化学反应条件的优化——工业合成氨PPT课件免费下载2023

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鲁科版 (2019)高中化学选择性必修1课文《化学反应条件的优化——工业合成氨》,完整版PPT课件免费下载，优秀PPT背景图搭配，精美的免费ppt模板。轻松备课，欢迎免费下载使用。

一、【课程的主要内容】

自1784年氨被发现以来，但直到1913年才实现了合成氨的工业化生产。化学反应 N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)看起来十分简单，但合成氨的工业化生产经历如此漫长的发展过程，并且需要庞大而复杂的生产设备，这其实和它的生产条件有关。
N2 + 3H2 2NH3
从必修第一册，我们了解到合成氨的条件是高温、高压、催化剂。
思考化工生产中，选择适宜的反应条件需要从哪些角度考虑？具体需要考虑哪些因素？
反应限度反应速率
反应限度温度、浓度、压强等反应速率温度、浓度、压强、使用催化剂等
目标：合成氨的平衡转化率越大越好
如何从温度、浓度、压强提高合成氨的平衡转化率？
N2(g) +3H2(g) 2NH3(g) △H = - 92.2kJ·ml-1
如何提高合成氨的平衡转化率？
增加反应物浓度，降低生成物浓度
3.再看曲线，如果有多条曲线，先看其中一条
4.得出结论：当压强为P1时（当压强不变时），升高温度，氨的物质的量分数降低
6.得出结论：当温度一定时，压强越大，氨的物质的量分数越高
低温、高压增大了NH3的含量更有利于合成氨
进一步研究发现，在一定的温度、压强下氮气、氢气的体积比为1:3时平衡混合物中氨的含量最高。
反应条件：低温、高压、增加反应物浓度、分离氨
反应条件：低温、高压、增加反应物浓度、分离氨、氮气与氢气的体积比为1:3
目标：工业生产希望反应速率越大越好

二、【思考与探究】

如何从温度、浓度、压强、催化剂提高合成氨的反应速率？
资料1.合成氨反应速率与参与反应的物质浓度的关系式为：υ=kc(N2) · c1.5(H2) · c-1(NH3)
增加反应物浓度，将氨从混合气中分离出去。
增加反应物浓度，分离氨
与氨气浓度的1次方成反比
进一步研究催化反应历程发现： n (N2):n (H2) =1:2.8，适时地将氨从反应后的混合气体中分离出来，可以提高反应速率。
反应条件：高温、增加反应物浓度、分离氨、高压、铁催化剂、氮气和氢气的体积比为1:2.8
反应条件：低温、高压、增加反应物浓度、分离氨、氮气与氢气的体积比为1:3
三、合成氨生产的适宜条件
选择合成氨生产的条件时，既不应片面地追求高转化率，也不应只追求高反应速率，而应该寻找以较高的反应速率获取适当转化率的反应条件。此外，还应该考虑原料的价格、未转化的合成气（氮气和氢气）的循环使用、反应热的综合利用等问题。
合成氨生产一般条件铁作催化剂 700 K 低压（1x107 Pa)、中压（2x107~3x107 Pa)和高压（8.5x107~1x108 Pa)投料比：氮气与氢气物质的量之比为1:2.8
不足：合成氨工业生产需要高温、高压的反应条件，而且催化剂易中毒、使用寿命不长。研究方向：在自然界里，常温、常压下，通过生物固氮酶催化剂（如根瘤菌）的作用每年可以从空气中固定 1 亿吨氮，因此仿生固氮酶催化剂的研制这一前沿课题一直备受关注，人们仍在不断探索中。

三、【课堂小结】

小结化工生产中，选择适宜的反应条件的方法
反应限度温度、浓度、压强等反应速率温度、浓度、压强、使用催化剂等
其他成本、环保
合成氨的生产流程

合成氨的整个工业生产包括造气、净化、合成氨三大部分。

造气原料气中的氮气来自空气，而氢气来自天然气、煤和炼油产

品。以天然气为原料时，反应可简单表示为: CH4 + H2O CO + 3H2

CO + H2O CO2 + H2

净化消除造气过程中夹带的杂质，防止催化剂中毒。

合成氨该部分包括终端产品氨的分离，氮气、氢气的

循环使用，利用反应产生的热预热合成气等。

合成氨生产过程中，要使用多种催化剂、十几个反应塔或吸收塔、上百个热交换器和循环泵以及上千米的管道，这些构成了合成氨厂错落有致的设备布局。