理学合成氨条件的选择

合成氨条件的选择一、合成氨的适宜条件的选择—化学反应速率和化学平衡知识的运用

选择适宜条件的依据、思路和方法：合成氨的反应原理(方程式）：

N2+3H22NH3(放热反应)

这是一个气体总体积缩小的、放热的可逆反应。请思考这个反应的特点？工业上合成氨，主要要考虑哪些因素？根据化学反应速率的有关知识，思考：————————，——————，————————

，都可以使合成氨的化学反应速率增大。增大压强升高温度使用催化剂

经济效益和社会效益：速度要快，原料的利用率要高，单位时间的产量要高。另外还要考虑生产中的消耗能源，原料，设备条件等因素。根据化学平衡的知识请思考：要增大平衡体系中氨的含量、增大原料的转化率可以采用哪些方法？增大压强，降低温度，减小生成物的浓度都可以提高原料的转化率。下面请综合以上两方面的因素，并结合实际情况讨论实际生产中对压强、温度、浓度等条件的选择。

N2+3H22NH3(放热反应)1、压强怎么选？

分析：①合成氨反应是体积缩小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能提高平衡混合物中氨的含量，所以理论上压强越大越好。②但是压强越大，对设备的要求高、压缩H2和N2所需要的动力大，因此压强也不宜过高。综合以上两点，实际生产中压强一般选择在20MPa---50MPa之间。

2、温度怎么选择？①因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量。

②可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。催化剂要在一定温度下效果最好。综合以上因素，实际生产中温度一般选择在500℃（主要考虑催化剂的活性）左右。

3、用不用催化剂？使用催化剂能否提高合成氨的转化率？使用催化剂对反应速率有何影响？实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在500℃时活性较高。

4、浓度怎么定？H2和N2的比例怎么定？增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。因此可以用保持一定的氮、氢浓度，减少氨气的浓度的方法，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。

举例：在合成氨工业中，为增加氨气的日产量，在实现此目的的过程中与平衡移动无关的是

（A）不断将氨分离出来（B）使用催化剂（C）采用500℃的高温（D）采用20-50Mp的压强二、合成氨工业简介：1、合成氨工业的流程原料气的制取—净化—压缩—合成—分离

—液氨

N2

H22、原料气制取：空气压缩碳液态空气N2(先逸出)物理方法蒸发CO2(+N2)N2化学方法

分离出CO2制氮气:制氢气:天然气CO+H2CO2+H2H2

H2O(气)分离出CO2CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H2O(气)

3、氨的合成：（1）主要设备：合成塔（2）反应原理：N2+3H22NH3高温高压催化剂

三、设想合成氨的发展前景参考：①生物中植物对氮的需求；②生物固氮的原理和条件；③理想的人工固氮条件。我国合成氨工业的发展情况：

解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂；

1949年全国氮肥产量仅0.6万吨；

2000年达到3363.7万吨，成为世界上产量最高的国家之一。拥有多种原料、不同流程的大、中、小合成氨厂1000多家.

例题：合成氨厂通过测定反应前后混合气体的密度来确定氨气的转化率。某工厂测得合成塔中N2、H2的混合气体密度为0.553g/l（标况），从合成塔中出来的混合气体在相同情况下密度为0.693g/l，求该合成氨厂氮气的转化率。解：合成塔中N2、H2混合气体的平均相对分子质量M=22.4ρ标=22.4×0.553=12.4设混合气体中N2xmol则H2为(1—x)mol28x+2(1-x)=12.4则x=0.41-x=0.6即VN2/VH2=2:3设起始加了5V混合气体根据ρ=m/v得出ρ1/ρ2=V2/V1

从合成塔出来的气体的体积V2=4VN2+3H22NH3根据差量法可知氮气转化了0.5V则α（N2）=0.5V/2V=0.25即氮气的转化率为25%1．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列变化过程不能使平衡向右移动的是（

）（A）不断将NH3分离出来（B）使用催化剂（C）采用700K左右的高温（D）采用2×107～5×107Pa的压强练一练：BC例题：能使合成氨反应进行程度增大的方法是（）A、升高温度B、降低压强C、使用催化剂D、及时分离出氨气 DD2、合成氨所需的H2可由煤和水蒸气反应而制得，其中一步的反应为：CO(g)+H2O（g）

CO2(g)+H2(g)（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、增大水蒸气浓度D、增大CO浓度BC3、在合成氨反应中，入口气体体积比N2:H2:NH3

为6:18:1，出口气体体积比为9:27:8，则H2的转化率为________。25%H2转化率=×100%=25%1.5×318

N2+3H22NH3起始6181变化X3X2X6-X:1+2X=9:8X=1.54、在合成氨时，可以提高H2转化率的措施是（）(A)延长反应时间(B)充入过量H2(C)充入过量N2(D)升高温度C5、关于氨的合成工业的下列说法正确的是（）(A)从合成塔出来的气体，其中氨一般占15%，所以生产氨的工业的效率都很低(B)由于NH3易液化，N2、H2可循环使用，则总的说来氨的产率很高(C)合成氨工业的反应温度控制在500℃左右，目的是使平衡向正反应方向进行(D)合成氨工业采用20

MPa----50MPa，是因该条件下催化剂的活性最好B6.下列反应达到平衡时，哪种条件下生成物的含量最高：X2(g)+2Y2(g)

X2Y4(g)

（正反应为放热反应）()A.高温高压B.低温低压C.高温低压D.高压低温D7.对于反应:2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)下列判断正确的是()A.2体积SO2和足量O2反应,必定生成2体积SO3B.其他条件不变,增大压强,平衡向右移动C.平衡时,SO2消耗速率必定等于O2的生成速率的两倍D.平衡时,SO2浓度必定等于O2浓度的两倍.BC8.在一定条件下,合成氨反应达到平衡后,混合气体中NH3的体积占25%,若反应前后条件保持不变,则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的之比是()ABCDA已知2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)△H＜0其