上课用《化学反应条件的优化---工业合成氨》(共48张)重点.ppt

思考：假如你是一个化工厂的老板， 对工业生产你主要应考虑哪些问题？ 【交流·研讨】 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 * 复习 影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些? 催化剂 浓度 气体压强 温度 化学平衡 化学反应速率 温度越高,反应速率越大 压强越大,反应速率越大 正催化剂加快反应速率 反应物浓度越大,反应速率越大 升高温度,平衡向吸热方向移动 增大压强,平衡向气态物质系数减小的方向移动 催化剂对平衡无影响 增大反应物浓度,平衡正向移动 化学反应条件的优化 ----工业合成氨 　“一战”期间在哈伯的指导下，德国合成了1000吨液氨， 并且用它制造出3500吨烈性炸药TNT 另外还要考虑生产中的消耗能源、原料来源、 设备条件、环境保护等因素。 合成氨反应的特点： ①可逆反应 ③正反应气态物质系数减小 ④正反应是放热反应 ②熵减小的反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H ＝-92.2kJ/mol (1体积) (3体积) (2体积) △S = -198.2J·K-1·mol-1 合成氨反应是一个可逆反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 已知298K时: △H= -92.2KJ·mol-1 △S = -198.2J·K-1·mol-1 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 NH3% N2:H2 ___温度、___压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动，N2、H2体积比为_____时平衡混合物中氨的含量最高。 降低 1：3 增大 1.升高温度 2.增大压强 3.增大反应物浓度 4.使用催化剂 使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。 三、 合成氨的适宜条件的选择 反应物的浓度 催化剂 温度 压强 速率分析 使NH3生产得快 外界条件 高压 高温 使用 增大浓度 平衡分析 使NH3生产得多 高压 低温 无影响 增大浓度 研讨的问题 研讨的内容 1、既然增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？ 压强怎么定？ 2、既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？ 3 、催化剂对化学平衡的移动没有影响， 在合成氨工业中要不要使用催化剂，为什么？ 温度怎么选择？ 要不要用催化剂？ 1、压强怎么选？ 分析： ①合成氨反应是气态物质系数减小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动，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，因此选择压强应符合实际科学技术。 综合以上两点:根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。实际生产中压强一般选择在200～500大气压之间。 2、用不用催化剂？ 实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在700K时活性最高。 分析: 经济效益和社会效益要求化学反应速率要快， 单位时间的产量要高。 3、温度怎么选择？ 分析： ①因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于平衡正向移动。 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。 ③催化剂要在一定温度下催化活性最大。 综合以上因素:实际生产中温度一般选择在700K左右（主要考虑催化剂的活性）。 4、浓度怎么定？ N2 和H2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。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1：2.8时，更能加快合成氨反应的进行。 实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化分离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使其保持一定的浓度。即N2和H2的物质的量比为1：2.8 （阅读书本67页） 浓度 催化剂 温度 压强 工业合成氨的适宜条件 外部条件 研讨的结果 根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强 适宜温度 700K左右 使用铁触媒作催化剂 N2和H2的物质的量比为1：2.8的投料比, 氨及时从混合气中分离出去 工业