人教版高中化学反应原理：化学反应条件的优化工业合成氨 课件 鲁科必修3.ppt

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1、 化学反应条件的优化 -合成氨条件的选择合成氨条件的选择2021/8/9 星期一1一、合成氨的适宜条件的选择一、合成氨的适宜条件的选择 化学反应速率化学反应速率和和化学平衡化学平衡知识的运用知识的运用 选择适宜条件的依据、思路和方法：选择适宜条件的依据、思路和方法：合成氨的反应原理合成氨的反应原理(方程式）：方程式）：N2+3H2 2NH3(放热反应放热反应)这是一个这是一个气体总体积缩小气体总体积缩小的、的、放热放热的的可逆可逆反应。反应。请思考这个反应的特点？请思考这个反应的特点？2021/8/9 星期一2 工业上合成氨，主要要考虑哪些因素？工业上合成氨，主要要考虑哪些因素？根据化学反应速

2、率的有关知识，思考：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。都可以使合成氨的化学反应速率增大。增大压强增大压强 升高温度升高温度 使用催化剂使用催化剂 经济效益和社会效益：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。源，原料，设备条件等因素。2021/8/9 星期一3 根据化学平衡的知识请思考：要增大根据化学平衡的知识请思考：要增大平衡体系中氨的含量、增大原料的转化率平衡体系中氨的含量、增大原料的转化率可以采用哪些方

3、法？可以采用哪些方法？增大压强，降低温度，减小生成物的增大压强，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实际情况讨论实际生产中对压强、温度、浓压强、温度、浓度度等条件的选择。等条件的选择。2021/8/9 星期一4 N2+3H2 2NH3(放热反应放热反应)1、压强怎么选？、压强怎么选？分析分析：合成氨反应是体积缩小的气体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，所以理论能提高平衡混合

4、物中氨的含量，所以理论上压强越大越好。上压强越大越好。但是压强越大，对设备的要求高、压但是压强越大，对设备的要求高、压缩缩H2和和N2所需要的动力大，因此压强也不所需要的动力大，因此压强也不宜过高。宜过高。2021/8/9 星期一5 综合以上两点，实际生产中压强一般综合以上两点，实际生产中压强一般选择在选择在20MPa-50MPa之间。之间。2、温度怎么选择？、温度怎么选择？因为正反应方向是放热的反应，所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以降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量。含量。可是温度越低，反应速率越小，达可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间

5、越长，因此温度也不到平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。宜太低。催化剂要在一定温度下效果最好。催化剂要在一定温度下效果最好。2021/8/9 星期一6 综合以上因素，实际生产中温度一般综合以上因素，实际生产中温度一般选择在选择在500（主要考虑催化剂的活性）（主要考虑催化剂的活性）左右。左右。3、用不用催化剂？、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？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实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在剂（铁触媒），它在500时活性较高。时活性较高。202

6、1/8/9 星期一7 4、浓度怎么定？、浓度怎么定？H2和和N2的比例怎么定？的比例怎么定？增大反应物的浓度可以增大反应速率，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。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氨气的浓度的方法，提高合成氨的效率和产量。产量。实际生产中的处理方法：及时将气态氨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。气，使其保持一定的浓度。2021/8/9 星期一

7、8二、合成氨工业简介：二、合成氨工业简介：1、合成氨工业的流程合成氨工业的流程原料气的制取原料气的制取净化净化压缩压缩合成合成分离分离液氨液氨 N2 H2 原料气的制取原料气的制取 N2：液化空气，蒸发分离出氮气：液化空气，蒸发分离出氮气 H2：用水和燃料在高温下制取。如：用水和燃料在高温下制取。如：C+H2O（g）CO+H2，CO+H2O（g）CO2+H2 思考：思考：1mol C能能制取多少氢气？制取多少氢气？2021/8/9 星期一9 2、氨的合成、氨的合成：（1）主要设备：合成塔）主要设备：合成塔（2）反应原理：）反应原理：N2+3H2 2NH3 高温高压高温高压催化剂催化剂 三、设想

8、合成氨的发展前景三、设想合成氨的发展前景氮的固定：把游离态氮转化为化合态氮的过程。氮的固定：把游离态氮转化为化合态氮的过程。氮的固定：把游离态氮转化为化合态氮的过程。氮的固定：把游离态氮转化为化合态氮的过程。人工固氮（化学固氮）：成本高、转化率低、效率低。人工固氮（化学固氮）：成本高、转化率低、效率低。人工固氮（化学固氮）：成本高、转化率低、效率低。人工固氮（化学固氮）：成本高、转化率低、效率低。生物固氮（根瘤菌）：常温常压、成本低、转化率高。生物固氮（根瘤菌）：常温常压、成本低、转化率高。生物固氮（根瘤菌）：常温常压、成本低、转化率高。生物固氮（根瘤菌）：常温常压、成本低、转化率高。新型催化

9、剂催化合成新型催化剂催化合成新型催化剂催化合成新型催化剂催化合成化学模拟生物固氮化学模拟生物固氮化学模拟生物固氮化学模拟生物固氮2021/8/9 星期一10 课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习 1 1、有平衡体系有平衡体系CO(g)+2HCO(g)+2H2 2(g)CH(g)CH3 3OH(g)OH(g)H0H0 ，为了，为了增加增加CHCH3 3OHOH的产量，应该采取的措施是的产量，应该采取的措施是 （）。）。A A、高温、高压、高温、高压 B B、适宜的温度、高压、催化剂、适宜的温度、高压、催化剂 C C、低温、低压、低温、低压 D D、高温、高压、催化剂、高温、高压、催化剂B B催化剂催

10、化剂 2 2、在硫酸工业中，通过下列反应使在硫酸工业中，通过下列反应使SOSO2 2氧化为氧化为SOSO3 3：2SO2SO2 2 +O +O2 2 2SO 2SO3 3 H0H0，试回答下列问题：试回答下列问题：生产过程中常常通入过量的空气，你认为其原因是什么？生产过程中常常通入过量的空气，你认为其原因是什么？实际生产控制的温度为实际生产控制的温度为400400-500-500，为什么？，为什么？增大压强对上述反应有何影响？工业上常常采用常压，增大压强对上述反应有何影响？工业上常常采用常压，为什么？为什么？2021/8/9 星期一11100atm100atm200atm200atm300at

11、m300atmT TN N2 2转转转转化化化化率率率率0 0300atm300atm200atm200atm100atm100atmT TN N2 2转转转转化化化化率率率率0 0T TN N2 2转转转转化化化化率率率率0 0T TN N2 2转转转转化化化化率率率率0 0100atm100atm200atm200atm300atm300atm100atm100atm200atm200atm300atm300atm 3 3、能正确反应出：能正确反应出：N N2 2 (g)(g)+3H+3H2 2 (g)(g)2NH 2NH3 3 (g)(g)H0H0的关的关系的是（系的是（）。）。A AB BC CD DD D2021/8/9 星期一12