6.3 化工生产（第2课时 工业合成氨）-【帮课堂】2022-2023学年高一化学同步精品讲义（沪科版2020必修第二册 ）

6.3 化工生产 (工业制氨气) 学习聚焦 知识精讲 知识点01 工业制法 1、合成氨工业 （1）反应原理：N2+3H22NH3 +Q （2）主要设备：合成塔。 （3）合成氨条件的选择：增大N2、H2浓度，及时分离出氨；适当的温度（500℃左右）和压强（2×107Pa～5×107Pa）；采用铁催化剂。 压强：20MPa~50MPa(中压) (有利于氨的合成,对动力、材料强度、设备制造要求适中) 温度：500℃左右(速率较快,转化率适中催化剂活性最大) 催化剂：铁触媒 浓度：C(N2)：C(H2)=1：2.8（将生成的氨及时从混合气中分离出来，且向循环气中不断补充） （4）合成氨工业流程：原料气制取→净化→压缩→合成→分离→液氨，原料 循环 利用 注意：①该反应为可逆反应，所以所得产品是NH3、N2、H2的混合物，利用NH3易液化的特点将NH3分离以后，N2、H2可循环使用。 ②原料N2可通过蒸馏液态空气获得，而原料H2一般通过焦炭与高温水蒸气反应获得，有关反应方程式为：C+H2OCO + H2，CO+H2OCO2 + H2，除去CO2即得H2。 【即学即练1】对于反应N2(g)+3H2(g)⇌ 2NH3(g) △H< 0 ，下列说法正确的是 A．缩小容器体积，N2的浓度比压缩前大 B．及时将产生的氨气液化分离，可加快正反应速率 C．升高温度，该反应的正反应速率减小，逆反应速率增大 D．选用优质催化剂，能够降低合成氨反应的焓变 知识点02 合成氨的适宜条件探究 1．原料 空气、燃料（煤、天然气、石油）、水。 2．原料N2、H2的来源 (1) N2来源于空气 方法一：空气液化法；方法二：用碳除氧法。 (2) H2来源于水和燃料 C + H2OCO + H2；CO + H2O(g)CO2 + H2。 H2 + 水蒸气CO2 + H2H2 CH4CO + H2CO2 + H2 除去杂质后将N2、H2的混合气体用压缩机压缩至高压。 3．反应原理 N2 (g)+ 3H2 (g)2NH3 (g) 4．合成氨适宜条件的选择 可逆反应：N2 + 3H2⇌2NH3+Q 对比表1和表2，从影响反应速率因素和勒夏特列原理角度探究合成氨的合适条件： 表1 转化率 (％) 温度 压强（×101kpa） 1 5 10 25 50 100 400℃ 99.2 99.6 99.7 99.9 99.9 99.9 450℃ 97.5 98.9 99.2 99.5 99.6 99.7 500℃ 93.5 96.9 97.8 98.6 99.0 99.3 550℃ 85.6 92.9 94.9 96.7 97.7 98.3 表2 使氨生产得快 （从化学反应速率分析） 使氨生成得多 （从化学平衡分析） 浓 度 增大N2、H2的浓度 增大N2、H2的浓度， 减小NH3的浓度 压 强 高压 高压 温 度 高温 低温 催化剂 使用 不影响 表3 理论和实际生产条件的对比 浓 度 压 强 温 度 催化剂 理 论 生 产 为增大合成氨的反应速率 增加N2、H2的浓度 增大 升高 加入 为提高平衡混合物中NH3的含量 减小平衡混合物中NH3的浓度 增大 降低 实 际 生 产 使气态NH3变为液态NH3，从平衡混合物中分离出去，并及时补充N2、H2。 20 MPa～50 MPa 500℃ 左右 铁触媒 （500℃ 左右时活 性最大） 综合考虑： 1、温度：500℃左右。从化学速率分析：温度越高越好；从化学平衡分析：温度越低越好。综合考虑以500℃左右为宜，而且在此温度下催化剂的活性最大。 2、压强：2×107～5×107 Pa。无论从速率还是从平衡考虑，压强越大越有利于合成氨。但压强越大，对设备的制造和材料的强度要求越高，所以以2×107~5×107 Pa为宜。 3、催化剂：加快反应速率但不影响平衡，提高单位时间内氨的产量，目前工业上以铁触媒为催化剂。 4、浓度：从速率及平衡角度分析，应增大氢气和氮气的浓度，降低氨的浓度。 工业生产要求多、快、好、省。综合设备、动力等各方面的原因，确定： ①压强：20 MPa~50 MPa。 ②湿度：500℃左右。 ③催化剂：铁触媒。 5、合成氨的设备 合成塔（由接触室和热交换器两部分组成）。 6、工业流程. 7、氨的分离 通过冷凝器将氨液化，然后将氨分离，分离出氨的混合气体经循环操作继续使用。工业上合成塔出来的气体（又称出塔气体）通常约含26.