第七讲合成氨工业条件的选择.doc

暑假新高二预习第7讲 合成氨工业条件的优化 一　合成氨反应的限度、速率 【基础梳理】 思考： 1．合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.2 kJ·mol－1；ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。请根据正反应的焓变和熵变分析298 K下合成氨反应能否自发进行？ 2．利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成？ 3．利用条件对反应速率的影响分析。 (1)利用 温度、增大压强、 反应物浓度、使用催化剂来提高合成氨反应的速率。 (2)实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与反应中各物质浓度的关系为v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，根据关系式分析： 各物质的浓度对反应速率的影响是合成氨反应的速率与氮气浓度的1次方成正比，与氢气浓度的1.5次方成 ，与氨气浓度的1次方成 。 可以采取增大 浓度，将 及时从混合气中分离出去的措施来提高反应速率。 (3)有、无催化剂对合成氨反应速率影响的对比 条件 Ea/kJ·mol－1 k(催)/k(无) 无催化剂 335 3.4×1012(700 K) 有催化剂 167 说明了使用 可以使合成氨反应的速率提高上万亿倍。 [归纳总结] 使NH3生产得快和使NH3生产得多的条件 条件 速率分析 平衡分析 压强 温度 催化剂 反应物的浓度 [即时练习] 1．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 2．合成氨反应中，可以提高N2转化率的措施是(　　) A．尽可能延长反应时间 B．通入过量的N2 C．通入过量的H2 D．升高温度 3．可以判断化学平衡发生移动的是( 　　) A．正、逆反应速率的改变 B．加入催化剂 C．增大压强 D．反应转化率的改变 4．一定量的混合气体，在密闭容器中发生如下反应：xA(g)＋yB(g)zC(g)，达到平衡后测得A气体的浓度为0.5 mol·L－1，当恒温下将密闭容器的容积扩大到2倍再达到平衡后，测得A的浓度为0.2 mol·L－1，则下列叙述不正确的是(　　) A．平衡向正反应方向移动 B．x＋yz C．C的体积分数降低 D．B的转化率提高 5．在恒容密闭容器中，进行合成氨反应，达到平衡后，将平衡体系中的各物质的浓度都增加到原来的2倍，则产生的结果是(　　) A．平衡向正反应方向移动 B．平衡向逆反应方向移动 C．平衡不发生移动 D．氨的质量分数减小 二　合成氨的适宜条件 【基础梳理】 工业合成氨对各种外界条件选择的 1．压强：高压50-70MPa 理由：合成氨反应是正反应气态物质系数减小的气体反应，增大压强既可以 反应速率，又能使平衡 向移动，所以理论上压强越大越好。但是压强越大，对设备的要求越高、压缩H2和N2所需要的动力越大，因此选择压强应符合实际 2．温度：700K 理由：(1)因为正反应方向是 的反应，所以 温度有利于平衡正向移动。 (2)但是温度越低， 越小，达到平衡所需要的时间越 ，因此温度也不宜太低。 (3)催化剂要在一定温度下 最大。 3．浓度：N2和H2的物质的量之比为12.8的投料，氨及时从混合气中分离出去 理由：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 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的物质的量之比为12.8时，更能促进氨的合成。实际生产中的处理方法：及时将气态氨 ；及时将氮气和氢气循环利用，使其保持一定的浓度。 4．催化剂：使用铁触媒作催化剂 理由:实际生产中选用 为主体的多成分催化剂(铁触媒)，会化学反应速率，原料的利用率但是单位时间的产量要______该催化剂在 时活性最高。 [归纳总结] 合成氨的适宜条件 外部条件 工业合成氨的适宜条件 压强 根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强 温度 适宜温度，700 K左右 催化剂 使用铁触媒作催化剂 浓度 N2和H2的物质的量比为12.8的投料比，氨及时从混合气中分离出去 [即时练习] 1．合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＜0，在合成氨工业生产中应采取的适宜条件是(　　) A．低温、高压、催化剂 B．高温、高压 C．尽可能的高温、高压 D．适宜的温度、高压、催化剂 2