工业合成氨PPT课件

合成氨反应的特点：
N2(g)+3H2(g) (1体积) (3体积)
2NH3(g) △H ＝-92.2kJ/mol
(2体积)
△S = -198.2J·K-1·mol-1
①可逆反应 ②熵减小的反应 ③正反应气态物质系数减小 ④正反应是放热反应
一、合成氨反应的限度
【交流·研讨】 书P65
请利用化学平衡移动的知识分析 什么条件有利于氨的合成．
复 影响化学反应速率和化学平衡 习 的重要因素有哪些?
化学反应速率
化学平衡
温度
温度越高,反应速 升高温度,平衡向吸
率越大
热方向移动
气体压强 压强越大,反应速 增大压强,平衡向气态物
率越大
质系数减小的方向移动
催化剂 正催化剂加快反应 催化剂对平衡无影响 速率
浓度 反应物浓度越大,反 增大反应物浓度,平
（阅读书本67页）
增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小 生成物的浓度可以使平衡正向移动。从化学平衡 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，但是实验测得适当提高N2的 浓度，即N2和H2的物质的量比为1：2.8时，更能促 进氨的合成。
实际生产中的处理方法：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 其保持一定的浓度。即N2和H2的物质的量比为1：2.8
2、实验研究表明，在特定条件下， 合成氨反应的速率与反应的物质的浓 度的关系为:
ν =κC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)
请你根据关系式分析：各物质的浓 度对反应速率有哪些影响？可以采 取哪些措施来提高反应速率？
3、请你根据下表所给的数据分析催化 剂对合成氨反应速率的影响：
催化剂对合成氨反应速率的影响
温度怎么选择？
3 、催化剂对化学平衡的移动 要不要用催化 没有影响， 在合成氨工业中 剂？
要不要使用催化剂，为什么？
1、压强怎么选？
分析：
①合成氨反应是气态物质系数减小的气体 反应，增大压强既可以增大反应速率，又能使 平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。
②但是压强越大，对设备的要求高、压缩 H2和N2所需要的动力大，因此选择压强应符合 实际科学技术。
应速率越大
衡正向移动
【交流·研讨】 书P65
合成氨反应是一个可逆反应: N2(g)+3H2(g)
已知298K时: △H= -92.2KJ·mol-1 △S = -198.2J·K-1·mol-1
请根据正反应的焓变和熵变分析298K下 合成氨反应能否自发进行？
2NH3(g)
298K下合成氨反应的平衡常数 K为４.１×１０６（mol·L-1)-2
化学反应条件的优 ----工业合成氨
化学热 力学
化学动 力学
化学反应 的方向
化学反应 的限度
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？
化学反应 的速率
怎样能提 高合成氨 反应速率？
化学工艺学
适
宜
的
工
合
艺
成
流
氨
程
条
件
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
反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益； 选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大
的温度； 选择合适的压强：既要考虑化学反应速率和
化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。
• 例题 ：
• 能使合成氨反应进行程度增大的方法 是（ ）
• A、升高温D 度
B 、降低压强
• C、使用催化剂 D 、及时分离出氨 气
NH3%
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6
N2:H2
降__低_温度、增__大_压强有利于化学平衡向 生成氨的方向移动，N2、H2体积比为 _1_：__3_时平衡混合物中氨的含量最高。
二、合成氨反应的速率
【交流·研讨】 书P66
1、你认为可以通过控制那些反应条件来 提高合成氨反应的速率？
练一练：
1．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列变 化过程不能使平衡向右移动的是（ BC） （A）不断将NH3分离出来 （B）使用催化剂 （C）采用700K左右的高温 （D）采用2×107～5×107Pa的压强
2、合成氨所需的H2可由煤和水蒸气反应 而制得，其中一步的反应为：
CO(g)+H2O（g） CO2(g)+H2(g)（正反应放 热），下列措施中，能提高CO转化率的 是（BC ）
条件
△E /KJ/mol
k(催)/k(无)
无催化剂 使用Fe催化剂
335 3.4×1012(700k)
167
1.升高温度 2.增大压强 3.增大反应物浓度 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。
5.增大N2`H2浓度,将氨及时从 混合气中分离出去
合成氨的适宜条件的选择
外界条件 使NH3生产得快 速率分析
研讨的结果
外部条件 工业合成氨的适宜条件
压强
根据反应器可使用的钢材质 量及综合指标来选择压强
温度
适宜温度 700K左右
催化剂
使用铁触媒作催化剂
浓度
N2和H2的物质的量比为1：2.8的投 料比, 氨及时从混合气中分离出去
【总结】
【小结·反思】
工业上利用某可逆反应生产产品： 一般要使用催化剂：这样可以大大加快化学
综合以上两点:根据反应器可使用的钢材质量及综 合指标来选择压强。实际生产中压强一般选择在200～ 500大气压之间。
2、温度怎么选择？
分析：
①因为正反应方向是放热的反应，所以降低温 度有利于平衡正向移动。
②可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需 要的时间越长，因此温度也不宜太低。
③催化剂要在一定温度下催化活性最大。
综合以上因素:实际生产中温度一般选择在 700K左右（主要考虑催化剂的活性）。
3、用不用催化剂？
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。
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。
4、浓度怎么定？ N2 和H2的比例怎么定？
压强
高压
温度
高温Байду номын сангаас
催化剂
使用
反应物的浓度 增大浓度 生成物氨的浓度 减小浓度
使NH3生产得多 平衡分析
高压
低温 无影响 增大浓度 减小浓度
【交流·研讨】
研讨的内容
研讨的问题
1、既然增大压强既可提 高反应速率，又可提高氨 的产量，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 平衡向生成氨的方向移动 ，那么生产中是否温度越 低越好？