01[1].合成氨条件教案

第四节合成氨条件的选择目的要求：使学生理解如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件。使学生了解应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。教学过程一：合成氨条件的选择工业上用N2和H2合成氨：N2+3H22NH3+Q从反应速率和化学平衡两方面看，选择什么样的操作条件才有利于提高生产效率和降低成本呢？从速率看，温度高、压强大(即N2、H2浓度大)都会提咼反应速率；从化学平衡看，温度低、压强大都有利于提高N2和H2的转化率。可见，压强增大，从反应速率和化学平衡看都是有利于合成氨的。但从生产实际考虑，压强越大，需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，将使成本增大。故一般合成氨厂采用的压强是20~50MPa帕斯卡。而温度升高，有利于反应速率但不利于N2和H2的转化率。如何在较低的温度下保持较大转化率的情况下，尽可能加快反应速率呢？选用合适的催化剂能达到这个目的。那么，较低的温度是低到什么限度呢？不能低于所用催化剂的活性温度。目前使用的催化剂是以铁为主体的多成分催化剂一一又称铁触媒。其活性温度为450C~550C,即温度应在450~550C为宜。将来如制出活性温度更低、活性也很在的新型催化剂时，合成氨使用的温度当然比现在要低，转化率就能更高了。选择适宜的条件：根据N2+3H2二二2NH3+Q这一反应的特点，运用化学反应速率和化学平衡的理论来选择适宜条件。该反应为可逆、体积减小、正反应为放热等特点。适宜的压强：为何强调适宜？压强越大、有利于NH3的合成，但太大，所需动力大，材料强度高，设备制造要求高，成本提高，选择2X107~5x107Pa压强。思考：工业上生产H2SO4：2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g)为何不采用加压方法？(因为在常压下SO2的转化率已达91%，不需要再加压)适宜的温度：温度越低越有利于NH3的合成，为何还要选择500°C高温？因为温度越低，反应速率越小，达平衡时间长，单位时间产量低，另外5000C时，催化剂活性最大。使用催化剂及时分离出NH3,并不断补充N2和H2(N2要过量，提高成本较高的H2转化率)小结：合成氨的适宜条件：压强：20~50MPa帕斯卡温度：500C左右催化剂：铁触媒2、合成氨工业简述：合成氨工业主要是原料气中的氢气和氮气合成氨的过程。我们先从原料气谈起。原料气的制备、净化和压缩：|一是将空气液化，蒸发，使它分离为N2和。2N2：“二是将空气中的O2跟碳作用：C+。2=CO2,再除去CO2H2:将水蒸气通过赤热的煤层(或焦炭层)：在催化剂存在下:C+H20（气）CO+H2催化剂CO+H2O（气）CO2+H2A在制取原料气的过程中，常混有不同数量的其他杂质，而合成氨所需要的是纯净的N2和H2,所以必须将这些杂质除去，否则会使合成氨所用催化剂“中毒”，清除杂质的过程叫做原料气的净化。由于氨的合成是在高压下进行的，所以在氨的合成之前，还需要将N2、H2混合气体用压缩机压缩至高压。氨的合成:N2+3H22NH3+热在合成塔中进行N2、H2混合气体压缩机合成塔水冷器氨分离器循环压缩机循环气体(此图边讲边画)15%左右的氨。为了使氨从没有起反应的N2和H2使氨液化，然后在气体分离器里把液态氨分离出来，氨的分离：从合成塔里出来的混合气体通常含里分离出来，要把混合气体通过冷凝器,再送到合成塔里去，以便充分导入液氨贮罐。由气体分离器出来的气体，经过循环压缩机,利用原料。练习：一：选择题(每小题有1~2个正确答案)1、对于反应A2+3B尸二2AB3以下表示的反应速率中，速率最大的是-1-1-1A、VA=0.4mol•LminB、VB=0.8mol•LminC、vAB3-1=0.6mol•Lmin-1-1-1D、vA=0.01mol•L•S2、在2L密闭容器中，盛有2molX和2molY物质进行如下反应：X(s)+3Y(g)=Z(g)，当反应进行到10s后，测得生成0.5molZ，这期间的平均反应速率为-1-1-1A、vx=0.05mol•sB、vx=0.025mol•L•s-1-1-1-1C、vy=0.05mol•L•sD、vy=0.075mol•L•s3、现有三个体积相等的密闭容器中都进行如下反应：CO2+H2=CO+H2O(g)，反应所处的温度相同，但反应的起始浓度不同，其中甲：[H2]=[CO]=amol乙：[CO2]=amol[H2]=2amol丙[CO2]=[H2]=[H2O]=amol，达到平衡时，CO的浓度由大到小的顺序排列正确的是A、丙＞甲＞乙B、甲＞乙〉丙C、乙＞丙＞甲D、乙〉甲＞丙4、在一个固定体积的密闭容器中，放入mmol的A和nmol的B,发生如下反应：mA(g)+nB(g)二二PC(g)，平衡时C的浓度是wmol•L-1，若维持容器的体积不变，起始时放入amolA、bmolB和cmolC，要使平衡时C的浓度仍为wmol•L-1，贝Ua、b、c必须满足的条件是A、a:b:c=m:n:pmcpc,C、a=m和b=npnapB、a:b=m:n和亠c=pmmn钿_2pD、a=,c=和c=一3335、对处于化学平衡的体系，以化学平衡与化学反应速率的关系可知：A、化学反应速率变化时，化学平衡一定发生移动。B、化学平衡发生移动时、化学反应速率一定变化。C、正反应进行的程度大、正反应速率一定大。D、只有催化剂存在下，才会发生化学反应速率变化，而化学平衡不移动的情况。376、在PCl5(g)二PCl3(g)+Cl2(g)，达到平衡后，其它条件不变，向平衡体系中加入CI2,达到新平衡后，含37Cl的PCl3的物质的量与原平衡相比A、增大B、减小C、不变D、不能确定7、下列事实不能用勒沙特列原理说明的是A:往氢硫酸溶液中加入盐酸，[S2-]降低。B:温度不变时，敞口久置于空气中的饱和KN03溶液含有晶体析出。C:在合成氨的工业生产中，使用较高的温度有利于提高产量。D:在密闭容器中，水面上方的蒸气压强随温度升高而增大。&下列平衡：C2H2+H2C2H4”①2CH4.C2H4+2H2”②当降低温度时，①式向右移动，②式向左移动，试判断下列式中C+2H^^CH4+Q12C+H2^=C2H2+2Q22C+2H2二三C2H4+2Q3Q1、Q2、Q3的大小顺序为A、Q1>Q2>Q3B、Q1>Q3>Q29、在CuCl2水溶液中存在如下平衡：C、Q2>Q1>Q3、2+[Cu（H2O）4]+4Cl（蓝）D、Q2>Q3>Q1[CuCl4]+4H2O能使黄绿（绿）色CuCl2溶液向监色转化的操作是A、蒸发浓缩B、加水稀释C、加入AgNO3D、加入食盐晶体10、反应A(g)+xB(g)二二yC(g)，将A与B按体积比1:x混合反应当A的转化率是50%3时，反应前混合气体的密度是反应后混合气体密度的-(同温同压)，则x、y的值可能是4A、3，4B、3，2C、3，3D、1，111、在容积一定的密闭窗口中，反应A二B(g)+C(s)达平衡，若继续升高温度，容器内气体的密度增大，下列判断正确的是A、压强对该反应的平衡移动没有影响B、在平衡体系中加入C,混合气体平均分子量增大C、若正反应为吸热反应，则A为非气态D、若正反应为放热反应，则A为气态12、某温度下，反应H2(g)+l2(g)=2HI(g)+Q,在一带有活塞的密闭容器中达到平衡，下列说法不正确的是A、恒温压缩体积，平衡不移动，颜色加深B、恒压迅速充入HI，开始时正反应速率减小C、恒容，升温正反应速率减小D、恒容，充入H2,S的百分比含量降低二：填空01、tC在VL密闭容器中加入vmolN2和3vmolH2,当反应N2+3H2^2NH3达平衡时，混合气体中N2、H2、NH3分别为A、B、Cmol，仍在t°c,若只改变起始物的加入量，但要维持A、B、C值不变，则在N2、H2、NH3的加入量用X、Y、Z表示，应满足的条件是(1)若X=0，Y=0，则Z=若X=0.75vmol，贝UY=Z=2(2体积)H?(6体积)f//X、Y、Z应满足的一般条件，用X、Y、Z的方程式表示式是TOC\o"1-5"\h\z2、在一疋温度下，把2体积~(2体积)/7\N2和6体积H2通入一个带有活///亠—塞的容积可变的容器中，活塞的(6体积)