鲁科版高二化学选择性必修第1册 化学反应条件的优化 - 工业合成氨.pptVIP

因此，从合成氨反应的限度分析，反应条件应该是：低温、高压、增加反应物浓度、分离出去氨。进一步研究发现，在一定的温度、压强下氮气、氢气的体积比为1:3时平衡混合物中氨的含量最高。从合成氨反应的限度分析，反应条件应该是：低温、高压、增加反应物浓度、分离氨。氮气与氢气的体积比为1:3下面我们再从合成氨反应的速率角度来看看，工业生产希望反应速率越大越好。我们知道影响化学反应速率的因素分内因和外因，对于给定的化学反应，内因就不用考虑了，而外因，既外部因素，主要就是温度、浓度、压强和催化剂。那么我们如何从温度、浓度、压强、催化剂去提高合成氨的反应速率？同理首先来看看合成氨反应的反应特点，然后找到相应的措施。如果简单的分析，升温、增加反应物浓度、高压、使用催化剂都可以提高合成氨的反应速率，和反应特点并没有太多关系。下面我们再结合一些具体的资料来进一步细化一下反应条件。资料1、合成氨反应速率与参与反应的物质浓度的关系式为：v=kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3)由反应速率与参与反应的物质浓度的关系式可知，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次方成正比，与氨气浓度的1次方成反比。在反应过程中，随着氨的浓度增大，反应速率会逐渐降低，因此为了保持足够高的反应速率，相应措施应该增加反应物浓度，将氨从混合气中分离出去。既在简单的分析基础上，我们知道了合成氨在浓度这个因素上，它的反应特点是与氨气浓度的1次方成反比，相应措施就增加一条：分离氨再来看资料2催化剂对合成氨反应的速率的影响，可以看到：在其他条件相同的情况下，使用铁催化剂存在和无催化剂存在时的对比表明，使用铁催化剂可以把活化能从335kJ·mol-1降低到167kJ·mol-1，把合成氨反应的化学反应速率常数提高3.4x10的12次方倍，既上万亿倍因此，要提高合成氨的反应速率，使用适宜的催化剂是最有效的途径。既在简单的分析基础上，我们知道了合成氨在催化剂这个因素上，它的反应特点是活化能较大，而铁作催化剂可以大大降低活化能，相应措施就增加一条：使用铁催化剂。进一步研究催化反应历程发现：n(N2):n(H2)=1:2.8，适时地将氨从反应后的混合气体中分离出来，可以提高反应速率。因此，从合成氨反应的速率分析，反应条件：高温、增加反应物浓度、分离氨、高压、铁催化剂、氮气和氢气的体积比为1:2.8我们把合成氨反应的限度和反应的速率两个角度的分析放在一起，找到异同点。可以看到，有、且相同的反应条件是高压、增加反应物浓度、分离氨，既白色部分；有、且不相同的反应条件是一个要求低温，一个要求高温，一个要求氮气氢气的体积比为1:3一个要求体积比为1:2.8，既黄色部分；剩下的橙色部分是化学反应速率角度提出的特有反应条件：铁作催化剂。接下来，我们根据找到的异同点，综合考虑，来找出合成氨生产的适宜条件选择合成氨生产的条件时，既不应片面地追求高转化率，也不应只追求高反应速率，而应该寻找以较高的反应速率获取适当转化率的反应条件。此外，还应该考虑原料的价格、未转化的合成气（氮气和氢气）的循环使用、反应热的综合利用等问题。目前，合成氨生产一般选择铁做催化剂；反应温度控制在700K左右；根据反应器可使用钢材的质量及综合指标来选择压强，大致分为低压（1x107Pa)、中压（2x107~3x107Pa)和高压（8.5x107~1x108Pa)三种类型；通常采用氮气与氢气物质的量之比为1:2.8的投料比。不足：合成氨工业生产需要高温、高压的反应条件，而且催化剂易中毒、使用寿命不长。这一方面增加了生产成本，同时对生产设备提出了更高要求。目前的研究方向是：在自然界里，常温、常压下，通过生物固氮酶催化剂（如根瘤菌）的作用每年可以从空气中固定1亿吨氮，因此仿生固氮酶催化剂的研制这一前沿课题一直备受关注，人们仍在不断探索中。通过这节课的学习，我们小结一下化工生产中，主要从反应限度去选择温度、浓度、压强等；从反应速率去选择温度、浓度、压强、使用催化剂等；此外，还要考虑成本、环保等等，最后综合考虑选择适宜的反应条件。今天这节课就上到这里，同学们再见！大家对硫和二氧化硫并不陌生，从北京实时空气质量指数图中可以看出，二氧化硫是空气污染物，它会进入大气形成酸雨。大家对硫和二氧化硫并不陌生，从北京实时空气质量指数图中可以看出，二氧化硫是空气污染物，它会进入大气形成酸雨。使用铁作催化剂反应特点资料2、相应措施如何从温度、浓度、压强、催化剂提高合成氨的反应速率？N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92.2kJ·mo