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1、合成氨条件的选择合成氨条件的选择2021/8/11 星期三1第四节第四节 合成氨条件的选择合成氨条件的选择问题问题1 请同学们写出合成氨的化学反应方请同学们写出合成氨的化学反应方程式，并分析这个反应有什么特点？程式，并分析这个反应有什么特点？特点：特点：a、可逆反应、可逆反应b、正反应为放热反应、正反应为放热反应c、正反应是气体体积缩小的反应。、正反应是气体体积缩小的反应。N2+3H2 2NH3(正反应为放热反应正反应为放热反应)2021/8/11 星期三2问题问题2 要提高合成氨的生产效益，具体应从哪要提高合成氨的生产效益，具体应从哪 些方面来考虑？些方面来考虑？要使氨生成得更快（即提高单要
2、使氨生成得更快（即提高单位时间里氨的产量）位时间里氨的产量）化学反应速率问题化学反应速率问题要使氨生成得更多（即提高平衡要使氨生成得更多（即提高平衡混合物里氨的含量）混合物里氨的含量）化学平衡问题化学平衡问题提提高高合合成成氨氨的的生生产产效效益益2021/8/11 星期三3讨论讨论 根据外界条件对化学反应速率的影响，说明要使合成氨的根据外界条件对化学反应速率的影响，说明要使合成氨的化学反应速率增大，应采取哪些措施？应用化学平衡移动原理，化学反应速率增大，应采取哪些措施？应用化学平衡移动原理，说明要提高平衡混合物中氨气的含量，应采取哪些措施？说明要提高平衡混合物中氨气的含量，应采取哪些措施？合
3、成氨反应合成氨反应N N2 2+3H+3H2 2 2NH 2NH3 3（正反应为放热反应）（正反应为放热反应）使使NH3生成得快生成得快（从反应速率分析）（从反应速率分析）使使NH3生成得多生成得多（从化学平衡分析）（从化学平衡分析）压强压强温度温度催化剂催化剂浓度浓度目的目的选择选择条件条件高压高压高温高温使用催化剂使用催化剂增大反应物浓度增大反应物浓度高压高压低温低温无影响无影响增大反应物浓度增大反应物浓度 减小生成物浓度减小生成物浓度2021/8/11 星期三4分别从化学反应速率和化学平衡两个角度分析合分别从化学反应速率和化学平衡两个角度分析合成氨的合适条件成氨的合适条件。结结 论论从反
4、应速率的角度看：从反应速率的角度看：温度越高、压强越大，温度越高、压强越大，化学反应越快，化学反应越快，使用合适的催化剂，反应加使用合适的催化剂，反应加快，单位时间内生成的快，单位时间内生成的NH3越多；越多；从化学平衡的角度看：从化学平衡的角度看：高压、低温，平衡时高压、低温，平衡时生成物生成物NH3的含量（体积分数）高。的含量（体积分数）高。2021/8/11 星期三5讨论讨论1、既然增大压强可提高反应速率，又可提高氨的含、既然增大压强可提高反应速率，又可提高氨的含量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？2、既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，
5、、既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么在合成氨工业中温度是否越低越好？那么在合成氨工业中温度是否越低越好？3、催化剂对化学平衡没有影响，在合成氨工业中是、催化剂对化学平衡没有影响，在合成氨工业中是否需要使用催化剂？否需要使用催化剂？一、合成氨的适宜条件一、合成氨的适宜条件提示提示 综合考虑化学反应速率和化学平衡移动的原综合考虑化学反应速率和化学平衡移动的原理，再根据工业生产特点和实际需要，选择合成氨理，再根据工业生产特点和实际需要，选择合成氨的适宜条件。的适宜条件。2021/8/11 星期三6讨论讨论4.从表从表2-3数据表明，即使在数据表明，即使在500C和和30MPa的条的条件下
6、，平衡混和物中氨的含量仅达件下，平衡混和物中氨的含量仅达26.4%，即，即转化率仍不够大，为了使平衡向生成氨的方向转化率仍不够大，为了使平衡向生成氨的方向移动，提高移动，提高N2、H2的转化率的转化率,还可以采取哪些措还可以采取哪些措施？施？2021/8/11 星期三7使用催化剂：使用催化剂：可以加快化学反应速率，可以加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益；提高生产效率，也提高了经济效益；合合成成氨氨的的适适宜宜条条件件选择合适的温度：选择合适的温度：500左右，提高反应左右，提高反应速率，又是合成氨催化剂的活性温度；速率，又是合成氨催化剂的活性温度；选择合适的压强：选择合适的压强：
7、20MPa50MPa，有利，有利于氨的合成，该压强下进行生产，对动于氨的合成，该压强下进行生产，对动力、材料、设备等来说正合适。力、材料、设备等来说正合适。浓度：浓度：将氨气液化后及时分离出来，所将氨气液化后及时分离出来，所得原料气（过量得原料气（过量N2、H2）循环使用，并）循环使用，并及时补充及时补充N2、H22021/8/11 星期三8合成氨的化学反应原理合成氨的化学反应原理 N2+3H2 2NH3铁触媒铁触媒 500C20MPa-50MPa2021/8/11 星期三92021/8/11 星期三10合成氨工业的主要流程：合成氨工业的主要流程：2021/8/11 星期三11合成氨生产示意图
8、合成氨生产示意图2021/8/11 星期三12讨论讨论 工业上选择适宜化工生产条件要坚持工业上选择适宜化工生产条件要坚持 什么原则？什么原则？选选择择适适宜宜生生产产条条件件原原则则1、注意外界条件对化学反应速率和化、注意外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的一致性，还要注意对化学平衡影响的一致性，还要注意对化学反应速率和化学平衡影响的矛盾性；学反应速率和化学平衡影响的矛盾性；2、既要注意温度、催化剂对速率影响、既要注意温度、催化剂对速率影响的一致性，又要注意催化剂的活性对的一致性，又要注意催化剂的活性对温度的限制；温度的限制；3、既要注意理论上的需要，又要注意、既要注意理论上的需要，又要注意
9、实践中的可能性实践中的可能性2021/8/11 星期三13化学模拟生物固氮化学模拟生物固氮人工固氮人工固氮：（化学固氮）条件高、成本高、：（化学固氮）条件高、成本高、转化率低、效率低转化率低、效率低根瘤菌根瘤菌：（生物固氮）常温常压、成本低、：（生物固氮）常温常压、成本低、转化率高、效率高转化率高、效率高氮的固定：氮的固定：把游离态的氮转化为化合态氮把游离态的氮转化为化合态氮的过程的过程二、合成氨工业的发展前景二、合成氨工业的发展前景2021/8/11 星期三14小结小结合合成成氨氨的的适适宜宜条条件件压强：压强：20MPa-50MPa温度：温度：500C左右左右催化剂：铁触媒催化剂：铁触媒浓
10、度：将氨气液化后及时分离出浓度：将氨气液化后及时分离出来，所得原料气（过量来，所得原料气（过量N2、H2）循环使用，并及时补充循环使用，并及时补充N2、H2N2+3H2 2NH3铁触媒铁触媒 500C 20MPa-50MPa合成氨的反应原理：合成氨的反应原理：2021/8/11 星期三151、在一密闭容器中，、在一密闭容器中，N2、H2合成氨的反应已达到合成氨的反应已达到平衡。此时再往容器中通入一定量平衡。此时再往容器中通入一定量N2,保持温度和保持温度和容器体积不变，当反应再次达到平衡时，与第一容器体积不变，当反应再次达到平衡时，与第一次平衡状态相比（）次平衡状态相比（）（）（）的百分含量增
11、大的百分含量增大（）（）的浓度增大的浓度增大（）（）的转化率提高的转化率提高（）（）的转化率提高的转化率提高巩固练习巩固练习2021/8/11 星期三162、在合成氨工业中，为增加、在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列的日产量，下列变化过程不能使平衡向右移动的是：（变化过程不能使平衡向右移动的是：（）(A)不断将不断将NH3分离出来分离出来(B)使用催化剂使用催化剂(C)采用采用500 左右的高温左右的高温(D)采用采用20 0 MPa-50MPa的压强的压强B C2021/8/11 星期三173、在一定条件下，将、在一定条件下，将N N2 2和和H H2 2的混和气体通入固定容积的的混
12、和气体通入固定容积的密闭容器中进行合成氨反应：密闭容器中进行合成氨反应：N N2 2+3H+3H2 2 2NH2NH3 3(正正反应为放热反应反应为放热反应)下列图像表示正确的是：下列图像表示正确的是：（）A C(A)(B)(C)(D)2021/8/11 星期三184.下列反应达到平衡时，哪种条件下生成物下列反应达到平衡时，哪种条件下生成物的含量最高：的含量最高：X2(g)+2Y2(g)X2Y4(g)（正反应为放热反应）（正反应为放热反应）()A.高温高温 高压高压 B.低温低温 低压低压 C.高温高温 低压低压 D.高压高压 低温低温D2021/8/11 星期三195.对于反应对于反应:2S
13、O2(g)+O2(g)2SO3(g)下列判断正确的是下列判断正确的是()A.2体积体积SO2和足量和足量O2反应反应,必定生成必定生成2体积体积SO3 B.其他条件不变其他条件不变,增大压强增大压强,平衡向右移动平衡向右移动C.平衡时平衡时,SO2消耗速率必定等于消耗速率必定等于O2的生成速率的生成速率 的两倍的两倍D.平衡时平衡时,SO2浓度必定等于浓度必定等于O2浓度的两倍浓度的两倍.BC2021/8/11 星期三206.在一定条件下在一定条件下,合成氨反应达到平衡后合成氨反应达到平衡后,混合混合气体中气体中NH3的体积占的体积占25%,若反应前后条件保持若反应前后条件保持不变不变,则反应后缩小的气体体积与原反应物体则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的之比是积的之比是()A B C DA2021/8/11 星期三212021/8/11 星期三22