鲁科版高中化学选择性必修1 第2章 第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨 知识点课件(共44张PPT)

(课件网) 第2章　化学反应的方向、限度与速率 第4节　化学反应条件的优化 ———工业合成氨 合成氨反应的限度与速率 1.原理：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.2 kJ·mol－1。 2.反应特点：气体体积缩小的放热的可逆反应。 3.原理分析 对合成氨反应的影响 影响因素 浓度 温度 压强 催化剂 增大合成氨反应的速率 增大反应物浓度 升高温度 增大压强 使用 提高平衡混合物中氨的含量 增大反应物浓度 降低温度 增大压强 无影响 工业合成氨条件的选择 1.根据速率理论和平衡理论选择反应条件 (1)压强 ①理论上，压强越大越好。 ②目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10 MPa～30 MPa。 ③不采用高压的理由：压强越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。 (2)温度 ①根据勒·夏特列原理，采用低温有利于提高平衡转化率。 ②目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500 ℃。 ③不采用低温的理由：温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很不经济的。铁触媒在500 ℃左右时的活性最大也是选择该温度的理由。 (3)催化剂 ①在高温、高压下，N2和H2的化合反应仍然进行得十分缓慢。 ②使用催化剂可改变反应历程，降低反应的活化能，使反应物在较低温度时也能较快地进行反应。 ③目前普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。 ④原料气必须经过净化，目的是防止混有的杂质使催化剂“中毒”。 (4)浓度 ①在500 ℃和30 MPa时，平衡混合物中NH3的体积分数及平衡时N2和H2的转化率仍较低。 ②实际生产中采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去，使平衡向生成NH3的方向移动；将NH3分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度。 2.合成氨生产流程示意图 3.选择工业合成适宜条件的原则 (1)考虑参加反应的物质的组成、结构和性质等本身因素。 (2)考虑影响化学反应速率和平衡的温度、压强、浓度、催化剂等反应条件。 (3)考虑设备条件、安全操作、经济成本等。 (4)考虑环境保护及社会效益等方面的规定和要求。 选择化工生产适宜条件的分析角度与原则要求 分析角度 原则要求 从化学反应速率的角度分析 既不能过快，又不能太慢 从化学平衡移动的角度分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性 从原料的利用率的角度分析 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 从实际生产能力的角度分析 如设备承受高温、高压的能力等 从催化剂的使用活性的角度分析 注意温度对催化剂活性的限制 BC　 低温　减小 该反应为气体分子数减少的反应，ΔH＜0、ΔS＜0，ΔG＝ΔH－TΔS＜0时，反应可自发进行，则该反应的正反应在低温条件下可自发进行；由于ΔH＜0，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数K减小。 解答此类题目的思维流程 提取 关键点 (1)有利于提高反应速率； (2)有利于提高平衡转化率； (3)需要不断分离出氨的原因 转化 知识点 (1)化学反应进行方向的判断； (2)影响化学反应速率和影响化学平衡的因素； (3)催化剂活性与温度的关系 排除 障碍点 解决化学反应的调控问题时，应从速率和平衡两个角度综合考虑影响因素 用图像分析浓度、压强、温度、催化剂对化学平衡移动的影响 1.用v－t图像分析浓度对化学平衡移动的影响 反应 浓度变化 增大反应物浓度 减小反应物浓度 增大生成物浓度 减小生成物浓度 速率变化 v正增大，而v逆不变，则v'正＞v'逆 v正减小，而v逆不变，则v'逆＞v'正 v逆增大，而v正不变，则v'逆＞v'正 v逆减小，而v正不变，则v'正＞v'逆 反应 平衡移动方向 正反应方 ... ...