2023年学年鲁科版选修2主题1课题2氨的工业合成学案.pdf

1 课题 2氨的工业合成1认识合成氨的反应原理和特点，并能依据化学反应速率和化学平衡原理综合考虑合成氨生产中的相关因素，选择合成氨反应的最佳条件。(重点)2知道获得大量廉价的氢气是实现合成氨生产的关键问题，知道合成氨工业原料氮气和氢气获得的途径和方法，能够写出相应的化学方程式。(重点)3能根据合成氨反应的特点分析氮气和氢气不能完全转化的原因，知道循环法使未转化的氮气和氢气得到利用的原理和方法。(重难点)4知道选择适宜的反应条件、确定原料路线、解决未转化完全的原料气的利用是合成氨生产中的主要技术问题。探索合成氨的最佳条件1.合成氨反应的化学方程式：N23H2催化剂高温、高压2NH3。2合成氨反应的特点(1)可逆反应；(2)放热反应；(3)气体总体积缩小的反应。3合成氨最佳条件的选择(1)理论分析从化学反应速率的角度看，升温、加压以及使用催化剂都可以使合成氨的化学反应速率增大。从化学平衡的角度看，平衡混合气中氨的含量随着温度的升高而降低，随压强的增大而提高。这说明温度、压强对这一反应的化学平衡有影响：降温、增压有利于氨的合成。(2)实际生产中的最佳条件合成氨一般选择以铁触媒为催化剂，压强在2050_MPa之间，温度在500_左右。2 1合成氨反应为放热反应，在低温下有利于氨的合成，为什么实际上选用了 500 C 的高温？【提示】目前，合成氨工业中普遍使用的主要是以铁为主体的多组分催化剂，又称铁触媒。铁触媒在500 C 左右时的活性最大，这也是合成氨反应一般选择在 500 C 左右进行的重要原因之一。如何获得大量廉价的原料气1.获得氮气的方法：分离空气。2获得氢气的方法方法反应原理电解水法2H2O=通电2H2O2煤或焦炭法CH2O(g)=高温CO H2天然气或重油法CH4H2O=催化剂高温CO 3H2CO H2O=催化剂CO2H22评价上述几种制氢方法，你认为哪种方法是最佳选择？【提示】电解水制氢气，电能消耗大，成本高；天然气与煤相比较，天然气输送方便、投资省、能耗低。所以用天然气做合成氨的原料为最佳选择。怎样利用未转化的氮气和氢气在实际生产中采用了循环法，先通过冷凝把氨从合成塔出来的混合气中分离出来，余下未反应的氮气和氢气的混合气用循环压缩机重新送入合成塔进行反应，同时不断地补充新鲜的原料气，这样氨的合成就形成了一个循环流程，使氮气和氢气得到充分利用。3 合成氨条件的选择【问题导思】合成氨工业生产的要求是什么？【提示】a反应有较大的反应速率；b.最大限度地提高平衡混合物中NH3的含量。影响化学平衡移动的外界因素有哪些？【提示】温度、浓度、压强。合成氨实际生产中采用高温、高压、催化剂，其中有利于提高平衡混合物中 NH3的百分含量的因素有哪些？【提示】高温不利于平衡正向移动；催化剂对化学平衡无影响；高压利于平衡正向移动，能提高平衡混合物中NH3的百分含量。1合成氨生产的要求合成氨工业要求：反应要有较大的反应速率；要最大限度地提高平衡混合物中 NH3的含量。2合成氨条件的选择依据运用化学反应速率和化学平衡移动原理的有关知识，同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素来选择合成氨的适宜生产条件。3合成氨条件的理论分析(1)浓度：因为增大反应物浓度，能提高反应速率和使平衡正向移动，故生产中常使廉价易得的原料适当过量，以提高另一原料的利用率。因此生产中常适当增加 N2的比例。(2)压强：无论从反应速率还是化学平衡考虑，压强越大越有利于合成氨。但压强太大，动力消耗大，设备的质量和制造水平要求高，故必须综合考虑。目前我国合成氨厂一般采用的压强在2050 MPa 之间。(3)温度：对于放热反应，升温可提高反应速率，但转化率降低，若温度太低，反应速率又太慢，综合考虑以 500 左右为宜。而且在此温度下催化剂活性4 最大。(4)催化剂：加快反应速率但不影响平衡，可以提高单位时间内氨的产量。目前工业上多采用以铁为主的催化剂。为了提高合成氨生产的综合经济效益，还有三点是不可忽视的：使原料气中 n(N2)n(H2)3；将从反应混合物中分离出来的氮气和氢气重新压缩后送入合成塔再次利用；及时将 NH3从平衡混合物中分离出来。合成氨时既要使氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的办法是()减压加压升温降温及时从平衡混合气中分离出NH3补充 N2或 H2加催化剂减小 N2或 H2的量ABCD【解析】合成氨反应 N2(g)3H2(g)高温、高压催化剂2NH3(g)H0 的特点为：可逆、放热、气体分子总数减小。加压、升温、增加N2或 H2浓度，使用催化剂均能加快反应速率；加压、降温、及时分离出NH3、增加 c(N2)和 c(H2)均有利于平衡正向移动，增大氨的产率。【答案】C 改变外界条件加快反应速率时，不一定使化学平衡正向移动；改变外界条件使化学平衡正向移动时，化学反应速率不一定加快。