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类型2018年优课系列高中化学鲁科版选修4 2.4化学反应条件的优化——工业合成氨 课件(34张) .ppt

  • 上传人:weiwoduzun
  • 文档编号:4951516
  • 上传时间:2019-01-26
  • 格式:PPT
  • 页数:34
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    2018年优课系列高中化学鲁科版选修4 2.4化学反应条件的优化——工业合成氨 课件(34张) .ppt
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    1、 第 2章 第四节 化学反应条件的优化 工业合成氨 高中化学选修化学反应原理1914年,第一次世界大战爆发原来 德国以哈伯为首的一批化学家克服了当时的世界化学难题 以廉价的空气、水和煤炭合成了重要的制造 肥料和 炸药 的化工原料 氨气 。因为哈伯对合成氨工业所取得的重大成就,哈伯获得了 1918年的 诺贝尔化学奖 ,人们赞扬他为 用空气制造出面包的天使 。 德国化学家弗里茨 哈伯假如将来你是一个合成氨工厂的厂长,对工业生产你会考虑哪些问题?交流研讨( P65 ):已知 N2(g)+3H2 (g) 2NH3 (g) H 0。 在 298K时 :_反应正反应为 _反应正反应为气体体积 _的反应反应

    2、特点可逆放热减小_自发进行的反应能H TS = 33.14 kJmol 1 【 自主探究 】根据 合成氨反应的特点应分别采取什么措施提高反应的平衡转化率和反应速率?请填写下表外界条件 使 NH3 生 产 的多 使 NH3 生 产 的快平衡分析 速率分析压 强催化 剂温度浓 度高压高压高温低温使用无影响增大反应物浓度增大反应物浓度减小生成物浓度实验研究表明,在特定条件下,合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度关系式为:则各物质浓度对反应速率有何影响?可以采取哪些措施来提高反应速率? 增大氮气和氢气的浓度,减小氨气的浓度【 自主探究 】【 合作探究 】据合成氨反应的特点应分别采取一些措施提高反应的

    3、平衡转化率和反应速率,但是二者能否一致?外界条件 使 NH3 生 产 的多 使 NH3 生 产 的快平衡分析 速率分析压 强催化 剂温度浓 度高压高压高温低温使用无影响增大反应物浓度增大反应物浓度减小生成物浓度一致矛盾一致 减小生成物浓度结合外界条件对 合成氨反应的平衡和速率的影响 ,请小组探究,工业中合成氨的适宜条件。【 合作 探究】三、合成氨的适宜条件温馨提示 :经济效益 和 社会效益 要求化学反应速度要 快 ,原料的利用率要 高 ,单位时间的产量要 高 。温馨提示:既然增大压强既可提高反应速率,又可提高氨的产量,那么在合成氨工业中压强选择 多大 比较合适?是不是越大越好?压强怎么选?2

    4、合成氨反应的适宜条件(1)压强 适宜条件 理论依据:压强越大,要求动力越大,对材料和设备的制造要求就越高。用不用催化剂?催化剂对合成氨反应速率的影响根据 使用催化剂可使合成氨反应的速率提高 上万亿倍 分析,在合成氨工业中我们到底需不需要使用催化剂?答:需要,因为 使用催化剂虽然不能提高合成氨的限度,但是可大大提高合成氨反应的速率,大大的缩短到达平衡的时间。条件 Ea/ KJ/mol k(催 )/k(无 )无催化 剂 335 3.41012 / (100k)使用 Fe催化 剂 167温度怎么选择?温馨 提示:既然降低温度有利于平衡向合成氨的方向移动,但是合成氨的速率会降低,那么温度我们应该如何选

    5、择?1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 0.60.50.40.30.20.1NH3%N2:H2浓度怎么选择?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。从化学平衡的角度分析,在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,可提高 H2的转化率,即 N2和 H2的物质的量比为 1:2.8时,更能促进氨的合成。浓度怎么选择?0.1 10 20 30 60 100400 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8500 2.2 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6600

    6、0.4 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8700 0.1 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5800 0.05 4.5 9.1 13.8 23.1 31.4压强/MPaNH3含 量 /%温度 /K即使在 700K和 30MPa时,合成氨平衡混合物中 NH3的体积分数也只有 26.4%,转化率仍不够大,还可采取什么办法?合 成 氨 流 程 简 图合成塔氨分离器液氨液氨水 冷 器循环气体压缩机循环压缩机氮氢混合气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( 1: 2.8 )。小 结1、合成氨的工业条件的选择

    7、反应速率和化学平衡共同作用的结果2、选择合成氨的条件时,既不能片面地追求高转化率,也不能只追求高反应速率,而应该 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 _铁触媒700K左右低压 (1107Pa) 、中压 (2107Pa (3107Pa) 、高压 (8.5107Pa 1108Pa )、1:2.8氨气浓度:三、合成氨的适宜条件1、关于氨的合成工业的下列说法正确的是 ( )(A)从合成塔出来的气体,其中氨一般占15%,所以生产氨的工业的效率都很低(B)由于 NH3易液化, N2、 H2可循环使用,则总的说来氨的产率很高(C)合成氨工业的反应温度控制在

    8、 500 左右,目的是使平衡向正反应方向进行(D)合成氨工业采用 20 MPa - 50MPa ,是因该条件下催化剂的活性最好BC2.有如下平衡体系:CO( g) +2H2( g) CH3OH(g)(正反应为放热反应),为了增加甲醇的产量,应采取的正确措施是( )A.高温、高压 B.低温、低压C.适当的温度、适当的高压、适宜的催化剂D.高温、高压、催化剂3、 合成氨所需的 H2可由煤和水蒸气反应而制得,其中一步的反应为:CO + H2O CO2 + H2 (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升高温度C增大水蒸气浓度 D增大浓度C已知 2SO2(g)+O2(g

    9、) 2SO3 (g) H 0其实验数据见表:(1) 应选用的温度是 _。(2)应采用的压强是 _,理由是 _450常压 因为常压下 SO2的转化率已经很高,若采用较大压强, SO2的转化率 提高很少,但需要的动力更大,对设备的要求更高。工业上利用某可逆反应生产产品: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;选择 合适的温度 :该温度是催化剂活性最大的温度;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 】外界条件有利于加快速率的条件控制有利于平衡移动 的条件控制综 合分析 结果浓 度 增大反 应 物的浓

    10、度增大反 应 物的浓 度、减小生成物的 浓 度不断地 补 充反 应 物、及时 地分离出生成物催化 剂 加合适的催化剂 不需要 加合适的催化剂温度 高温H 0 低温兼 顾 速率和平衡,考 虑 催化 剂 的适宜温度H 0 高温在 设备 条件允 许 的前提下,尽量采取高温并 选 取催化 剂压 强 高 压 (有气体参加 )(g) 0 高 压在 设备 条件允 许 的前提下,尽量采取高 压(g) 0 低 压兼 顾 速率和平衡,选 取适宜的 压 强四、合成氨工业简述:1、主要流程:原料气制取 净化 压缩 合成 分离 液氨2、 原料气制取:空气压缩碳液态空气 N2(沸点低先逸出 )蒸发CO2(+N2) N2分离出 CO2制氮气 :(造气) ( 净化) (合成氨)( N2、 H2)制氢气 :天然气 CO+H2 CO2+H2 H2 H2O(气 ) 分离出 CO2 CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)H2O(气 )

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