化學(xué)選擇性必修1第4節(jié) 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨優(yōu)秀課件ppt

這是一份化學(xué)選擇性必修1第4節(jié) 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨優(yōu)秀課件ppt，共41頁。PPT課件主要包含了合成氨，合成氨反應(yīng)的限度，合成氨反應(yīng)的速率，增加反應(yīng)物濃度等內(nèi)容，歡迎下載使用。
自1784年氨被發(fā)現(xiàn)以來，但直到1913年才實現(xiàn)了合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)。 化學(xué)反應(yīng) N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)看起來十分簡單，但合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)經(jīng)歷如此漫長的發(fā)展過程，并且需要龐大而復(fù)雜的生產(chǎn)設(shè)備，這其實和它的生產(chǎn)條件有關(guān)。
N2 + 3H2 2NH3
從必修第一冊，我們了解到合成氨的條件是高溫、高壓、催化劑。
思考 化工生產(chǎn)中，選擇適宜的反應(yīng)條件需要從哪些角度考慮？具體需要考慮哪些因素？
反應(yīng)限度 反應(yīng)速率
反應(yīng)限度 溫度、濃度、 壓強等 反應(yīng)速率 溫度、濃度、壓強、使用催化劑等
目標(biāo)：合成氨的平衡轉(zhuǎn)化率越大越好
如何從溫度、濃度、壓強提高合成氨的平衡轉(zhuǎn)化率？
N2(g) +3H2(g) 2NH3(g) △H = - 92.2kJ·ml-1
如何提高合成氨的平衡轉(zhuǎn)化率？
增加反應(yīng)物濃度，降低生成物濃度
3.再看曲線，如果有 多條曲線，先看其 中一條
4.得出結(jié)論： 當(dāng)壓強為P1時（當(dāng) 壓強不變時），升 高溫度，氨的物質(zhì) 的量分數(shù)降低
6.得出結(jié)論： 當(dāng)溫度一定時，壓 強越大，氨的物質(zhì) 的量分數(shù)越高
低溫、高壓增大了NH3的含量 更有利于合成氨
進一步研究發(fā)現(xiàn)，在一定的溫度、壓強下氮氣、氫氣的體積比為1:3時平衡混合物中氨的含量最高。
反應(yīng)條件：低溫、高壓、增加反應(yīng)物濃度、分離氨
反應(yīng)條件：低溫、高壓、增加反應(yīng)物濃度、分離氨、氮氣與氫氣的體積比為1:3
目標(biāo)：工業(yè)生產(chǎn)希望反應(yīng)速率越大越好
如何從溫度、濃度、壓強、催化劑提高合成氨的反應(yīng)速率？
資料1.合成氨反應(yīng)速率與參與反應(yīng)的物質(zhì)濃度的關(guān)系式為：υ=kc(N2) · c1.5(H2) · c-1(NH3)
增加反應(yīng)物濃度，將氨從混合氣中分離出去。
增加反應(yīng)物濃度，分離氨
與氨氣濃度的1次方成反比
進一步研究催化反應(yīng)歷程發(fā)現(xiàn)： n (N2):n (H2) =1:2.8，適時地將氨從反應(yīng)后的混合氣體中分離出來，可以提高反應(yīng)速率。
反應(yīng)條件：高溫、增加反應(yīng)物濃度、分離氨、高壓、 鐵催化劑、氮氣和氫氣的體積比為1:2.8
反應(yīng)條件：低溫、高壓、增加反應(yīng)物濃度、分離氨、 氮氣與氫氣的體積比為1:3
三、合成氨生產(chǎn)的適宜條件
選擇合成氨生產(chǎn)的條件時，既不應(yīng)片面地追求高轉(zhuǎn)化率，也不應(yīng)只追求高反應(yīng)速率，而應(yīng)該尋找以較高的反應(yīng)速率獲取適當(dāng)轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)條件。此外，還應(yīng)該考慮原料的價格、未轉(zhuǎn)化的合成氣（氮氣和氫氣）的循環(huán)使用、反應(yīng)熱的綜合利用等問題。
合成氨生產(chǎn)一般條件鐵作催化劑 700 K 低壓（1x107 Pa)、中壓（2x107~3x107 Pa)和高壓（8.5x107~1x108 Pa)投料比：氮氣與氫氣物質(zhì)的量之比為1:2.8
不足： 合成氨工業(yè)生產(chǎn)需要高溫、高壓的反應(yīng)條件，而且催化劑易中毒、使用壽命不長。研究方向： 在自然界里，常溫、常壓下，通過生物固氮酶催化劑（如根瘤菌）的作用每年可以從空氣中固定 1 億噸氮，因此仿生固氮酶催化劑的研制這一前沿課題一直備受關(guān)注，人們?nèi)栽诓粩嗵剿髦小?br/>小結(jié)化工生產(chǎn)中，選擇適宜的反應(yīng)條件的方法
反應(yīng)限度 溫度、濃度、 壓強等 反應(yīng)速率 溫度、濃度、壓強、使用催化劑等
其他 成本、環(huán)保
合成氨的生產(chǎn)流程 合成氨的整個工業(yè)生產(chǎn)包括造氣、凈化、合成氨三大部分。 造氣　原料氣中的氮氣來自空氣，而氫氣來自天然氣、煤和煉油產(chǎn) 品。以天然氣為原料時，反應(yīng)可簡單表示為: CH4 + H2O CO + 3H2 CO + H2O CO2 + H2 凈化　 消除造氣過程中夾帶的雜質(zhì)，防止催化劑中毒。 合成氨 該部分包括終端產(chǎn)品氨的分離，氮氣、氫氣的 循環(huán)使用，利用反應(yīng)產(chǎn)生的熱預(yù)熱合成氣等。