成氨的速率快使平衡混合物中氨的含量高压强温度催化剂高压高压高温低温

使用不影响

工业合成氨条件的选择：①合适的温度（700K左右）：

该温度是催化剂活性最大的温度；②合适的压强（20MPa—50MPa）：

既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要考虑

设备成本等。③使用催化剂（铁触媒）：可以大大加快化学反应速率。④及时补充反应物（N2与H2之比1:2.8），分离出

氨气。催化剂对合成氨反应速率的影响条件△E/KJ/molK(催)/k(无)无催化剂3353.4×1012(100k)使用Fe催化剂167

使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。资料5：

0.11020306010020015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.279.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4压强/MPaNH3含量/%温度/℃思考问题４即使在500℃和30MPa时，合成氨平衡混合物中NH3的体积分数也只有26.4%，转化率仍不够大，还可采取什么办法？分析：保持一定的N2、H2浓度，减少氨气的浓度，可以提高合成氨的效率和产量。实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化而分离出去；及时补充氮气和氢气，使其保持一定的浓度。思考问题４即使在500℃和30MPa时，合成氨平衡混合物中NH3的体积分数也只有26.4%，转化