合成氨条件的优化.ppt

　“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 化学家哈伯，1909年发现一定温度、压强和催化剂下，以空气、煤、水为原料得到产率为6％~8％的合成氨，结束了人类完全依靠天然氮肥的历史。 哈伯被称为“用空气制造面包的圣人”，荣获1918年诺贝尔化学奖。 　思考：你是工厂老板，主要考虑哪些问题？ 经济效益和社会效益： 增大化学反应速率 单位时间产率高 增大化学反应限度 原料利用率高 另外考虑能源消耗、原料来源、设备条件、环境保护等。 提高经济效益 理论 实际 单位时间提高氨的产量 平衡时提高氨的含量 从生产成本、设备等对理论论证，得出合理的结论。 影响速率和平衡的因素有哪些? 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 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, 平衡向系数减小向移动 对平衡无影响 增大反应物浓度, 平衡正向移动 【交流·研讨】 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 分析298K下反应能否自发进行？ 书P65 化学热力学 化学动力学 化学反应的方向 化学反应的限度 化学反应的速率 合成氨反应能否自发进行？ 怎样能促使化学平衡向合成氨方向移动？ 怎样能提高合成氨反应速率？ 适宜的合成氨条件 工艺流程 化学工艺学 高压对设备材质、 加工制造的要求、温度 的催化剂活性的影响等 一、合成氨反应的限度 利用平衡移动分析什么条件利于氨的合成． ___温度、___压强利于平衡向生成氨的方向移动， 增大 降低 二、合成氨反应的速率 温度 浓度 压强 催化剂 【交流·研讨】 1、控制那些条件能提高合成氨的速率？ 2、研究表明，合成氨的速率与浓度的关系为: ν =κC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3) 根据关系式分析：各物质的浓度对速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？ 书P66 3、根据下表分析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 1.升高温度 2.增大压强 3.增大N2`H2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。 合成氨的适宜条件 生成物氨浓度 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 温度怎么选？ 分析： ①正反应是放热反应，降低温度利于平衡正向移动。 ②温度越低，速率越小，达到平衡所需时间越长，因此温度不宜太低。 ③催化剂要在一定温度下活性最大。 综合以上因素:生产中温度选择700K（考虑催化剂的活性）。 压强怎么选？ 分析： ①反应是系数减小的反应，增大压强既增大速率，又使平衡正向移动，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、因此选择符合实际技术的压强。 综合:实际生产中压强选择在20～50MPa。 3、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度要快，原料的利用率要高，单位时间的产量要高。 浓度怎么定？ N2 和H2比例怎么定？ 增大反应物的浓度增大速率，减小生成物的浓度平衡正向移动。 从平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大， 实验测得提高N2的浓度，更能促进氨的合成，即N2和H2的物质的量比为1：2.8。 实际方法：将气态氨冷却液化分离出去；将氮气和氢气循环利用，使N2和H2的物质的量比为1：2.8 （阅读书本67页） 条件 合成氨的适宜条件 压强 温度 催化剂 浓度 研讨的结果 根据钢材质量来选择压强 700K左右 铁触媒 N2和H2比为1：2.8 及时分离氨 【总结】