化学：《化学平衡》（补充：合成氨条件的选择）：课件八（16张PPT）（人教版选修4）

欢迎进入化学课堂 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 3H22NH3 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 3H22NH3 放热反应 1 压强怎么选 分析 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 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 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 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 N2H2 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 1molC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 3H22NH3 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 人工固氮 化学固氮 成本高 转化率低 效率低 生物固氮 根瘤菌 常温常压 成本低 转化率高 新型催化剂催化合成 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 A B C D D 4 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 AB 4 答案 1 有机酸与OH 中和 使平衡向脱矿方向移动 2 F Ca5 PO4 3OHCa5 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 B 6 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 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全