高中化学第2章化学反应的方向限度与速率2.4化学反应条件的优化—工业合成氨.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,普通高中课程标准试验教科书 化学反应原理（选修四）,第二章,化学反应方向、程度与速率,第四节 化学反应条件优化-工业合成氨,第1页,第2页,自从,1809年,在南美州,智利,发觉了,硝酸钠,矿床,之后，,智利硝石,很快就成为当初世界上无机矿物含,氮肥,料主要起源，据预计，在,1850-,1900年,间，全世界,无机氮,肥有70%来自,智利硝石,，但,矿产资源,是有限，这就迫使人们去思索：怎样使大气中,游离态,氮，用人工方法转变成可为植物吸收,化合态,氮，即,人工固氮,，一直是,化学家,探索相关,国计民生,重大课题，尤其是怎样利用空气中氮和水中氢直接,合成氨,一直,十九世纪,化学家,研究焦点之一。但因为长久未获成功，以至有些人得出“由氮和氢直接,合成氨,是不可能”错误结论。直到,1909年,，德国化学,哈伯,取得了突破性进展，成功地建立了每小时能产生80克氨装置，从而使人们看到了处理这一问题曙光，开创了,合成氨,历史，,哈伯,也所以取得了,1918年,诺贝尔化学奖,。,工业合成氨巨大成功，改变了世界粮食生产历史，处理了世界因人口增加而需要粮食，以合成氨为基础原料化肥工业，对粮食增产贡献率占50%左右。,第3页,【,交流,研讨1,】,合成氨反应是一个可逆反应:N,2,(g)+3H,2,(g)2NH3,(g),已知298,K时:H=-92.2KJmol,-1,S=-198.2Jmol,-1.,K,-1,请依据正反应焓变和熵变分析,298,K下合成氨反应能否自发进行？,298,K下合成氨反应平衡常数K为.,（molL,-1,),-2,书P65,第4页,合成氨反应特点：,可逆反应,正反应,气态物质系数减小,正反应是放热反应,熵减小反应,N,2,(g)+3H,2,(g)2NH,3,(g),H,-,92.2kJ/mol,(1体积)(3体积)(2体积),S=-198.2JK-1mol-1,第5页,合成氨工业生产时主要考虑生产条件？,（1）,要使氨生成得更多（即提升平衡混合物里氨含量）,化学平衡问题,（2）,要使氨生成得更加快（即提升单位时间里氨产量）,化学反应速率问题,第6页,【,交流,研讨2,】,请利用化学平衡移动知识分析什么条件有利于氨合成,书P65,一、合成氨反应程度,第7页,第8页,1:1,1:2 1:3 1:4 1:5 1:6,0.6,0.5,0.4,0.3,0.2,0.1,NH,3,%,N,2,:H,2,第9页,_温度、_,压强,有利于化学平衡向生成氨方向移动,，N,2,、H,2,体积,比为_时平衡混合物中氨含量最高。,增大,降,低,1：3,研讨结果,第10页,【,交流,研讨3,】,1、你认为能够经过控制那些反应条件来提升合成氨反应速率？,2、,试验研究,表明,，在特定条件下，合成氨反应速率与反应物质浓度关系为,:,=C(N,2,)C,1.5,(H,2,)C,-1,(NH,3,),请你依据关系式分析：各物质,浓度,对,反,应速率有哪些影响？能够采取哪些办法来提升反应速率？,二、合成氨反应速率,第11页,3、请你依据下表所给数据分析催化剂对合成氨反应速率影响：,催化剂对合成氨反应速率影响,条件,E/KJ/mol,k(催)/k(无),无催化剂,335,3.410,12,(700k,),使用Fe催化剂,167,第12页,1.升,高温,度,2.增大压,强,3.使用催化剂,使用催化剂可使合成氨反应速率提升,上万亿,倍。,4.,增大N,2,和,H,2,浓度,将氨及时从混合气中分离出去,研讨结果,第13页,研讨内容,研讨问题,1,、既然增大压强既可提升反应速率，又可提升氨产量，那么在合成氨工业中,压强是否越大越好？,压强怎么定？,2,、既然降低温度有利于平衡向生成氨方向移动，那么生产中,温度,是否越低越好？,3,、,催化剂对化学平衡移动没有影响,，,在合成氨工业中,要,不要,使用催化剂,，,为何？,温度怎么选择？,要不要用催化剂？,【交流研讨4】,第14页,1、压强怎么选？,分析：,合成氨反应是气态物质系数减小气体反应，,增大,压强既能够,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,。,不过压强越大，对,设备,要求高、压缩H,2,和N,2,所需要,动力,大，所以选择压强应符合实际科学技术。,综合以上两点,:,依据反应器可使用钢材质量及综合指标来选择压强。,实际生产中压强普通选择在,200500大气压,之间。,第15页,2、,温度怎么选择？,分析：,因为正反应方向是放热反应，所以,降低,温度有利于平衡,正向,移动,。,可是,温度越低,，反应,速率越小,，到达平衡所需要时间越长，所以温度也,不宜太低,。,催化剂,要在一定温度下催化,活性,最大。,综合以上原因,:,实际生产中温度普通选择在,700K,左右,（主要考虑催化剂活性）,。,第16页,3、用不用催化剂？,实际生产中选取,铁,为主体多成份催化剂,（,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,利用率要高,，单位时间,产量要高,。,第17页,4、浓度怎么定？N,2,和H,2,百分比怎么定？,增大,反应物浓度能够,增大,反应速率，,减小,生成物浓度能够使平衡,正向,移动。从化学平衡角度分析，在氮气和氢气物质量比为,1：3,时，平衡,转化率最大,，不过,试验测得,适当提升,N,2,浓度，即N,2,和H,2,物质量比为,1：2.8,时，更能促进氨合成。,实际生产中处理方法：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，使其保持一定浓度。,即,N,2,和,H,2,物质量比为,1：2.8,（阅读书本67页）,第18页,研讨内容,研讨问题,研讨结果,1、既然增大压强既可提升反应速率，又可提升氨产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好,压强怎么定？,2、既然降低温度有利于平衡向生成氨方向移动，那么生产中是否温度越低越好,温度怎么选择？,3、催化剂对化学平衡移动没有影响，在合成氨工业中要不要使用催化剂，为何？,要不要用催化剂？,依据反应器可使用钢材质量及综合指标来选择压强。实际生产中压强普通选择在,200500大气压,之间,综合原因,:,实际生产中温度普通选择在,700K,左右,（主要考虑催化剂活性）,。,实际生产中选取,铁,为主体多成份催化剂,（,铁触媒），,它在700K时活性最高,。,第19页,外部条件,工业合成氨适宜条件,压强,温度,催化剂,浓度,依据反应器可使用钢材质量及综合指标来选择压强,200500个大气压,适宜温度,700K右左,使用,铁触媒,作催化剂,N,2,和H,2,物质量比为,1：2.8,投料比,氨及时从混合气中分离出去,研讨总结,第20页,合 成 氨 流 程 简 图,合 成 塔,氨 分 离 器,液氨,水 冷 器,循环气体,压缩机,循环压缩机,氢氮混合气,第21页,第22页,第23页,第24页,第25页,第26页,第27页,第28页,我国合成氨工业发展情况：,解放前我国只有两家规模不大合成氨厂；,1949年全国氮肥产量仅0.6万吨；,年到达3363.7万吨，成为世界上产量最高国家之一。拥有各种原料、不一样流程大,、,中,、,小合成氨厂1000多家.,经过本节课学习,您有什么收获？,？,第29页,【,总结,】,第30页,