人教版高中化学选修二教学讲义，复习补习资料（含知识讲解，巩固练习）：03合成氨 纯碱的生产(基础)

合成氨 纯碱的生产 【学习目标】 1、了解合成氨的反应原理、基本生产过程和合成氨工业发展中需要解决的问题； 2、通过纯碱的两种典型生产过程及其演变的学习，了解化学工艺改进的原因、思路、条件以及由此带来的社会和经济效益。 【要点梳理】 要点一、合成氨的反应原理【 走进化学工业#合成氨】 1．合成氨适宜条件选择的依据 合成氨的反应原理：3H2 (g)+N2 (g)2NH3 (g)；ΔH=―92.4 kJ·mol―1；特点：这是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应。 工业上合成氨，既要使反应进行得快，又要使平衡混合物中氨的含量高，还要考虑生产中的动力、材料、设备等因素，以取得最佳效益。因此必须根据化学反应速率和化学平衡原理的有关知识，对合成氨的条件进行选择。 要点诠释：勒夏特列原理主要解决的是平衡问题，主要包括平衡移动、平衡转化率、产率等问题。但以下几方面问题，则不能用勒夏特列原理解释：①是否需要催化剂及催化剂的催化效率问题；②反应速率进行的快慢、达到平衡时间长短问题；③与勒夏特列原理相矛盾的实际应用问题。 2．合成氨适宜条件选择的思路 选择项目 选择的思想 适宜条件（填写表格） 压强 合成氨反应是一个气体体积缩小的反应，增大压强既能增大反应速率，又能提高平衡混合物氨的含量。理论上讲，压强越大越好。但压强越大，需要的动力就越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，这将会大大增加投资并可能降低综合经济效益。因此压强不宜过高 20～50 MPa 温度 降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量，但温度过低，反应速率很小，需要很长时间才能达到平衡状态，这在工业上是很不经济的。综合考虑上述问题结合考虑催化剂的活性最大，选择_____的温度 500℃左右 催化剂 使用催化剂能降低反应所需的能量，加快化学反应速率。合成氨反应即使在高温高压下仍然进行得十分缓慢。选择合适的催化剂，可以使反应能够在较低温下较快地进行 以铁为主体的多成分催化剂（铁触煤） 浓度 增大反应物的浓度可以增大反应速率并使平衡向生成氨的方向移动，减小生成物的浓度可以使平衡向正反应方向移动 及时补充N2、H2，使其保持一定浓度，及时将氨液化使其从反应体系中分离出来 要点诠释：合成氨的几个常见问题 （1）合成氨时，压强是否越大越好，为什么使用了高温、高压还要用催化剂？ 选择合成氨的条件时，应以提高综合经济效益为选择生产条件的目的。目前，合成塔的耐压钢板厚度已达10 cm，如压强过大，H2还是会穿透钢板。由于N2十分稳定。即使用了高温、高压，反应速率仍然十分缓慢，需要很长时间才能达到平衡，这在工业生产上是很不经济的，目前，我国合成氨厂通常采用20～50 MPa。综合考虑上述因素，在实际生产中，合成氨反应一般选择在500℃左右，为加快反应速率，仍需使用催化剂。 （2）合成氨时，为什么选择500℃的高温，为什么不采用过量的N2以提高H2的转化率？ 500℃的高温，可以加快反应速率，此温度时，催化剂铁触媒的活性最高。由于氮气的特殊稳定性，即使增大氮气的浓度，对反应速率及氨的产率都影响不大。采用c (N2)∶c (H2)=1∶3的比例，更便于合成氨生产的循环操作。在选择时，既要考虑提高温度有利于提高合成氨的速率，又要考虑适当控制温度以利于提高氨的产率，同时还兼顾考虑催化剂的活性范围，并有利于提高整体反应物的转化率。合成氨中的原料气只能有一部分转化为氨，分离出氨后，未反应的原料气需循环使用，c (N2)∶c (H2)=1∶3的比例始终保持不变，只需补充一部分N2、H2使反应保持一定的浓度即可，便于合成氨生产的循环操作。 要点二、合成氨的基本生产过程 1．主要生产过程 （1）造气：制备合成氨的原料气 制取N2：将空气液化，蒸发分离出氧气获得N2，或将空气与碳作用使氧气生成二氧化碳，除 ... ...