内容正文:
第四节 化学反应的调控
第二章 化学反应速率和化学平衡
旧知回顾
反应物表面积、反应物浓度、温度、能引起气体反应物浓度改变的压强、催化剂
2、影响化学平衡移动的因素有哪些?
浓度、压强、温度
勒夏特列原理:如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度等),平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。
1、影响化学反应速率的因素有哪些
2
【交流·讨论】
1、反应的化学方程式
工业合成氨反应的化学方程式: 。
2、反应的特点
(1) 反应;
(2) 反应;
(3)气体分子总数 的反应。
一、合成氨的反应原理
可逆
放热
减小
N2 +3H2 2NH3
催化剂
高温高压
【交流·讨论】
增大
增大
使用铁触媒
无影响
升高
降低
增大
增大
【思考】提高合成氨速率和增大平衡混合气中氨的含量的条件是否一致?实际生产中如何选择适宜的条件?
温度升高,氨的含量降低
压强增大,氨的含量增大
二、工业合成氨最佳条件的选择
1、压强的选择:10MPa~30MPa
理由:因压强越大,合成氨速率越快,平衡混合气中氨的含量越高,但对材料的强度和设备的制造要求就越高,需要的动力也越大,会增加投资,降低经济效益,所以一般采用10MPa~30MPa;
【思考】合成氨时压强越大越好,为何不采用比30 MPa更大的压强?
二、工业合成氨最佳条件的选择
2、温度的选择:400℃~500℃
理由:因温度降低,虽使平衡混合物中氨的含量增大,但合成氨速率减慢,不经济,所以选择能使催化剂催化活性最大的温度就是400℃~500℃,以缩短平衡达成的时间提高经济效益。
【思考】合成氨采用低温时可提高转化率,但为何未采用更低的温度?
二、工业合成氨最佳条件的选择
3、催化剂的选择:铁触媒
注意:
(1)铁触媒在400℃~500℃的活性最大;
(2)为防止催化剂中毒,原料气必须要净化。
使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍
工业上合成氨一般采用400~500 ℃的温度,其原因是 ( )
①适当提高氨的合成速率 ②提高H2的转化率 ③提高氨的产率 ④催化剂在500 ℃左右活性最大
A.只有① B.只有①②
C.②③④ D.只有①④
D
随堂练习
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二、工业合成氨最佳条件的选择
4、浓度的影响:
(1)因为氨易液化,所以将平衡混合气进行迅速冷却,使氨液化后从混合气中分离出来,平衡正移。
(2)将氨分离后的原料气循环使用,并补充一定的氮气和氢气,使反应物保持一定的浓度,有利于合成氨。
外部条件 工业合成氨的适宜条件
压强
温度
催化剂
浓度
考虑设备的承受力和需要的动力等综合经济效益选择10~30 MPa
考虑催化剂活性最大选择400~500℃
使用铁触媒做催化剂
冷凝混合气使氨液化及时从混合气中分离出去,余下的原料气氮气、氢气循环利用。
1、利用原料气在合成塔中合成NH3,为提高N2的转化率所采取的措施是( )
A.高温 B.高压
C.使用催化剂 D.增大N2的浓度
B
小试牛刀
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2、有关合成氨工业的说法中,正确的是( )
A.增大H2的浓度,可提高H2的转化率
B.由于氨易液化,N2、H2在实际生产中会循环使用,所以总体来说氨的产率很高
C.合成氨工业的反应温度控制在400~500 ℃,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是10 MPa~30 MPa,因为该压强下铁触媒的活性最大
B
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【教材课后习题讲解:】
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