高中化学沪科技版（2020）选择性必修1第2章 化学反应的方向、限度和速率2.4工业合成氨一等奖课件ppt

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1.理解合成氨生产条件的选择；2.知道合成氨工业生产的主要步骤；3.体会化学理论对化工生产实践的指导作用。
合成氨工业是关系我国国民经济的重要行业，是我国化肥工业的基础，也是传统煤化工的重要组成部分。氨是重要的化工原料，主要用于制造氮肥、硝酸、丁腈橡胶等；氨在冶金、机械加工、电子、造纸等行业用途广泛。
一、合成氨适宜生产条件的选择
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) ∆H ＝－92.4 kJ/ml
合成氨反应是自发反应，理论上常温下反应进行的限度大，转化率高。
但反应速率缓慢，反应几乎不发生。
合成氨反应为什么慢？
1. 从化学反应速率分析
如何增大合成氨的化学反应速率？
怎样降低反应的活化能？
2. 从化学平衡移动的角度分析
n(N2):n(H2)≈1:3
从化学平衡看，合成氨的适宜条件
温度降低，使平衡正向移动，低温可以提高平衡混合物中氨的含量。
实践探索——通过实验验证理论
压强增大，使平衡正向移动，压强越大越有利于提高平衡混合物中氨的含量。
实现工业生产：综合考虑成本要低！
从化学反应速率与化学平衡考虑，都是压强越大越好。
综合动力、材料、设备等条件
20 MPa~50 MPa
合成氨工业要求催化剂具有活性强、机械强度高、不易中毒、容易制备、价格低廉等特点。
增大化学反应速率，不改变平衡混合物的组成。
目前公认的最适当的催化剂是以铁为主体的多成分催化剂。其活性最好的温度为500 ℃左右。
催化反应主要发生在催化剂的表面，因此，要提高催化效率、降低成本，增大催化剂的比表面积十分重要。
综合考虑，特别是考虑催化剂的活性。
一般选择在500 ℃左右
低温可以提高平衡混合物中氨的含量，但低温会减小化学反应速率。
所以实际生产中维持氢氮比为 2.8 ～ 2.9。
④反应物和生成物浓度
应将氨液化分离后的原料气循环使用，并及时补充氮气和氢气，使反应物保持一定的浓度，有利于合成氨反应。
从化学平衡角度讲，氢气和氮气的物质的量之比为 3：1 时，平衡混合物中氨的百分含量最大。
氮气在催化剂上的吸附活化是总反应中的控速步骤，适当提高氮气的浓度有利于合成氨反应的进行。
氢氮比为 2.8 ～ 2.9
工业合成氨常用的生产条件：
20 ～ 50 MPa
二、工业合成氨的生产流程
将空气液化、蒸发，分离出氮气
将空气中的O2跟碳作用生成CO2，再除去CO2
用水、煤、天然气、石油等为原料制得
在制取原料气的过程中，常混有一些杂质气体，其中如 H2S、CO 等杂质会使合成氨所用的催化剂中毒，所以必须除去。
加压后且达到催化剂的活性温度的 H2、N2
混合气体中氨含量为10% ～ 20%
合成氨反应为放热反应，可通过热交换器有效利用此反应热来预热反应前的 H2、N2，降低合成氨的成本。
例、在一定条件下,可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)(正反应是放热反应)达到平衡,当单独改变下列条件后,有关叙述错误的是(　　)A.加催化剂,v(正)、v(逆)都发生变化且变化的倍数相等B.加压,v(正)、v(逆)都增大,且v(正)增大的倍数大于v(逆)增大的倍数C.降温,v(正)、v(逆)都减小,且v(正)减小的倍数小于v(逆)减小的倍数D.等容条件下加入氩气,v(正)、v(逆)都增大,且v(正)增大的倍数大于v(逆)增大的倍数
一、合成氨适宜生产 条件的选择
压强温度催化剂反应物生成物浓度
1、有关合成氨工业的说法中,正确的是(　　)A.增大H2的浓度,可提高H2的转化率B.由于氨易液化,N2、H2在实际生产中会循环使用,所以总体来说氨的产率很高C.合成氨工业的反应温度控制在400~500 ℃,目的是使化学平衡向正反应方向移动D.合成氨厂采用的压强是10 MPa~30 MPa,因为该压强下铁触媒的活性最大
2、NH3是一种重要的工业原料。下列关于合成氨的说法中,不正确的是(　　)A.工艺涉及催化技术B.工艺涉及高温高压技术C.原料之一的氮气来自空气D.从合成塔出来的气体中,氨的体积分数为100%