2.4化学反应条件的优化——工业合成氨课件2023-2024学年上学期高二化学鲁科版（2019）选择性必修1

1.反应原理 N2(g)+3H2(g)  2NH3(g)    ΔH=-92.2 kJ·mol-1,ΔS=-198.2 J·K-1·mol-1。(298 K) 2.反应特点 化学反应条件的优化——工业合成氨 1 . 合成氨反应的限度 第1讲　描述运动的基本概念 第2章 化学反应的方向、限度与速率 3.影响因素 (1)外界条件:降低温度、增大压强,有利于化学平衡向生成氨的方向移动。 (2)投料比:温度、压强一定时,N2、H2的体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。 第1讲　描述运动的基本概念 第2章 化学反应的方向、限度与速率 1.增大合成氨反应速率的方法 2.合成氨反应的速率 第1讲　描述运动的基本概念 第2章 化学反应的方向、限度与速率 2.浓度与合成氨反应速率之间的关系 在特定条件下,合成氨反应的速率与参与反应的物质浓度的关系式为v=kc(N2)·c1.5(H2)·c-1 (NH3),由速率方程可知:增大N2或H2的浓度,在反应达到一定的转化率时减小NH3的浓度,都 有利于增大合成氨反应的速率。 第1讲　描述运动的基本概念 第2章 化学反应的方向、限度与速率 1.合成氨反应适宜条件分析 工业生产中,主要从反应限度和反应速率两个角度选择适宜条件,既要考虑增大反应物的转 化率,充分利用原料,又要考虑增大反应速率,提高单位时间内的产量,同时还要考虑设备的 要求和技术条件。 2.实际生产中合成氨的适宜条件 3 .合成氨生产的适宜条件 第1讲　描述运动的基本概念 第2章 化学反应的方向、限度与速率 外部条件 工业合成氨适宜条件的选择 温度 控制在700 K左右 压强 根据反应器可使用钢材的质量及综合指标来选 择(1×107~1×108 Pa) 浓度 N2、H2的物质的量之比为1∶2.8的投料比,并适 时地将氨从反应后的混合气体中分离出去,同时 补充N2、H2 催化剂 选择铁触媒做催化剂 第1讲　描述运动的基本概念 第2章 化学反应的方向、限度与速率 1.合成氨反应中,恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成。这种说法正确吗? 提示 恒容条件下充入稀有气体,参与反应的各物质的浓度不变,平衡不移动,不能促进 氨气的合成。 2.合成氨反应中,N2的量越多,H2的转化率越大,因此,充入较多的N2有利于NH3的合成。这种 说法正确吗? 提示 N2的量越多,H2的转化率越大,但加入过多的N2,未反应的N2会带走较多的热量, 反而不利于氨气的合成,当投料比为n(N2)∶n(H2)=1∶2.8时更有利于NH3的合成。 3.从合成塔出来的混合气体,其中氨气只占13%~14%,所以生产氨的工厂效率都很低。这种 说法正确吗? 提示 虽然从合成塔出来的混合气体中氨气只占13%~14%,但由于氮气、氢气是循环 使用的,总体来讲氨的产率比较高。 知识辨析 ( ) ✕ ( ) ✕ ( ) ✕ 第1讲　描述运动的基本概念 第2章 化学反应的方向、限度与速率 4.合成氨反应达到平衡后,缩小容器体积,既有利于加快正、逆反应速率,又有利于提高氢气 的转化率。这种说法正确吗? 提示 合成氨反应达到平衡后,缩小容器体积,压强增大,正、逆反应速率都增大,平衡正 向移动,有利于提高H2的转化率。 5.合成氨反应的正反应是放热反应,所以工业合成氨时温度越低越好。这种说法正确吗? 提示 反应温度低,化学反应速率小,生产效率降低。 ( ) √ ( ) ✕ 第1讲　描述运动的基本概念 第2章 化学反应的方向、限度与速率 化工生产适宜条件选择的一般原则 条件 原则 从化学反应速率分析 既不能过快,也不能太慢 从化学平衡移动分析 既要注意外界条件对反应速率和平衡影响的一 致性,又要注意外界条件对二者影响的矛盾性 从原料的利用率分析 增加易得廉价原料,提高难得高价原料的利用率, 从而降低生产成本 从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压能力等 从催化剂的使用活性分析 注意温度对催化剂活性的影响 第1讲　描述运动的基本概念 第2章 化学反应的方向、限度与速率 下列有关合成氨工业的说法中,正确的是 (　    ) A.合成氨采用的压强是2×107~5×107 Pa,因为该压强下铁触媒的活性最大 B.由于氨易液化,N2、H2在实际生产中可循环使用,所以总体来说合成氨的产率较高 C.合成氨工业的反应温度控制在700 K左右,目的是使化学平衡向正反应方向移动 D.合成氨厂采用的压强越大,产率越高,无需考虑设备条件 典例 B 第1讲　描述运动的基本概念 第2章 化学反应的方向、限度与速率 思路点拨　选取适宜的化工生产条件时,主要