工业合成氨条件的选择.pptVIP

化学反应条件的优化 ——工业合成氨 达到平衡时平衡混合物中NH3的含量 　　　（体积分数[ V(N2):V(H2)=1:3 ] * * 复习 影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些? 化学反应速率 化学平衡 温度 气体压强 催化剂 浓度 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 弗里茨·哈伯：  将空气变为面包 一 反应的自发性 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 请根据正反应的焓变和熵变分析: 298K下合成氨反应能否自发进行？ 合成氨反应有哪些特点？ 请利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成？ N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H ＝-92.2kJ/mol (1体积) (3体积) (2体积) 思考？ 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 N2、H2体积比对产率的影响 NH3% 1、你认为可以通过控制哪些反应条件来提高合成氨反应的速率？ 升高温度 增大压强 增大反应物浓度 使用催化剂 二 化学反应速率 2、实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与反应的物质的浓度的关系为: ν =κC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3) 请你根据关系式分析：各物质的浓度对反应速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？ 增大N2`H2浓度,将氨及时从 混合气中分离出去 催化剂对合成氨反应速率的影响 条件 △ E /KJ/mol k(催)/k(无) 无催化剂 335 3.4×1012(700k) 使用Fe催化剂 167 使用催化剂可使合成氨反应 的速率提高上万亿倍。 3.分析催化剂对速率的影响 合成氨的适宜条件的选择 生成物氨的浓度 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 减小浓度 平衡分析 使NH3生产得多 高压 低温 无影响 增大浓度 减小浓度 催化剂 温度 压强 使平衡混合物中氨的含量高 使合成氨的速率快 分析角度 反应条件 正反应为 放热反应 合成氨的反应 高压 高压 高温 低温 使用 不影响 一致 矛盾 1、压强怎么选？ 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。 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）。 3、使用催化剂？ 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。 经济效益和社会效益要求化学反应速度要快，原料的利用率要高，单位时间的产量要高。 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，更能促进氨的合成。 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。 （阅读课本67-68页） 31.4 23.1 13.8 9.1 4.5 0.05 600 57.5 42.2 26.4 19.1 10.6 0.1 500 79.8 65.2 47.0 38.2 25.1 0.4 400 92.6 84.2 71.0 64.2 52.0 2.2 300 98.8 95.4 89.9 86.4 81.5 15.3 200 100 60 30 20