化学精品课件：合成氨条件的选择
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课件17张PPT。 合成氨条件的选择一、合成氨的适宜条件的选择
—化学反应速率和化学平衡知识的运用
选择适宜条件的依据、思路和方法： 合成氨的反应原理(方程式）：
N2+3H2 2NH3(放热反应) 这是一个气体总体积缩小的、放热的可逆反应。 请思考这个反应的特点？ 工业上合成氨，主要要考虑哪些因素？ 根据化学反应速率的有关知识，思考：
————————，——————，———————— ， 都可以使合成氨的化学反应速率增大。 增大压强 升高温度 使用催化剂 经济效益和社会效益：
速度要快，原料的利用率要高，单位时间的产量要高。另外还要考虑生产中的消耗能源，原料，设备条件等因素。 根据化学平衡的知识请思考：要增大平衡体系中氨的含量、增大原料的转化率可以采用哪些方法？ 增大压强，降低温度，减小生成物的浓度都可以提高原料的转化率。 下面请综合以上两方面的因素，并结合实际情况讨论实际生产中对压强、温度、浓度等条件的选择。 N2+3H2 2NH3(放热反应)
1、压强怎么选？ 分析：①合成氨反应是体积缩小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能提高平衡混合物中氨的含量，所以理论上压强越大越好。
②但是压强越大，对设备的要求高、压缩H2和N2所需要的动力大，因此压强也不宜过高。 综合以上两点，实际生产中压强一般选择在20MPa---50MPa之间。 2、温度怎么选择？ ①因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量。
②可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。
催化剂要在一定温度下效果最好。 综合以上因素，实际生产中温度一般选择在500℃（主要考虑催化剂的活性）左右。 3、用不用催化剂？ 使用催化剂能否提高合成氨的转化率？
使用催化剂对反应速率有何影响？ 实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在500℃时活性较高。 4、浓度怎么定？H2和N2的比例怎么定？ 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。因此可以用保持一定的氮、氢浓度，减少氨气的浓度的方法，提高合成氨的效率和产量。 实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化而分离出去；及时补充氮气和氢气，使其保持一定的浓度。 举例：在合成氨工业中，为增加氨气的日产量，在实现此目的的过程中与平衡移动无关的是
（ A）不断将氨分离出来
（B） 使用催化剂
（C） 采用500℃的高温
（D）采用20-50Mp的压强二、合成氨工业简介：
1、合成氨工业的流程
原料气的制取—净化—压缩—合成—分离 —液氨 N2 H2 原料气的制取 N2：液化空气，蒸发分离出氮气 H2：用水和燃料在高温下制取。如：C + H2O（g） CO+H2，
CO+H2O（g） CO2+H2 思考：1mol C能制取多少氢气？ 2、氨的合成： （1）主要设备：合成塔 （2）反应原理：N2+3H2 2NH3 高温高压催化剂 三、设想合成氨的发展前景氮的固定：把游离态氮转化为化合态氮的过程。①人工固氮（化学固氮）：成本高、转化率低、效率低。②生物固氮（根瘤菌）：常温常压、成本低、转化率高。⑴新型催化剂催化合成⑵化学模拟生物固氮[课堂练习] 1、有平衡体系CO (g) + 2H2 (g) CH3OH (g) △H<0 ，为了
增加CH3OH的产量，应该采取的措施是 （ ）。 A、高温、高压 B、适宜的温度、高压、催化剂
C、低温、低压 D、高温、高压、催化剂B 3、能正确反应出：N2 ( g ) +3H2 ( g ) 2NH3 ( g ) △H<0的关系的是（ ）。ABCDD4、牙齿表面由一层坚硬的、组成为Ca5(PO4)3OH的物质保护着，它在唾液中存在下列平衡：Ca5(PO4)3OH(固) 5Ca2++3PO43-+OH-，进食后，细菌和酶作用于食物，产生有机酸，这时牙齿就会受到腐蚀，其原因是_________________________，已知Ca5(PO4)3F(固)的溶解度比上面矿化产物更小，质地更坚固。请用离子方程式表示当牙膏中配有氟化物添加剂后能防止龋齿的原因________________________________________。5、氯化铜溶液为淡蓝色，当加入浓盐酸后，溶液就会变成黄绿色，这种颜色变化是由下列可逆反应引起的：
[Cu(H2O)4]2++4Cl- [CuCl4]2-+4H2O
下列方法能使溶液变成淡蓝色的是（ ）
A、加蒸馏水 B、加AgNO3溶液
C、加NaCl溶液 D、加盐酸AB4、答案（1）有机酸与OH-中和，使平衡向脱矿方向移动。
（2）F-+Ca5(PO4)3OH Ca5(PO4)3F+OH-5、 解析：溶液变成淡蓝色，是由于平衡向左移动，移向生成水合铜离子[Cu(H2O)4]2+一方。当加水时，既可看做增加了生成物之一水的量，又可看做对[Cu(H2O)4]2+和Cl-浓度起降低影响大的一方；加入Ag-NO3溶液，Ag++Cl- AgCl↓，使反应物一方的Cl-浓度在平衡体系中减小，平衡移向浓度减小的一方。因此，A、B是正确的。 答案：A、B6、合成氨工业中，原料气（N2、H2及少量CO、NH3的混合气）在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜（I）溶液来吸收原料气中的CO，其反应是：
[Cu(NH3)2Ac]+CO+NH3 [Cu(NH3)3]Ac·CO △H<0（1）必须除去原料气中CO的原因是_______。
（2）醋酸二氨合铜（I）吸收CO的生产适宜条件应是_______。
（3）吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸铜氨溶液再生的生产适宜条件应是______。解析：分析吸收CO反应的特点：正反应是气体体积缩小的放热反应，对于这样一个可逆反应，用化学平衡原理及有关知识可做如下解答：（1）除CO的原因是防止合成塔中的催化剂中毒；（2）吸收CO的适宜条件应选择：低温、高压；（3）醋酸铜氨再生生产的适宜条件是：高温低压。谢谢
—化学反应速率和化学平衡知识的运用
选择适宜条件的依据、思路和方法： 合成氨的反应原理(方程式）：
N2+3H2 2NH3(放热反应) 这是一个气体总体积缩小的、放热的可逆反应。 请思考这个反应的特点？ 工业上合成氨，主要要考虑哪些因素？ 根据化学反应速率的有关知识，思考：
————————，——————，———————— ， 都可以使合成氨的化学反应速率增大。 增大压强 升高温度 使用催化剂 经济效益和社会效益：
速度要快，原料的利用率要高，单位时间的产量要高。另外还要考虑生产中的消耗能源，原料，设备条件等因素。 根据化学平衡的知识请思考：要增大平衡体系中氨的含量、增大原料的转化率可以采用哪些方法？ 增大压强，降低温度，减小生成物的浓度都可以提高原料的转化率。 下面请综合以上两方面的因素，并结合实际情况讨论实际生产中对压强、温度、浓度等条件的选择。 N2+3H2 2NH3(放热反应)
1、压强怎么选？ 分析：①合成氨反应是体积缩小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能提高平衡混合物中氨的含量，所以理论上压强越大越好。
②但是压强越大，对设备的要求高、压缩H2和N2所需要的动力大，因此压强也不宜过高。 综合以上两点，实际生产中压强一般选择在20MPa---50MPa之间。 2、温度怎么选择？ ①因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量。
②可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。
催化剂要在一定温度下效果最好。 综合以上因素，实际生产中温度一般选择在500℃（主要考虑催化剂的活性）左右。 3、用不用催化剂？ 使用催化剂能否提高合成氨的转化率？
使用催化剂对反应速率有何影响？ 实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在500℃时活性较高。 4、浓度怎么定？H2和N2的比例怎么定？ 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。因此可以用保持一定的氮、氢浓度，减少氨气的浓度的方法，提高合成氨的效率和产量。 实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化而分离出去；及时补充氮气和氢气，使其保持一定的浓度。 举例：在合成氨工业中，为增加氨气的日产量，在实现此目的的过程中与平衡移动无关的是
（ A）不断将氨分离出来
（B） 使用催化剂
（C） 采用500℃的高温
（D）采用20-50Mp的压强二、合成氨工业简介：
1、合成氨工业的流程
原料气的制取—净化—压缩—合成—分离 —液氨 N2 H2 原料气的制取 N2：液化空气，蒸发分离出氮气 H2：用水和燃料在高温下制取。如：C + H2O（g） CO+H2，
CO+H2O（g） CO2+H2 思考：1mol C能制取多少氢气？ 2、氨的合成： （1）主要设备：合成塔 （2）反应原理：N2+3H2 2NH3 高温高压催化剂 三、设想合成氨的发展前景氮的固定：把游离态氮转化为化合态氮的过程。①人工固氮（化学固氮）：成本高、转化率低、效率低。②生物固氮（根瘤菌）：常温常压、成本低、转化率高。⑴新型催化剂催化合成⑵化学模拟生物固氮[课堂练习] 1、有平衡体系CO (g) + 2H2 (g) CH3OH (g) △H<0 ，为了
增加CH3OH的产量，应该采取的措施是 （ ）。 A、高温、高压 B、适宜的温度、高压、催化剂
C、低温、低压 D、高温、高压、催化剂B 3、能正确反应出：N2 ( g ) +3H2 ( g ) 2NH3 ( g ) △H<0的关系的是（ ）。ABCDD4、牙齿表面由一层坚硬的、组成为Ca5(PO4)3OH的物质保护着，它在唾液中存在下列平衡：Ca5(PO4)3OH(固) 5Ca2++3PO43-+OH-，进食后，细菌和酶作用于食物，产生有机酸，这时牙齿就会受到腐蚀，其原因是_________________________，已知Ca5(PO4)3F(固)的溶解度比上面矿化产物更小，质地更坚固。请用离子方程式表示当牙膏中配有氟化物添加剂后能防止龋齿的原因________________________________________。5、氯化铜溶液为淡蓝色，当加入浓盐酸后，溶液就会变成黄绿色，这种颜色变化是由下列可逆反应引起的：
[Cu(H2O)4]2++4Cl- [CuCl4]2-+4H2O
下列方法能使溶液变成淡蓝色的是（ ）
A、加蒸馏水 B、加AgNO3溶液
C、加NaCl溶液 D、加盐酸AB4、答案（1）有机酸与OH-中和，使平衡向脱矿方向移动。
（2）F-+Ca5(PO4)3OH Ca5(PO4)3F+OH-5、 解析：溶液变成淡蓝色，是由于平衡向左移动，移向生成水合铜离子[Cu(H2O)4]2+一方。当加水时，既可看做增加了生成物之一水的量，又可看做对[Cu(H2O)4]2+和Cl-浓度起降低影响大的一方；加入Ag-NO3溶液，Ag++Cl- AgCl↓，使反应物一方的Cl-浓度在平衡体系中减小，平衡移向浓度减小的一方。因此，A、B是正确的。 答案：A、B6、合成氨工业中，原料气（N2、H2及少量CO、NH3的混合气）在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜（I）溶液来吸收原料气中的CO，其反应是：
[Cu(NH3)2Ac]+CO+NH3 [Cu(NH3)3]Ac·CO △H<0（1）必须除去原料气中CO的原因是_______。
（2）醋酸二氨合铜（I）吸收CO的生产适宜条件应是_______。
（3）吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸铜氨溶液再生的生产适宜条件应是______。解析：分析吸收CO反应的特点：正反应是气体体积缩小的放热反应，对于这样一个可逆反应，用化学平衡原理及有关知识可做如下解答：（1）除CO的原因是防止合成塔中的催化剂中毒；（2）吸收CO的适宜条件应选择：低温、高压；（3）醋酸铜氨再生生产的适宜条件是：高温低压。谢谢
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