高二化学课件：2.4《化学反应条件的优化——工业合成氨》》（鲁科版选修4）.ppt

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1、第4节　化学反应条件的优化——工业合成氨1．认识合成氨的化学原理。2．应用化学平衡和化学反应速率的有关知识选择合成氨的条件。3．了解合成氨生产的主要流程。4．了解工业条件选择的依据和原则。一、合成氨反应的限度(1)自发性：常温下能自发进行。(2)可逆性：反应为可逆反应。(3)体积变化：正反应是气体体积的反应。(4)焓变：。减小ΔH<02．合成氨反应的限度(1)温度、压强将有利于化学平衡向生成氨的方向移动。(2)在一定温度、压强下，反应物氮气、氢气的体积比为时平衡混合物中氨的含量最高。降低增大1∶3[开放探究]1.合成氨工业生产中，为什么采用N2和H2物质的量之比为1∶2.

2、8的投料比？提示：由于氮气在催化剂上的吸附为总反应中最难发生的步骤，即影响反应速率的关键步骤，当适当提高氮气的比例，即N2和H2物质的量之比为1∶2.8时更能加快合成氨反应的进行。二、合成氨反应的速率三、合成氨的适宜条件1．合成氨反应条件的选择原则(1)尽量增大反应物的，充分利用原料；(2)选择较快的，提高单位时间内的产量；(3)考虑设备和技术条件。转化率反应速率2．合成氨反应的适宜条件(1)压强①适宜条件②理论依据：压强越大，要求动力越大，对材料和设备的制造要求就越高。(2)温度①适宜条件：左右②理论依据：该温度下催化剂的活性最高，反应速率比较快，氨的含量也相对较高。(

3、3)催化剂①适宜条件：以为主的多成分催化剂，又称。②理论依据：加快反应速率。700K铁触媒铁(4)浓度①适宜条件：氮气和氢气按分压比混合。②理论依据：适当提高氮气的分压，来提高氢气的转化率。(5)其他为了提高原料的，未反应的氮气和氢气。1∶2.8利用率循环使用[开放探究]2.合成氨工业生产中，为什么采用未转化的合成气的循环使用？提示：合成氨反应中，如果让N2和H2的混合气体只通过一次合成塔起反应是很不经济的，应将分离液氨后的未转化的合成气进行循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度，有利于合成氨反应的进行。1．合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义，原

4、合成氨需要20MPa、700K，用铁做催化剂，最近美国俄勒冈大学的化学家使用了一种名为transFe(DMeOPrPE)2的催化剂，常温下用N2和H2合成了氨。下列有关说法正确的是()A．原合成氨是吸热反应，而新法合成氨为放热反应B．新法合成比原合成节约能源，具有很好的发展前景C．新法能在常温下进行是因为不需要破坏化学键D．加压不利于新法合成氨答案：B2．从化学反应速率和化学平衡两方面考虑，合成氨应采用的条件是()A．低温、高压、催化剂B．低温、低压、催化剂C．高温、高压、催化剂D．适当温度、低压、催化剂解析：根据合成氨反应的特点、外界条件对反应速率和化学平衡的影响及催化

5、剂的活性进行选择。答案：C3．使一定量的氮气、氢气合成氨，施加催化剂和高压的反应条件，下列叙述中正确的是()A．都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响B．都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用的时间C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化学平衡状态有影响D．催化剂能缩短达到平衡状态所用的时间，而压强无此作用解析：催化剂只能提高化学反应速率，缩短反应达到平衡状态所用的时间，不能改变化学平衡状态。对氮气、氢气合成氨的反应来说，加压既能加快化学反应速率，又能使平衡状态向生成氨的反应方向移动。加快了化学反应速率，必然缩短了反应达到平衡所用的时间。答案：C化工生

6、产选择适宜条件的思路对于某一特定的实际反应，选取适宜的外界条件的基本思路如下：1．从可逆性、反应前后气体系数的变化、焓变三个角度分析化学反应的特点。2．根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响；从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况，选出适宜的外界条件。外界条件有利于加快速率的条件控制有利于平衡移动的条件控制综合分析结果浓度增大反应物的浓度增大反应物的浓度、减小生成物的浓度不断地补充反应物、及时地分离出生成物催化剂加合适的催化剂不需要加合适的催化剂温度高温ΔH＜0低温兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度ΔH＞0高温在设备条件允许的前提下，尽量采取高温并选

7、取催化剂压强高压(有气体参加)Δν(g)＜0高压在设备条件允许的前提下，尽量采取高压Δν(g)＞0低压兼顾速率和平衡，选取适宜的压强(1)选取适宜的化工生产条件时，要运用反应速率和化学平衡移动原理，同时考虑化工生产中的动力、材料、设备、催化剂等因素的影响，综合选取适宜条件。(2)自然界中，生物固氮酶催化的作用，在常温常压下、将游离的N2转化为化合态氮，因此防生固氮酶催化剂可大大提高N2转化速率和效率。压　强转化率温　度1×105Pa1×106Pa5×106Pa1×107Pa450℃97.5%99.2%99.6%99.7%550