高三化學(xué)工業(yè)合成氨

化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化—

工業(yè)合成氨教學(xué)目標(biāo)：了解如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理分析合成氨的適宜條件了解應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)原理分析化工生產(chǎn)條件的思路和方法，體驗(yàn)實(shí)際生產(chǎn)的選擇與理論分析的差異;通過(guò)對(duì)合成氨適宜條件的分析，認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的調(diào)控在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理選擇合成氨的適宜條件[閱讀資料]19世紀(jì)以前，一些有遠(yuǎn)見(jiàn)的化學(xué)家指出：考慮到將來(lái)的糧食問(wèn)題，為了使子孫后代免于饑餓，我們必須寄希望于科學(xué)家能實(shí)現(xiàn)大氣固氮。因此將空氣中豐富的氮固定下來(lái)并轉(zhuǎn)化為可被利用的形式，在20世紀(jì)初成為一項(xiàng)受到眾多科學(xué)家注目和關(guān)切的重大課題。德國(guó)化學(xué)家哈伯就是從事合成氨的工藝條件試驗(yàn)和理論研究的化學(xué)家之一,他終于在1913年實(shí)現(xiàn)了合成氨的工業(yè)生產(chǎn)，滿足了20世紀(jì)人口由30億增至60億對(duì)糧食的需求，因此人們贊揚(yáng)哈伯是“用空氣制造面包的圣人”。

利用氮、氫為原料合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)曾是一個(gè)較難的課題，從第一次實(shí)驗(yàn)室研制到工業(yè)化投產(chǎn)，約經(jīng)歷了150年的時(shí)間。化學(xué)反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)看起來(lái)十分的簡(jiǎn)單，為什么合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)會(huì)經(jīng)歷如此漫長(zhǎng)的過(guò)程？合成氨工廠為什么需要那么龐大而復(fù)雜的生產(chǎn)設(shè)備和特殊的生產(chǎn)條件？要實(shí)現(xiàn)合成氨的工業(yè)化生產(chǎn)，必須從化學(xué)熱力學(xué)和化學(xué)動(dòng)力學(xué)兩個(gè)方面選擇合成氨的反應(yīng)條件化學(xué)反應(yīng)的方向化學(xué)反應(yīng)的限度化學(xué)反應(yīng)的速率合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行怎樣能促使化學(xué)平衡向合成氨方向移動(dòng)怎樣能提高合成氨反應(yīng)速率適宜的合成氨條件工藝流程化學(xué)工藝學(xué)高壓對(duì)設(shè)備材質(zhì)、加工制造的要求、溫度的催化劑活性的影響等合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)：①可逆反應(yīng)③正反應(yīng)氣體體積縮小④正反應(yīng)是放熱反應(yīng)②熵減小的反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)⊿H

＝-92.4kJ/mol(1體積)(3體積)(2體積)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)31.457.579.892.698.81×108Pa23.142.265.284.295.46×107Pa9.119.138.264.286.42×107Pa4.510.625.152.081.51×107Pa13.826.447.071.089.93×107Pa0.050.10.42.215.31×105Pa4000C6000C5000C3000C

2000C壓強(qiáng)氨含量溫度討論：能否用過(guò)量氮?dú)馓岣邭錃廪D(zhuǎn)化率？工業(yè)合成氨是否采用此方法？1:11:21:31:41:51:60.60.50.40.30.20.1NH3%N2:H2

使氨生產(chǎn)快（速率分析）使氨生成多(平衡分析）

壓強(qiáng)

溫度

催化劑高壓高溫使用高壓低溫不影響選擇適宜生產(chǎn)條件的原則：(1)既要注意外界條件對(duì)二者影響一致性,又要注意對(duì)二者影響的矛盾性。(2)既要注意溫度、催化劑對(duì)速率影響的一致性,又要注意催化劑的活性對(duì)溫度的限制。(3)既要注意理論上的需要,又要注意實(shí)際可能性。適宜條件:(速率較快,轉(zhuǎn)化率適中催化劑活性最大)溫度:700K壓強(qiáng):2×10～5×10Pa（200～500atm）77(有利于氨的合成,對(duì)動(dòng)力、材料強(qiáng)度、設(shè)備制造要求適中)催化劑：鐵觸媒(以鐵為主體的多成分催化劑)

使反應(yīng)物在較低溫度下較快的進(jìn)行反應(yīng)。濃度：將生成的氨及時(shí)從混合氣中分離出來(lái)，且向循環(huán)氣中不斷補(bǔ)充N2、H2（1:2.8)。例1、能使合成氨反應(yīng)進(jìn)行程度增大的方法是（）A、升高溫度B、降低壓強(qiáng)C、使用催化劑D、及時(shí)分離出氨氣 D例2、一定溫度下，向一個(gè)容積為2升的事先加入催化劑的真空密閉容器中通入1molN2和3molH2，3min后測(cè)得容器的壓強(qiáng)是起始?jí)簭?qiáng)的0.9倍，在此時(shí)間內(nèi)，用H2的量的變化來(lái)表示該反應(yīng)的平均速率是（）A、0.2mol.L-1.min-1B、0.6mol.L-1.min-1

C、0.1mol.L-1.min-1D、0.3mol.L-1.min-1

C二、合成氨工業(yè)簡(jiǎn)述：1、主要流程：原料氣制取凈化壓縮合成分離液氨2、原料氣制?。嚎諝鈮嚎s碳液態(tài)空氣N2(先逸出)物理方法蒸發(fā)CO2(+N2)N2化學(xué)方法

分離出CO2制氮?dú)?（造氣）（凈化）（合成氨）制氫氣:水蒸氣CO+H2CO2+H2H2

熾熱碳H2O(氣)分離出CO2

C(S)+H2O(g)CO(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)我國(guó)合成氨工業(yè)的發(fā)展情況：

解放前我國(guó)只有兩家規(guī)模不大的合成氨廠；

1949年全國(guó)氮肥產(chǎn)量?jī)H0.6萬(wàn)噸；

1982年達(dá)到1021.9萬(wàn)噸，成為世界上產(chǎn)量最高的國(guó)家之一。1．在合成氨工業(yè)中，為增加NH3的日產(chǎn)量，下列變化過(guò)程不能使平衡向右移動(dòng)的是（

）（A）不斷將NH3分離出來(lái)（B）使用催化劑（C）采用700K左右的高溫（D）采用2×107～5×107Pa的壓強(qiáng)練一練：BC2、合成氨所需的H2可由煤和水蒸氣反應(yīng)而制得，其中一步的反應(yīng)為：CO(g)+H2O（g）

CO2(g)+H2(g)（正反應(yīng)放熱），下列措施中，能提高CO轉(zhuǎn)化率的是（）A、增大壓強(qiáng)B、降低溫度C、增大水蒸氣濃度D、增大CO濃度練一練：BC3、在合成氨反應(yīng)中，入口氣體體積比N2:H2:NH3為6:18:1，出口氣體體積比為9:27:8，則H2的轉(zhuǎn)化率為_(kāi)_______。25%

N2+3H22NH3起始6181變化X3X2X6-X:1+2X=9:8X=1.5H2轉(zhuǎn)化率=×100%=25%1.5×318練一練：4、在合成氨時(shí)，可以提高H2轉(zhuǎn)化率的措施是（）(A)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間(B)充入過(guò)量H2(C)充入過(guò)量N2(D)升高溫度C5、關(guān)于氨的合成工業(yè)的下列說(shuō)法正確的是（）(A)從合成塔出來(lái)的氣體，其中氨一般占15%，所以生產(chǎn)氨的工業(yè)的效率都很低(B)由于NH3易液化，N2、H2可循環(huán)使用，則總的說(shuō)來(lái)氨的產(chǎn)率很高(C)合成氨工業(yè)的反應(yīng)溫度控制在500℃左右，目的是使平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行(D)合成氨工業(yè)采用20

MPa----50MPa，是因該條件下催化劑的活性最好B6、在一定條件下，將N2和H2的混和氣體通入固定容積的密閉容器中進(jìn)行合成氨反應(yīng)：N2+3H22NH3(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))下列圖像表示正確的是：

（）AC(A)(B)(C)(D)7.下列反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，哪種條件下生成物的含量最高：X2(g)+2Y2(g)

X2Y4(g)

（正反應(yīng)為放熱反應(yīng)）()A.高溫高壓B.低溫低壓C.高溫低壓D.高壓低溫D8.對(duì)于反應(yīng):2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)下列判斷正確的是()A.2體積SO2和足量O2反應(yīng),必定生成2體積SO3B.其他條件不變,增大壓強(qiáng),平衡向右移動(dòng)C.平衡時(shí),SO2消耗速率必定等于O2的生成速率的兩倍D.平衡時(shí),SO2濃度必定等于O2濃度的兩倍.BC9.在一定條件下,合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡后,混合氣體中NH3的體積占25%,若反應(yīng)前后條件保持不變,則反應(yīng)后縮小的氣體體積與原反應(yīng)物體積的之比是()ABCDA下課了，同學(xué)們?cè)僖?jiàn)！;/熔煉爐svc70svt鄉(xiāng)人永銘記，造福鄉(xiāng)人永銘記！若我丹心感動(dòng)天，多磨難，佑我爹爹尚活在人間；若我丹心感動(dòng)天，再艱辛，佑我兄妹創(chuàng)業(yè)有明天；若我丹心感動(dòng)天，十年后，佑我父子殊途同日歸家園；若我丹心感動(dòng)天，待他日，佑我爹爹的夢(mèng)想早日?qǐng)A！演唱到這里，耿正兄妹三人的情感，已經(jīng)不知不覺(jué)地完全融入到了詞曲之中：往日與爹爹在一起的開(kāi)心、快樂(lè)、艱辛與磨難；失去爹爹后的痛苦、掙扎，思念和奮發(fā)全都交織在了一起他們不知道自己身在演唱臺(tái)上，看不見(jiàn)眼前的眾人，忘記了賭約酒店內(nèi)外的眾人也忘記了鼓掌與喝彩，一起隨著他們的感動(dòng)而感動(dòng)，隨著他們的悲傷而悲傷！已經(jīng)忘記一切的耿正，隨著自己心中悲喜情懷的迸發(fā)，興手拉出的樂(lè)曲更加激昂！耿直奮力敲擊的竹板聲更加響亮，耿英演唱的歌聲更加高亢蕩氣回腸一曲唱，只為銘志告蒼天；只要三寸氣還在，我兄妹三人哪，不實(shí)現(xiàn)遺愿誓不甘，不實(shí)現(xiàn)遺愿我們誓不甘！我們告蒼天啊，告大地，各位仁人賢士啊，請(qǐng)聽(tīng)我言：景德鎮(zhèn)胸襟開(kāi)闊海納四方人，讓我們一起共創(chuàng)瓷都更繁榮，讓我們共創(chuàng)瓷都啊，更繁榮！激昂的二胡聲、有力的竹板聲、噴發(fā)的演唱聲，在同一時(shí)刻戛然而止！大廳內(nèi)外一片寂靜，所有的人鴉雀無(wú)聲，完全沉寂其中少頃，那位在當(dāng)?shù)靥貏e德高望重的，作為證人的老先生首先激動(dòng)地站起來(lái)，眼含熱淚大聲叫好并拼命鼓掌！沉醉的眾人終于被驚醒了，雷鳴一般的掌聲和歡呼聲經(jīng)久不息耿正兄妹三人一起走上前臺(tái)，并排向全場(chǎng)深深鞠躬更響亮的掌聲和歡呼聲一浪剛落，一浪又起闊佬及其狐朋狗友們的囂張氣焰徹底熄滅了！良久，掌聲和歡呼聲終于漸漸平息了。酒店老板眼含熱淚走上演唱臺(tái)，對(duì)耿正兄妹三人深深鞠躬，激動(dòng)得有點(diǎn)兒語(yǔ)無(wú)倫次：“謝，謝了，多，多謝，謝謝你們??！你們挽救了酒店，也給我上了一課。我代表酒店里所有的伙計(jì)們謝謝你們，謝謝你們啦！”說(shuō)完了，再次連連鞠躬。耿正兄妹三人趕快還禮。耿正說(shuō)：“也謝謝您，謝謝那位老先生，謝謝在場(chǎng)的各位！我們都上了一課，我們都上了一課??！”再看看那個(gè)適才