化学反应条件的优化-工业合成氨1-鲁科版课件.ppt

1、第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率第第4节化学反应条件的优化节化学反应条件的优化工业合成氨工业合成氨第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率1认识合成氨的化学原理。认识合成氨的化学原理。2应用化学平衡和化学反应速率的有关应用化学平衡和化学反应速率的有关知识选择合成氨的条件。知识选择合成氨的条件。3了解合成氨生产的主要流程。了解合成氨生产的主要流程。4了解工业条件选择的依据和原则。了解工业条件选择的依据和原则。第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速

2、率一、合成氨反应的限度一、合成氨反应的限度(1)自发性：常温下自发性：常温下能能自发进行。自发进行。(2)可逆性：反应为可逆反应。可逆性：反应为可逆反应。(3)体积变化：正反应是气体体积体积变化：正反应是气体体积 的反应。的反应。(4)焓变：焓变：。减小减小H0第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率2合成氨反应的限度合成氨反应的限度(1)温度、温度、压强将有利于化学平衡向生成氨的压强将有利于化学平衡向生成氨的方向移动。方向移动。(2)在一定温度、压强下，反应物氮气、氢气的体积比为在一定温度、压强下，反应物氮气、氢气的体积比为时平衡混合物中氨的含量最高。时平衡混合物中

3、氨的含量最高。降低降低增大增大1 3第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率开放探究开放探究1.合成氨工业生产中，为什么采用合成氨工业生产中，为什么采用N2和和H2物质物质的量之比为的量之比为1 2.8的投料比？的投料比？提示：提示：由于氮气在催化剂上的吸附为总反应中最难发生由于氮气在催化剂上的吸附为总反应中最难发生的步骤，即影响反应速率的关键步骤，当适当提高氮气的比例，的步骤，即影响反应速率的关键步骤，当适当提高氮气的比例，即即N2和和H2物质的量之比为物质的量之比为1 2.8时更能加快合成氨反应的进行。时更能加快合成氨反应的进行。第二章第二章 化学反应的方向、限度

4、与速率化学反应的方向、限度与速率二、合成氨反应的速率二、合成氨反应的速率第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率三、合成氨的适宜条件三、合成氨的适宜条件1合成氨反应条件的选择原则合成氨反应条件的选择原则(1)尽量增大反应物的尽量增大反应物的，充分利用原料；，充分利用原料；(2)选择较快的选择较快的 ，提高单位时间内的产量；，提高单位时间内的产量；(3)考虑设备和技术条件。考虑设备和技术条件。转化率转化率反应速率反应速率第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率2合成氨反应的适宜条件合成氨反应的适宜条件(1)压强压强适宜条件适宜条件理论依据：压强

5、越大，要求动力越大，对材料和设备的理论依据：压强越大，要求动力越大，对材料和设备的制造要求就越高。制造要求就越高。第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率(2)温度温度适宜条件：适宜条件：左右左右理论依据：该温度下催化剂的活性最高，反应速率比较理论依据：该温度下催化剂的活性最高，反应速率比较快，氨的含量也相对较高。快，氨的含量也相对较高。(3)催化剂催化剂 适 宜 条 件：以适 宜 条 件：以为 主 的 多 成 分 催 化 剂，又 称为 主 的 多 成 分 催 化 剂，又 称 。理论依据：加快反应速率。理论依据：加快反应速率。700 K铁触媒铁触媒铁铁第二章第二章 化

6、学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率(4)浓度浓度适宜条件：氮气和氢气按分压比适宜条件：氮气和氢气按分压比混合。混合。理论依据：适当提高氮气的分压，来提高氢气的转化率。理论依据：适当提高氮气的分压，来提高氢气的转化率。(5)其他其他为了提高原料的为了提高原料的，未反应的氮气和氢气，未反应的氮气和氢气。1 2.8利用率利用率循环使用循环使用第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率开放探究开放探究2.合成氨工业生产中，为什么采用未转化的合合成氨工业生产中，为什么采用未转化的合成气的循环使用？成气的循环使用？提示：提示：合成氨反应中，如果让合成氨反应中，如果让

7、N2和和H2的混合气体只通过的混合气体只通过一次合成塔起反应是很不经济的，应将分离液氨后的未转化的一次合成塔起反应是很不经济的，应将分离液氨后的未转化的合成气进行循环使用，并及时补充合成气进行循环使用，并及时补充N2和和H2，使反应物保持一定，使反应物保持一定的浓度，有利于合成氨反应的进行。的浓度，有利于合成氨反应的进行。第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率1合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义，原合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义，原合成氨需要合成氨需要20 MPa、700 K，用铁做催化剂，最近美国俄勒冈大，用铁做催化剂，最近美国俄勒冈大学的

8、化学家使用了一种名为学的化学家使用了一种名为transFe(DMeOPrPE)2的催化剂，常的催化剂，常温下用温下用N2和和H2合成了氨。下列有关说法正确的是合成了氨。下列有关说法正确的是()A原合成氨是吸热反应，而新法合成氨为放热反应原合成氨是吸热反应，而新法合成氨为放热反应B新法合成比原合成节约能源，具有很好的发展前景新法合成比原合成节约能源，具有很好的发展前景C新法能在常温下进行是因为不需要破坏化学键新法能在常温下进行是因为不需要破坏化学键D加压不利于新法合成氨加压不利于新法合成氨第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率答案：答案：B 第二章第二章 化学反应的方

9、向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率2从化学反应速率和化学平衡两方面考虑，合成氨应采用从化学反应速率和化学平衡两方面考虑，合成氨应采用的条件是的条件是()A低温、高压、催化剂低温、高压、催化剂B低温、低压、催化剂低温、低压、催化剂C高温、高压、催化剂高温、高压、催化剂 D适当温度、低压、催化剂适当温度、低压、催化剂解析：解析：根据合成氨反应的特点、外界条件对反应速率和根据合成氨反应的特点、外界条件对反应速率和化学平衡的影响及催化剂的活性进行选择。化学平衡的影响及催化剂的活性进行选择。答案：答案：C第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率3使一定量的氮气、氢气合成氨

10、，施加催化剂和高压的反使一定量的氮气、氢气合成氨，施加催化剂和高压的反应条件，下列叙述中正确的是应条件，下列叙述中正确的是()A都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响B都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用的时间的时间C都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化学平都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化学平衡状态有影响衡状态有影响D催化剂能缩短达到平衡状态所用的时间，而压强无此作催化剂能缩短达到平衡状态所用的时间，而压强无此作用用第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限

11、度与速率解析：解析：催化剂只能提高化学反应速率，缩短反应达到平催化剂只能提高化学反应速率，缩短反应达到平衡状态所用的时间，不能改变化学平衡状态。对氮气、氢气合衡状态所用的时间，不能改变化学平衡状态。对氮气、氢气合成氨的反应来说，加压既能加快化学反应速率，又能使平衡状成氨的反应来说，加压既能加快化学反应速率，又能使平衡状态向生成氨的反应方向移动。加快了化学反应速率，必然缩短态向生成氨的反应方向移动。加快了化学反应速率，必然缩短了反应达到平衡所用的时间。了反应达到平衡所用的时间。答案：答案：C 第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率第二章第二章 化学反应的方向、限度与速

12、率化学反应的方向、限度与速率化工生产选择适宜条件的思路化工生产选择适宜条件的思路对于某一特定的实际反应，选取适宜的外界条件的基本思对于某一特定的实际反应，选取适宜的外界条件的基本思路如下：路如下：1从可逆性、反应前后气体系数的变化、焓变三个角度分从可逆性、反应前后气体系数的变化、焓变三个角度分析化学反应的特点。析化学反应的特点。2根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响；根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响；从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况，选从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况，选出适宜的外界条件。出适宜的外界条件。第二章第二章 化学反应的方向

13、、限度与速率化学反应的方向、限度与速率第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率(1)选取适宜的化工生产条件时，要运用反应速率和化学平选取适宜的化工生产条件时，要运用反应速率和化学平衡移动原理，同时考虑化工生产中的动力、材料、设备、催化衡移动原理，同时考虑化工生产中的动力、材料、设备、催化剂等因素的影响，综合选取适宜条件。剂等因素的影响，综合选取适宜条件。(2)自然界中，生物固氮酶催化的作用，在常温常压下、将自然界中，生物固氮酶催化的作用，在常温常压下、将游离的游离的N2转化为化合态氮，因此防生固氮酶催化

14、剂可大大提高转化为化合态氮，因此防生固氮酶催化剂可大大提高N2转化速率和效率。转化速率和效率。第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率(1)根据化学理论综合分析，为了使二氧化硫尽可能转化为根据化学理论综合分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫，可控制的条件是三氧化硫，可控制的条件是_ _ _。(2)实际生产中，选定实际生产中，选定400500 作为操作温度，其原因是作为操作温度，其原因是_。(3)实际生产中，采用的压强为常压，其原因是实

15、际生产中，采用的压强为常压，其原因是_ _ _。(4)在生产中，通入过量空气的目的是在生产中，通入过量空气的目的是_。(5)尾气中有尾气中有SO2必须回收是为了必须回收是为了_。第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率思路点拨：思路点拨：解答本题注意以下两点：解答本题注意以下两点：(1)抓住本反应的反应特点。抓住本反应的反应特点。(2)把外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响和实际情把外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响和实际情况有机结合起来。况有机结合起来。第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率从提高反应速率考虑，合成从提高反应速率考虑

16、，合成SO3需要加入催化剂和升温，加需要加入催化剂和升温，加压；从增大反应物的转化率方面考虑，合成压；从增大反应物的转化率方面考虑，合成SO3需低温，加压，需低温，加压，通入廉价空气；从表中数据和设备材料的要求以及催化剂的活通入廉价空气；从表中数据和设备材料的要求以及催化剂的活性方面综合考虑，选择最适宜条件。性方面综合考虑，选择最适宜条件。第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率答案：答案：(1)常压、常压、450、催化剂、催化剂(2)在此温度下催化剂的活性最高在此温度下催化剂的活性最高(3)在常压下在常压下SO2的转化率就已经很高了的转化率就已经很高了(97.5%)

17、，若采用高，若采用高压，平衡能向右移动，但效果并不明显，比起高压设备，得不压，平衡能向右移动，但效果并不明显，比起高压设备，得不偿失偿失(4)增大反应物增大反应物O2的浓度，提高的浓度，提高SO2的转化率的转化率(5)防止污染环境防止污染环境第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率解析：解析：该反应的特点是：正反应是一个气体体积缩小的该反应的特点是：正反应是一个气体体积缩小的吸热反应。根据化学反应速率要尽量大的原理：需要升高温度、吸热反应。根据化学反应速率要尽量大的原理：需要升高温度、增大压强、使用正催化剂；根据平衡移动原理，也是升高温度、增大压强、使用正催化剂；根据

18、平衡移动原理，也是升高温度、增大压强，才有利于增大压强，才有利于Z的生成。的生成。答案：答案：A第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率1(2011龙岩高二质检龙岩高二质检)合成氨工业中，常加热到合成氨工业中，常加热到700 K左左右的温度，理由是右的温度，理由是()适当提高合成氨的反应速率适当提高合成氨的反应速率提高氢气转化率提高氢气转化率提提高氨的产率高氨的产率催化剂在催化剂在700 K时活性最大时活性最大ABC D第二章第二章 化学

19、反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率解析：解析：温度对合成反应的限度和速率的影响不一致，一温度对合成反应的限度和速率的影响不一致，一般采用般采用700 K左右的温度，主要是因为催化剂在左右的温度，主要是因为催化剂在700 K时活性最时活性最大。大。答案：答案：D第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率2(2011徐州高二质检徐州高二质检)合成氨反应的正反应是气体体积减合成氨反应的正反应是气体体积减小的放热反应。合成氨工业的生产流程如下：小的放热反应。合成氨工业的生产流程如下：第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率关于合成氨工业的

20、说法中不正确的是关于合成氨工业的说法中不正确的是()A混合气进行循环利用遵循绿色化学思想混合气进行循环利用遵循绿色化学思想B合成氨反应须在低温下进行合成氨反应须在低温下进行C对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率D使用催化剂可以提高反应的速率，但是不能使平衡向正使用催化剂可以提高反应的速率，但是不能使平衡向正反应方向移动反应方向移动答案：答案：B第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率3不能用化学平衡移动原理说明的事实是不能用化学平衡移动原理说明的事实是()A合成氨在高压下进行是有利的合成氨在高压下进行是有利的B温度过高对合成

21、氨不利温度过高对合成氨不利C使用催化剂能使合成氨速率加快使用催化剂能使合成氨速率加快D及时分离从合成塔中出来的混合气，有利于合成氨及时分离从合成塔中出来的混合气，有利于合成氨解析：解析：合成氨反应是放热的，气体体积减小的反应，高合成氨反应是放热的，气体体积减小的反应，高压、及及分离氨有利于平衡右移；温度升高会使平衡向左移，压、及及分离氨有利于平衡右移；温度升高会使平衡向左移，不利于氨的合成；使用催化剂能加快化学反应速率，但对化学不利于氨的合成；使用催化剂能加快化学反应速率，但对化学平衡无影响。平衡无影响。答案：答案：C第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率4根据合成

22、氨反应的特点分析，当前最有前途的研究发展根据合成氨反应的特点分析，当前最有前途的研究发展方向是方向是()A研制耐高压的合成塔研制耐高压的合成塔B采用超大规模的工业生产采用超大规模的工业生产C研制耐低温复合催化剂研制耐低温复合催化剂D探索不用探索不用H2和和N2合成氨的新途径合成氨的新途径解析：解析：在其他条件相同的情况下，使用催化剂可以使合在其他条件相同的情况下，使用催化剂可以使合成氨反应的速率提高上万亿倍。成氨反应的速率提高上万亿倍。答案：答案：C第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率解析：解析：(

23、1)醋酸二氨合铜吸收醋酸二氨合铜吸收CO反应为气体体积减小的放反应为气体体积减小的放热反应，降低温度或增大压强平衡向吸收热反应，降低温度或增大压强平衡向吸收CO的方向移动，故应的方向移动，故应采用低温、高压作为生产条件。采用低温、高压作为生产条件。(2)放出放出CO的反应应采用高温、低压作为生产条件。的反应应采用高温、低压作为生产条件。答案：答案：(1)低温、高压低温、高压(2)高温、低压高温、低压第二章第二章 化学反应的方向、限度与速率化学反应的方向、限度与速率练考题、验能力、轻巧夺冠读一本好书，就是和许多高尚的人谈话。-歌德书籍是人类知识的总结。书籍是全世界的营养品。-莎士比亚书籍是巨大的

24、力量。-列宁好的书籍是最贵重的珍宝。-别林斯基任何时候我也不会满足，越是多读书，就越是深刻地感到不满足，越感到自己知识贫乏。-马克思书籍便是这种改造灵魂的工具。人类所需要的，是富有启发性的养料。而阅读，则正是这种养料。-雨果 喜欢读书，就等于把生活中寂寞的辰光换成巨大享受的时刻。-孟德斯鸠如果我阅读得和别人一样多，我就知道得和别人一样少。-霍伯斯英国作家读书有三种方法：一种是读而不懂，另一种是既读也懂，还有一种是读而懂得书上所没有的东西。-克尼雅日宁俄国剧作家诗人要学会读书，必须首先读的非常慢，直到最后值得你精读的一本书，还是应该很慢地读。-法奇(法国科学家)了解一页书，胜于匆促地阅读一卷书。

25、-麦考利英国作家读书而不回想，犹如食物而不消化。-伯克美国想思家读书而不能运用，则所读书等于废纸。-华盛顿(美国政治家)书籍使一些人博学多识，但也使一些食而不化的人疯疯颠颠。-彼特拉克意大利诗人生活在我们这个世界里，不读书就完全不可能了解人。-高尔基读书越多，越感到腹中空虚。-雪莱(英国诗人)读书是我唯一的娱乐。我不把时间浪费于酒店、赌博或任何一种恶劣的游戏；而我对于事业的勤劳，仍是按照必要，不倦不厌。-富兰克林书读的越多而不加思索，你就会觉得你知道得很多；但当你读书而思考越多的时候，你就会清楚地看到你知道得很少。-伏尔泰(法国哲学家、文学家)读书破万卷，下笔如有神。-杜甫读万卷书，行万里路。-顾炎武读书之法无他，惟是笃志虚心，反复详玩，为有功耳。-朱熹读书无嗜好，就能尽其多。不先泛览群书，则会无所适从或失之偏好，广然后深，博然后专。-鲁迅读书之法，在循序渐进，熟读而精思。-朱煮读书务在循序渐进；一书已熟，方读一书，勿得卤莽躐等，虽多无益。-胡居仁明读书是学习，摘抄是整理，写作是创造。-吴晗看书不能信仰而无思考，要大胆地提出问题，勤于摘录资料，分析资料，找出其中的相互关系，是做学问的一种方法。-顾颉刚书犹药也，善读之可以医愚。-刘向读书破万卷，胸中无适主，便如暴富儿，颇为用钱苦。-郑板桥知古不知今，谓之落沉。知今不知古，谓之盲瞽。-王充举一纲而万目张，解一卷而众篇明。-郑玄