高中化學反應原理：化學反應條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨 課件 魯科版必修3

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1、 化學反應條件的優(yōu)化 -合成氨條件的選擇合成氨條件的選擇一、合成氨的適宜條件的選擇一、合成氨的適宜條件的選擇 化學反應速率化學反應速率和和化學平衡化學平衡知識的運用知識的運用 選擇適宜條件的依據(jù)、思路和方法：選擇適宜條件的依據(jù)、思路和方法： 合成氨的反應原理合成氨的反應原理(方程式）方程式）： N2+3H2 2NH3(放熱反應放熱反應) 這是一個這是一個氣體總體積縮小氣體總體積縮小的、的、放熱放熱的的可逆可逆反應。反應。 請思考這個反應的特點？請思考這個反應的特點？ 工業(yè)上合成氨，主要要考慮哪些因素？工業(yè)上合成氨，主要要考慮哪些因素？ 根據(jù)化學反應速率的有關知識，思考：根據(jù)化學反應速率的有關知

2、識，思考：， ， 都可以使合成氨的化學反應速率增大。都可以使合成氨的化學反應速率增大。 增大壓強增大壓強 升高溫度升高溫度 使用催化劑使用催化劑 經(jīng)濟效益和社會效益：經(jīng)濟效益和社會效益： 速度要快，原料的利用率要高，單位時間速度要快，原料的利用率要高，單位時間的產(chǎn)量要高。另外還要考慮生產(chǎn)中的消耗能的產(chǎn)量要高。另外還要考慮生產(chǎn)中的消耗能源，原料，設備條件等因素。源，原料，設備條件等因素。 根據(jù)化學平衡的知識請思考：要增大根據(jù)化學平衡的知識請思考：要增大平衡體系中氨的含量、增大原料的轉(zhuǎn)化率平衡體系中氨的含量、增大原料的轉(zhuǎn)化率可以采用哪些方法？可以采用哪些方法？ 增大壓強，降低溫度，減小生成物的增大

3、壓強，降低溫度，減小生成物的濃度都可以提高原料的轉(zhuǎn)化率濃度都可以提高原料的轉(zhuǎn)化率。 下面請綜合以上兩方面的因素，并結下面請綜合以上兩方面的因素，并結合實際情況討論實際生產(chǎn)中對合實際情況討論實際生產(chǎn)中對壓強、溫度、壓強、溫度、濃度濃度等條件的選擇。等條件的選擇。 N2+3H2 2NH3(放熱反應放熱反應)1、壓強怎么選？、壓強怎么選？ 分析分析：合成氨反應是體積縮小的氣合成氨反應是體積縮小的氣體反應，增大壓強既可以增大反應速率，體反應，增大壓強既可以增大反應速率，又能提高平衡混合物中氨的含量，所以理又能提高平衡混合物中氨的含量，所以理論上壓強越大越好。論上壓強越大越好。 但是壓強越大，對設備的要

4、求高、但是壓強越大，對設備的要求高、壓縮壓縮H2和和N2所需要的動力大，因此壓強也所需要的動力大，因此壓強也不宜過高。不宜過高。 綜合以上兩點，實際生產(chǎn)中壓強一般綜合以上兩點，實際生產(chǎn)中壓強一般選擇在選擇在20MPa-50MPa之間。之間。 2、溫度怎么選擇？、溫度怎么選擇？ 因為正反應方向是放熱的反應，所因為正反應方向是放熱的反應，所以降低溫度有利于提高平衡混合物中氨的以降低溫度有利于提高平衡混合物中氨的含量。含量。 可是溫度越低，反應速率越小，達可是溫度越低，反應速率越小，達到平衡所需要的時間越長，因此溫度也不到平衡所需要的時間越長，因此溫度也不宜太低。宜太低。 催化劑要在一定溫度下效果最

5、好。催化劑要在一定溫度下效果最好。 綜合以上因素，實際生產(chǎn)中溫度一般綜合以上因素，實際生產(chǎn)中溫度一般選擇在選擇在500（主要考慮催化劑的活性）（主要考慮催化劑的活性）左右。左右。 3、用不用催化劑？、用不用催化劑？ 使用催化劑能否提高合成氨的轉(zhuǎn)化率？使用催化劑能否提高合成氨的轉(zhuǎn)化率？ 使用催化劑對反應速率有何影響？使用催化劑對反應速率有何影響？ 實際生產(chǎn)中選用鐵為主體的多成分催化實際生產(chǎn)中選用鐵為主體的多成分催化劑（鐵觸媒），它在劑（鐵觸媒），它在500時活性較高。時活性較高。 4、濃度怎么定？、濃度怎么定？H2和和N2的比例怎么定？的比例怎么定？ 增大反應物的濃度可以增大反應速率，增大反應物

6、的濃度可以增大反應速率，減小生成物的濃度可以使平衡正向移動。減小生成物的濃度可以使平衡正向移動。因此可以用保持一定的氮、氫濃度，減少因此可以用保持一定的氮、氫濃度，減少氨氣的濃度的方法，提高合成氨的效率和氨氣的濃度的方法，提高合成氨的效率和產(chǎn)量。產(chǎn)量。 實際生產(chǎn)中的處理方法：及時將氣態(tài)氨實際生產(chǎn)中的處理方法：及時將氣態(tài)氨冷卻液化而分離出去；及時補充氮氣和氫冷卻液化而分離出去；及時補充氮氣和氫氣，使其保持一定的濃度。氣，使其保持一定的濃度。二、合成氨工業(yè)簡介：二、合成氨工業(yè)簡介： 1、合成氨工業(yè)的流程合成氨工業(yè)的流程原料氣的制取原料氣的制取凈化凈化壓縮壓縮合成合成分離分離液氨液氨 N2 H2 原料氣的制取原料氣的制取 N2：液化空氣，蒸發(fā)分離出氮氣：液化空氣，蒸發(fā)分離出氮氣 H2：用水和燃料在高溫下制取。如：用水和燃料在高溫下制取。如：C + H2O（g） CO+H2，CO+H2O（g） CO2+H2 思考：思考：1mol C能能制取多少氫氣？制取多少氫氣？ 2、氨的合成、氨的合成： （1）主要設備：合成塔）主要設備：合成塔 （2）反應原理：）反應原理：N2+3H2 2NH3 高溫高壓高溫高壓催化劑催化劑 三、設想合成氨的發(fā)展前景三、設想合成氨的發(fā)展前景