合成氨工業(yè)中課件

化學(xué)反應(yīng)速率

化學(xué)平衡移動(dòng)原理

應(yīng)用工業(yè)合成氨適宜條件的選擇-------德國(guó)化學(xué)家：哈伯弗里茨.哈泊：

德國(guó)物理化學(xué)家，出生于一個(gè)猶太富商家中。1908年7月首次合成氨氣。并成功地解決了合成氨工業(yè)生產(chǎn)中的技術(shù)問(wèn)題。1918年獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。法國(guó)化學(xué)家勒夏特烈第一個(gè)試圖進(jìn)行高壓合成氨的實(shí)驗(yàn)，但是由于氮?dú)浠旌蜌庵谢爝M(jìn)了氧氣，引起了爆炸，他放棄了這一危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)，并否定了合成氨工藝。

氨氣的合成：一方面使氮肥大量的工業(yè)化生產(chǎn)，提高了糧食的產(chǎn)量。

另一方面氨氧化制得硝酸及TNT炸藥。哈伯合成氨的成果，使德國(guó)儲(chǔ)備了充足的物品，將第一次世界大戰(zhàn)延續(xù)了幾年。

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92.4KJ/mol選修4教材：32頁(yè)4題研究背景：常溫常壓下，合成氨的反應(yīng)進(jìn)行得非常慢，幾乎不能覺察；達(dá)到平衡時(shí)，氨的產(chǎn)量還很低。也就是說(shuō)：

反應(yīng)速率慢反應(yīng)程度小1、此反應(yīng)為可逆反應(yīng)2、正反應(yīng)為氣體體積縮小的反應(yīng)3、正反應(yīng)為放熱反應(yīng)

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92.4KJ/mol快多加快反應(yīng)速率

提高氨平衡含量

提高氨的日產(chǎn)量體系溫度催化劑體系壓強(qiáng)反應(yīng)物濃度體系溫度---------合成氨工業(yè)中，采用：低溫好還是高溫好？

1000L50MPa合成氨的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：V(N2):V(H2)=1:3現(xiàn)有不同時(shí)間、不同溫度平衡狀態(tài)下氨氣的體積百分含量，請(qǐng)酌情填充下表

1.7a20a10a1.8a3.3a1.5a

500℃

300℃

400

℃

600℃

700℃平時(shí)衡間氨含量溫

度單位時(shí)間氨產(chǎn)量L/a

200℃95.4℅65.2℅42.2℅84.2℅22.7℅12.6℅

8413423419884.247.712.6℅

22.7℅42.2℅65.2℅84.2℅95.4℅ⅠⅡⅢⅣⅤⅥV%

合成氨工業(yè)中：常采用400-500℃

體系溫度催化劑體系壓強(qiáng)反應(yīng)物濃度催化劑的活性催化劑的中毒催化劑的價(jià)格餓（Os）釕（Ru）鉑（Pt）鐵（Fe）目前，合成氨工業(yè)中公認(rèn)的最合適的催化劑鐵催化劑催化劑型號(hào)起燃溫度(℃)操作溫度(℃)最佳溫度(℃)耐熱溫度(℃)A6400480~510475550A9375460~475450525A10370455~465450500幾種鐵催化劑的溫度指標(biāo)催化劑體系溫度體系壓強(qiáng)反應(yīng)物濃度體系壓強(qiáng)

-----------合成氨工業(yè)中，采用：高壓好還是低壓好？10MPa不同條件下平衡混合氣中氨的含量(體積分?jǐn)?shù))(原料其中N2和H2的體積比是1:3)31.457.579.892.698.8100MPa23.142.265.284.295.460MPa9.119.138.264.286.420MPa4.510.625.152.081.513.826.447.071.089.930MPa0.050.10.42.215.3

0.1MPa

400℃

600℃

500

℃

300℃

200℃壓強(qiáng)氨含量溫

度V％

-----在合成氨工業(yè)中，增大體系的壓強(qiáng)：

既有利于加快反應(yīng)速率，又有利于提高平衡混合物中氨氣的體積分?jǐn)?shù)。100MPaH2N2NH3實(shí)驗(yàn)資料記載：體系壓強(qiáng)過(guò)大

1、生產(chǎn)設(shè)備要求耐壓力大，材料需求過(guò)高，影響綜合經(jīng)濟(jì)效益；2、高壓下氫氣小分子能穿透容器壁外溢。體系壓強(qiáng)（MPa）0.60.50.40.30.20.1NH3%20406080100

一定溫度下，壓強(qiáng)增大時(shí)氨的平衡含量是否一定顯著變化？

---目前，我國(guó)合成氨工中，采用的壓強(qiáng)：20MPa---50MPa10MPa不同條件下平衡混合氣中氨的含量(體積分?jǐn)?shù))(原料其中N2和H2的體積比是1:3)31.457.579.892.698.8100MPa23.142.265.284.295.460MPa9.119.138.264.286.420MPa4.510.625.152.081.513.826.447.071.089.930MPa0.050.10.42.215.3

0.1MPa

400℃

600℃

500

℃

300℃

200℃壓強(qiáng)氨含量溫

度％H2、N2合成

氨氣造氣水煤氣法制取H2凈化反應(yīng)需H2N2分離液態(tài)氨多余N2、H2循環(huán)使用現(xiàn)代合成氨工業(yè)主要流程此流程圖還體現(xiàn)了哪些提高氨氣產(chǎn)量的措施？

1、合成氨工業(yè)中，原料氣（N2、H2及CO、NH3的混合氣）在進(jìn)入合成塔前常用醋酸二氨合銅（Ⅰ）溶液來(lái)吸收原料中的CO，其反應(yīng)是：

Cu(NH3)2Ac（aq）+CO(g)+NH3(g)Cu(NH3)3Ac·CO（aq)△H＜0（1）必須除去原料氣中CO的原因是什么？（2）醋酸二氨合銅（Ⅰ）吸收CO的適宜條件是什么？（3）吸收CO后的醋酸銅氨液，經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理又可再生，恢復(fù)其吸收CO的能力以循環(huán)使用，醋酸銅氨液再生的適宜條件是什么？請(qǐng)分析下列問(wèn)題：即時(shí)反饋2、Fenton法常用于處理含難降解有機(jī)物的工業(yè)廢水，通常是在調(diào)節(jié)好PH和濃度的廢水中加入H2O2，所產(chǎn)生的羥基自由基能氧化降解污染物。現(xiàn)運(yùn)用該方法降解有機(jī)污染物p-CP，探究有關(guān)因素對(duì)該降解反應(yīng)速率的影響。[實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)]控制p-CP的初始濃度相同，恒定實(shí)驗(yàn)溫度在298K或313K（其余實(shí)驗(yàn)條件見下表），設(shè)計(jì)如下對(duì)比試驗(yàn)。（1）請(qǐng)完成以下實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表（表中不要留空格）。實(shí)驗(yàn)編號(hào)實(shí)驗(yàn)?zāi)康腡/KPHc/10-3mol·L-1H2O2Fe2+①為以下實(shí)驗(yàn)作參考29836.00.30②探究溫度對(duì)降解反應(yīng)速率的影響③298106.00.3031336.00.30探究PH對(duì)降解反應(yīng)速率的影響[數(shù)據(jù)處理]實(shí)驗(yàn)測(cè)得p-CP的濃度隨時(shí)間變化的關(guān)系如右上圖。（2）請(qǐng)根據(jù)右上圖實(shí)驗(yàn)①曲線，計(jì)算降解反應(yīng)在50~150s內(nèi)的反應(yīng)速率：（p-CP）=

mol·L-1·s-1[解釋與結(jié)論]（3）實(shí)驗(yàn)①、②表明溫度升高，降解反應(yīng)速率增大。但溫度過(guò)高時(shí)反而導(dǎo)致降解反應(yīng)速率減小，請(qǐng)從Fenton法所用試劑H2O2的角度分析原因：

。（4）實(shí)驗(yàn)③得出的結(jié)論是：PH等于10時(shí)，

。[思考與交流]（5）實(shí)驗(yàn)時(shí)需在不同時(shí)間從反應(yīng)器中取樣，并使所取樣品中的反應(yīng)立即停止下來(lái)。根據(jù)上圖中的信息，給出一種迅速停止反應(yīng)的方法：

8×10-6H2O2高溫條件下易分解取樣后加入NaOH溶液中，調(diào)節(jié)PH約為10，反應(yīng)可以迅速停止反應(yīng)速率趨近于03、超音速飛機(jī)在平流層飛行時(shí)，尾氣中的會(huì)破壞臭氧層?？茖W(xué)家正在研究利用催化技術(shù)將尾氣中的和轉(zhuǎn)變成和，化學(xué)方程式如下：為了測(cè)定在某種催化劑作用下的反應(yīng)速率，在某溫度下用氣體傳感器測(cè)得不同時(shí)NO和CO濃度如表：請(qǐng)回答下列問(wèn)題（均不考慮溫度變化對(duì)催化劑

催化效率的影響）：（1）在上述條件下反應(yīng)能夠自發(fā)進(jìn)行，則反應(yīng)的

0（填寫“>”、“<”、“=”）（2）前2s內(nèi)的平均反應(yīng)速率

v(N2)=_____________。（3）在該溫度下，反應(yīng)的平衡常數(shù)K=

。（4）假設(shè)在密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，達(dá)到平衡時(shí)下列措施能提高NO轉(zhuǎn)化率的是

。A．選用更有效的催化劑B．升高反應(yīng)體系的溫度C．降低反應(yīng)體系的溫度D．縮小容器的體積＜1.88×10-6mol/L·s5000BC（5）研究表明：在使用等質(zhì)量催化劑時(shí)，增大催化劑比表面積可提高化學(xué)反應(yīng)速率。為了分別驗(yàn)證溫度、催化劑比表面積對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律，某同學(xué)設(shè)計(jì)了三組實(shí)驗(yàn)，部分實(shí)驗(yàn)條件已經(jīng)填在下面實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表中。實(shí)驗(yàn)

編號(hào)T/℃NO起始濃度/mol/LC