化学反应条件的优化――工业合成氨 鲁科版(课件PPT).ppt 41页

'第4节　化学反应条件的优化——工业合成氨 1．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知识选择合成氨的条件。3．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。 一、合成氨反应的限度(1)自发性：常温下能自发进行。(2)可逆性：反应为可逆反应。(3)体积变化：正反应是气体体积的反应。(4)焓变：。减小ΔH<0 2．合成氨反应的限度(1)温度、压强将有利于化学平衡向生成氨的方向移动。(2)在一定温度、压强下，反应物氮气、氢气的体积比为时平衡混合物中氨的含量最高。降低增大1∶3 [开放探究]　1.合成氨工业生产中，为什么采用N2和H2物质的量之比为1∶2.8的投料比？提示：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，即N2和H2物质的量之比为1∶2.8时更能加快合成氨反应的进行。 二、合成氨反应的速率 三、合成氨的适宜条件1．合成氨反应条件的选择原则(1)尽量增大反应物的，充分利用原料；(2)选择较快的，提高单位时间内的产量；(3)考虑设备和技术条件。转化率反应速率 2．合成氨反应的适宜条件(1)压强①适宜条件②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。 (2)温度①适宜条件：左右②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。(3)催化剂①适宜条件：以为主的多成分催化剂，又称。②理论依据：加快反应速率。700K铁触媒铁 (4)浓度①适宜条件：氮气和氢气按分压比混合。②理论依据：适当提高氮气的分压，来提高氢气的转化率。(5)其他为了提高原料的，未反应的氮气和氢气。1∶2.8利用率循环使用 [开放探究]　2.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？提示：合成氨反应中，如果让N2和H2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合成气进行循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度，有利于合成氨反应的进行。 1．合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义，原合成氨需要20MPa、700K，用铁做催化剂，最近美国俄勒冈大学的化学家使用了一种名为transFe(DMeOPrPE)2的催化剂，常温下用N2和H2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B．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D．加压不利于新法合成氨 答案：B 2．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(　　)A．低温、高压、催化剂B．低温、低压、催化剂C．高温、高压、催化剂D．适当温度、低压、催化剂解析：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。答案：C 3．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(　　)A．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，而压强无此作用 解析：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，必然缩短了反应达到平衡所用的时间。答案：C 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；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。 (1)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、将游离的N2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。 (1)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______________________________。(2)实际生产中，选定400～500℃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___________________________________________。(4)在生产中，通入过量空气的目的是________________。(5)尾气中有SO2必须回收是为了___________________。 思路点拨：解答本题注意以下两点：(1)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况有机结合起来。 从提高反应速率考虑，合成SO3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SO3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性方面综合考虑，选择最适宜条件。 答案：(1)常压、450℃、催化剂(2)在此温度下催化剂的活性最高(3)在常压下SO2的转化率就已经很高了(97.5%)，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，得不偿失(4)增大反应物O2的浓度，提高SO2的转化率(5)防止污染环境 解析：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、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，才有利于Z的生成。答案：A 1．(2011·龙岩高二质检)合成氨工业中，常加热到700K左右的温度，理由是(　　)①适当提高合成氨的反应速率　②提高氢气转化率　③提高氨的产率　④催化剂在700K时活性最大A．①　　　　　　　　B．①②C．②③④D．①④ 解析：温度对合成反应的限度和速率的影响不一致，一般采用700K左右的温度，主要是因为催化剂在700K时活性最大。答案：D 2．(2011·徐州高二质检)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： 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B．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D．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答案：B 3．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B．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D．及时分离从合成塔中出来的混合气，有利于合成氨解析：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，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。答案：C 4．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(　　)A．研制耐高压的合成塔B．采用超大规模的工业生产C．研制耐低温复合催化剂D．探索不用H2和N2合成氨的新途径解析：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。答案：C 解析：(1)醋酸二氨合铜吸收CO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CO的方向移动，故应采用低温、高压作为生产条件。(2)放出CO的反应应采用高温、低压作为生产条件。答案：(1)低温、高压(2)高温、低压 练考题、验能力、轻巧夺冠 4、教学必须从学习者已有的经验开始。——杜威5、构成我们学习最大障碍的是已知的东西，而不是未知的东西。——贝尔纳6、学习要注意到细处，不是粗枝大叶的，这样可以逐步学习摸索，找到客观规律。——徐特立7、学习文学而懒于记诵是不成的，特别是诗。一个高中文科的学生，与其囫囵吞枣或走马观花地读十部诗集，不如仔仔细细地背诵三百首诗。——朱自清8、一般青年的任务，尤其是共产主义青年团及其他一切组织的任务，可以用一句话来表示，就是要学习。——列宁9、学习和研究好比爬梯子，要一步一步地往上爬，企图一脚跨上四五步，平地登天，那就必须会摔跤了。——华罗庚10、儿童的心灵是敏感的，它是为着接受一切好的东西而敞开的。如果教师诱导儿童学习好榜样，鼓励仿效一切好的行为，那末，儿童身上的所有缺点就会没有痛苦和创伤地不觉得难受地逐渐消失。——苏霍姆林斯基11、学会学习的人，是非常幸福的人。——米南德12、你们要学习思考，然后再来写作。——布瓦罗14、许多年轻人在学习音乐时学会了爱。——莱杰15、学习是劳动，是充满思想的劳动。——乌申斯基16、我们一定要给自己提出这样的任务：第一，学习，第二是学习，第三还是学习。——列宁17、学习的敌人是自己的满足，要认真学习一点东西，必须从不自满开始。对自己，“学而不厌”，对人家，“诲人不倦”，我们应取这种态度。——毛泽东18、只要愿意学习，就一定能够学会。——列宁19、如果学生在学校里学习的结果是使自己什么也不会创造，那他的一生永远是模仿和抄袭。——列夫·托尔斯泰20、对所学知识内容的兴趣可能成为学习动机。——赞科夫21、游手好闲地学习，并不比学习游手好闲好。——约翰·贝勒斯22、读史使人明智，读诗使人灵秀，数学使人周密，自然哲学使人精邃，伦理学使人庄重，逻辑学使人善辩。——培根23、我们在我们的劳动过程中学习思考，劳动的结果，我们认识了世界的奥妙，于是我们就真正来改变生活了。——高尔基24、我们要振作精神，下苦功学习。下苦功，三个字，一个叫下，一个叫苦，一个叫功，一定要振作精神，下苦功。——毛泽东25、我学习了一生，现在我还在学习，而将来，只要我还有精力，我还要学习下去。——别林斯基13、在寻求真理的长河中，唯有学习，不断地学习，勤奋地学习，有创造性地学习，才能越重山跨峻岭。——华罗庚52、若不给自己设限，则人生中就没有限制你发挥的藩篱。53、希望是厄运的忠实的姐妹。54、辛勤的蜜蜂永没有时间悲哀。55、领导的速度决定团队的效率。56、成功与不成功之间有时距离很短只要后者再向前几步。57、任何的限制，都是从自己的内心开始的。58、伟人所达到并保持着的高处，并不是一飞就到的，而是他们在同伴誉就很难挽回。59、不要说你不会做！你是个人你就会做！60、生活本没有导演，但我们每个人都像演员一样，为了合乎剧情而认真地表演着。61、所谓英雄，其实是指那些无论在什么环境下都能够生存下去的人。62、一切的一切，都是自己咎由自取。原来爱的太深，心有坠落的感觉。63、命运不是一个机遇的问题，而是一个选择问题；它不是我们要等待的东西，而是我们要实现的东西。64、每一个发奋努力的背后，必有加倍的赏赐。65、再冷的石头，坐上三年也会暖。66、淡了，散了，累了，原来的那个你呢？67、我们的目的是什么？是胜利！不惜一切代价争取胜利！68、一遇挫折就灰心丧气的人，永远是个失败者。而一向努力奋斗，坚韧不拔的人会走向成功。69、在真实的生命里，每桩伟业都由信心开始，并由信心跨出第一步。70、平凡的脚步也可以走完伟大的行程。71、胜利，是属于最坚韧的人。72、因害怕失败而不敢放手一搏，永远不会成功。73、只要路是对的，就不怕路远。74、驾驭命运的舵是奋斗。不抱有一丝幻想，不放弃一点机会，不停止一日努力。3、上帝助自助者。24、凡事要三思，但比三思更重要的是三思而行。25、如果你希望成功，以恒心为良友，以经验为参谋，以小心为兄弟，以希望为哨兵。26、没有退路的时候，正是潜力发挥最大的时候。27、没有糟糕的事情，只有糟糕的心情。28、不为外撼，不以物移，而后可以任天下之大事。29、打开你的手机，收到我的祝福，忘掉所有烦恼，你会幸福每秒，对着镜子笑笑，从此开心到老，想想明天美好，相信自己最好。30、不屈不挠的奋斗是取得胜利的唯一道路。31、生活中若没有朋友，就像生活中没有阳光一样。32、任何业绩的质变，都来自于量变的积累。33、空想会想出很多绝妙的主意，但却办不成任何事情。34、不大可能的事也许今天实现，根本不可能的事也许明天会实现。35、再长的路，一步步也能走完，再短的路，不迈开双脚也无法到达。'