2.4工业合成氨（同步课件）-高二化学同步精品课堂（沪科版2020选择性必修第一册）

第四节 工业合成氨 第二章 化学反应的方向、限度和速率 授课人： 学习目标 1.理解合成氨生产条件的选择； 2.知道合成氨工业生产的主要步骤； 3.体会化学理论对化工生产实践的指导作用。 课程导入 合成氨工业的历史 合成氨工业是关系我国国民经济的重要行业，是我国化肥工业的基础，也是传统煤化工的重要组成部分。氨是重要的化工原料，主要用于制造氮肥、硝酸、丁腈橡胶等；氨在冶金、机械加工、电子、造纸等行业用途广泛。 合成氨的应用 制尿素 制纯碱 制硝酸 制冷剂 一、合成氨适宜生产条件的选择 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ∆H ＝－92.4 kJ/mol 合成氨反应是自发反应，理论上常温下反应进行的限度大，转化率高。 但反应速率缓慢，反应几乎不发生。 如何提高合成氨的化学反应速率和平衡混合物中氨的含量？ ！ 化学反应速率 化学平衡的移动 一、合成氨适宜生产条件的选择 合成氨反应为什么慢？ 1. 从化学反应速率分析 ——活化能高 如何增大合成氨的化学反应速率？ 对合成氨 反应的影响 影响因素 浓度 温度 压强 催化剂 增大合成氨 的反应速率 增大 升高 增大 使用 怎样降低反应的活化能？ ——改变反应历程 一、合成氨适宜生产条件的选择 2. 从化学平衡移动的角度分析 对合成氨 反应的影响 影响因素 浓度 温度 压强 提高平衡 混合物中氨 的含量 n(N2):n(H2)≈1:3 及时移走产生的氨 降低 增大 从化学平衡看，合成氨的适宜条件 一、合成氨适宜生产条件的选择 理论分析： ①温度 温度降低，使平衡正向移动，低温可以提高平衡混合物中氨的含量。 实践探索——通过实验验证理论 ②压强 压强增大，使平衡正向移动，压强越大越有利于提高平衡混合物中氨的含量。 一、合成氨适宜生产条件的选择 对合成氨 反应的影响 影响因素 浓度 温度 压强 催化剂 增大合成氨的反应速率 增大 升高 增大 使用 提高平衡混合物中氨的含量 n(N2):n(H2) ≈1:3 及时移走产生的氨 降低 增大 无影响 一、合成氨适宜生产条件的选择 3. 综合分析 实现工业生产：综合考虑成本要低！ ①压强 从化学反应速率与化学平衡考虑，都是压强越大越好。 综合动力、材料、设备等条件 20 MPa~50 MPa 一、合成氨适宜生产条件的选择 合成氨工业要求催化剂具有活性强、机械强度高、不易中毒、容易制备、价格低廉等特点。 ②催化剂 增大化学反应速率，不改变平衡混合物的组成。 目前公认的最适当的催化剂是以铁为主体的多成分催化剂。其活性最好的温度为500 ℃左右。 3. 综合分析 催化反应主要发生在催化剂的表面，因此，要提高催化效率、降低成本，增大催化剂的比表面积十分重要。 一、合成氨适宜生产条件的选择 ③温度 综合考虑，特别是考虑催化剂的活性。 一般选择在500 ℃左右 低温可以提高平衡混合物中氨的含量，但低温会减小化学反应速率。 3. 综合分析 一、合成氨适宜生产条件的选择 所以实际生产中维持氢氮比为 2.8 ～ 2.9。 3. 综合分析 ④反应物和生成物浓度 应将氨液化分离后的原料气循环使用，并及时补充氮气和氢气，使反应物保持一定的浓度，有利于合成氨反应。 从化学平衡角度讲，氢气和氮气的物质的量之比为 3：1 时，平衡混合物中氨的百分含量最大。 氮气在催化剂上的吸附活化是总反应中的控速步骤，适当提高氮气的浓度有利于合成氨反应的进行。 一、合成氨适宜生产条件的选择 氢氮比为 2.8 ～ 2.9 工业合成氨常用的生产条件： 以铁为主的催化剂 500℃左右 20 ～ 50 MPa 2 1 3 4 二、工业合成氨的生产流程 造气 01 原料 氮气 氢气 将空气液化、蒸发，分离出氮气 将空气中的O2跟碳作用生成CO2，再除去CO2 用水、煤、天然气、石油等为原料制得 二、工业合成氨的生产流程 净化 02 在制取原料气的过程中，常混有一些杂质气体，其中如 H2S、CO 等杂质会使合成氨所用的催化剂中毒，所以必须除去。 合成 03 二、工业合成氨的生产流程 合成 03 加压后且达到催化剂的活性温度的 H2、N2 混合气体中氨含量为10% ～ 20% 合成氨反应为放热反应，可通过热交换器有效利用此反应热来预热反应前的 H2、N2，降低合成氨的成本。 典例解析 例、在一定条件下,可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)(正反应是放热反应)达到平衡,当单独改变下列条件后,有关叙述错误的是(　　) A.加催化剂,v(正)、v(逆)都发生变化且变化的倍数相等 B.加压,v(正)、v(逆