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课件网) 第4节 化学反应条件的优化 ———工业合成氨 联想·质疑 自1784年发现氨以后，人们一直在研究如何利用化学方法由氮气和氢气合成氨，但直到1913年才实现了合成氨的工业化生产。经过研究人员的努力，几十年后建造了日产氨1000吨的大型装置。 化学反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) 看起来十分简单，为什么合成氨的工业化生产会经历如此漫长的发展过程 合成氨工厂为什么需要那么庞大而复杂的生产设备和特殊的生产条件 交流·研讨 工业合成氨的反应为： N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 1.已知在298K时： ΔH=-92.2 kJ·mol-1, ΔS=-198.2 J·K-1·mol-1 根据反应的焓变和熵变分析在298K时合成氨反应能否正向自发进行。 2.利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成？ 一、合成氨反应的限度 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 已知在298K时： ΔH=-92.2 kJ·mol-1, ΔS=-198.2 J·K-1·mol-1 根据ΔG=ΔH-T·ΔS代入计算得ΔG<0，在298K时合成氨可自发进行。 思考：在298K该反应能自发进行吗？ 根据ΔG=ΔH-T·ΔS = －92.2KJ·mol-1－298K×(－198.2×10-3KJ·K-1 ·mol -1 ) = －33.1KJ·mol-1＜0 因此，降低温度、增大压强将有利于化学平衡向生成氨的方向移动。 在一定温度、压强下，反应物氮气和氢气的体积比为1:3时平衡混合物中氨的含量最高。 思考：什么条件有利于氨的合成呢？ 二、合成氨反应的速率 交流·研讨 1.可以通过控制哪些反应条件来提高合成氨的反应速率？ 2.实验研究表明，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) 根据该关系式分析：式中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调高反应速率？ 思考：1.可以通过控制哪些反应条件来提高合成氨的反应速率？ (1)温度： (2)压强： (3)浓度： (4)催化剂： 升高温度 增大压强 增大反应物浓度 使用催化剂 思考：2.实验研究表明，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) 根据该关系式分析：式中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调高反应速率？ 氨的合成反应的速率与氮气浓度的1次方成正比，与氢气浓度的1.5次方成正比，与氨气浓度的1次方成反比。 3.催化剂对氨的合成反应速率的影响 结论：使用催化剂可以使合成氨反应的速率提高上万亿倍。因此，要实现合成氨的工业化生产，使用适宜的催化剂是最有效的途径。 工业合成氨的催化历程 工业生产中,必须从 和_____ 两个角度选择合成氨的适宜条件,既要考虑尽量增大反应物的 ,充分利用原料,又要选择较快的反应速率,提高单位时间内的 ,同时还要考虑设备的要求和技术条件。 反应速率 反应限度 转化率 产量 三、合成氨生产的适宜条件 三、合成氨生产的适宜条件 合成氨条件的选择 提高反应限度 提高反应速率 高压 低温 V(N2):V(H2)=1:3 高压 高温 催化剂 V(N2):V(H2)=1:2.8 思考：那么实际生产中合成氨的适宜条件如何选择呢？ 问题1：压强怎么选？ 问题2：温度怎么选？ 问题3：要不要用催化剂？ 问题4：浓度怎么定？ N2 和H2的比例怎么定？ 合成氨适宜条件 催化剂_____ 温度_____ 根据设备动力选择压强_____ N2、H2投料比_____ 及时分离_____ 铁 700K左右(催化剂的活性温度) 1×107~ 1×108Pa 1:2.8 氨气 小结： ... ...
