1、,第四节化学反应条件的优化-工业合成氨,化学反应的方向,化学反应的限度,化学反应的速率,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,怎样能提高合成氨反应速率,适宜的合成氨条件,工艺流程,化学工艺学,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,【交流研讨】,课本P65,一、合成氨反应的限度,合成氨反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),已知298K时: H= -92.2KJmol-1S = -198.2JK-1mol-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？,自发,分析合成氨反应的特点：,可逆反应,正反应气体的物质的量减小,正
2、反应是298K时自发的放热反应,熵减小的反应,N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H -92.2kJ/molS = -198.2JK-1mol-1,2、增大压强,1、降低温度,3、氮气和氢气的体积比 1：3,请利用化学平衡移动的知识分析: 什么条件有利于合成氨？,【交流研讨】,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？,2、实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与各物质的浓度的关系为:, =C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3),请根据关系式分析：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？,课本P66,二、合成氨反应的速率,T,C,P,催
3、,增大反应物浓度，减小生成物浓度,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：,使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。,1.升高温度 2.增大压强 3.增大 N2、H2 浓度,将氨及时从混合气体中分出去 4.使用催化剂,请利用化学反应速率的知识分析: 什么条件有利于合成氨？,三、合成氨的适宜条件,生成物氨的浓度,反应物的浓度,催化剂,温度,压强,速率分析,外界条件,高压,高温,使用,增大浓度,减小浓度,平衡分析,高压,低温,无影响,增大浓度,减小浓度,1、压强怎么选？,分析：合成氨反应是气体的物质的量减小的反应，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
4、强越大越好。但是压强越大，对设备的要求高、压缩 H2 和 N2所需要的动力越大，因此选择压强应符合实际科学技术。,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11071108Pa之间。,2、温度怎么选择？,分析：因为正反应是放热反应，所以降低温度有利于平衡正向移动。,但是温度越低，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。,催化剂要在一定温度下活性才最大。,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？,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。,分析:经
5、济效益和社会效益要求化学反应速率要快,原料的利用率要高，单位时间内的产量要高。,4、浓度怎么定？ N2 和 H2的比例怎么定？,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。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,（阅读课本67-68页）,研讨的结果,根据反应器使用的钢材质量及综合指标来选择压强（低、中、高）,适宜温
6、度：700K左右,使用铁触媒作催化剂,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,工业上利用某可逆反应生产产品时：a、一般要使用催化剂：这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益；b、选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大的温度；c、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。,【小结反思】,(1) 应选用的温度是_。,应采用的压强是_，理由是_ _,450,常压,1、合成氨所需的H2可由煤和水蒸气反应制得，其中一步反应为： 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（ ） A、增大压强 B、降低温度 C、增大水蒸气浓度 D、增大CO浓度,BC,练一练,2.对于反应: 2SO2(g)+O2 (g) 2SO3 (g) 下列判断正确的是( ) A.2体积SO2和足量O2反应,必定生成2体积 SO3 B.其他条件不变,增大压强,平衡向右移动 C.平衡时, SO2消耗速率必定等于O2的生成速率的两倍 D.平衡时, SO2浓度必定等于O2浓度的两倍.,BC,下课了，同学们再见！,
