合成氨工業(yè)中課件

化學反應速率

化學平衡移動原理

應用工業(yè)合成氨適宜條件的選擇-------德國化學家：哈伯弗里茨.哈泊：

德國物理化學家，出生于一個猶太富商家中。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)中的技術問題。1918年獲得諾貝爾化學獎。法國化學家勒夏特烈第一個試圖進行高壓合成氨的實驗，但是由于氮氫混和氣中混進了氧氣，引起了爆炸，他放棄了這一危險的實驗，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，使德國儲備了充足的物品，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4題研究背景：常溫常壓下，合成氨的反應進行得非常慢，幾乎不能覺察；達到平衡時，氨的產(chǎn)量還很低。也就是說：

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

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

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反應物濃度體系溫度---------合成氨工業(yè)中，采用：低溫好還是高溫好？

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

1.7a20a10a1.8a3.3a1.5a

500℃

300℃

400

℃

600℃

700℃平時衡間氨含量溫

度單位時間氨產(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反應物濃度催化劑的活性催化劑的中毒催化劑的價格餓（Os）釕（Ru）鉑（Pt）鐵（Fe）目前，合成氨工業(yè)中公認的最合適的催化劑鐵催化劑催化劑型號起燃溫度(℃)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催化劑體系溫度體系壓強反應物濃度體系壓強

-----------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(體積分數(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℃壓強氨含量溫

度V％

-----在合成氨工業(yè)中，增大體系的壓強：

既有利于加快反應速率，又有利于提高平衡混合物中氨氣的體積分數(shù)。100MPaH2N2NH3實驗資料記載：體系壓強過大

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

一定溫度下，壓強增大時氨的平衡含量是否一定顯著變化？

---目前，我國合成氨工中，采用的壓強：20MPa---50MPa10MPa不同條件下平衡混合氣中氨的含量(體積分數(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℃壓強氨含量溫

度％H2、N2合成

氨氣造氣水煤氣法制取H2凈化反應需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）在進入合成塔前常用醋酸二氨合銅（Ⅰ）溶液來吸收原料中的CO，其反應是：

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)過適當處理又可再生，恢復其吸收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？請分析下列問題：即時反饋2、Fenton法常用于處理含難降解有機物的工業(yè)廢水，通常是在調節(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?，F(xiàn)運用該方法降解有機污染物p-CP，探究有關因素對該降解反應速率的影響。[實驗設計]控制p-CP的初始濃度相同，恒定實驗溫度在298K或313K（其余實驗條件見下表），設計如下對比試驗。（1）請完成以下實驗設計表（表中不要留空格）。實驗編號實驗目的T/KPHc/10-3mol·L-1H2O2Fe2+①為以下實驗作參考29836.00.30②探究溫度對降解反應速率的影響③298106.00.3031336.00.30探究PH對降解反應速率的影響[數(shù)據(jù)處理]實驗測得p-CP的濃度隨時間變化的關系如右上圖。（2）請根據(jù)右上圖實驗①曲線，計算降解反應在50~150s內(nèi)的反應速率：（p-CP）=

mol·L-1·s-1[解釋與結論]（3）實驗①、②表明溫度升高，降解反應速率增大。但溫度過高時反而導致降解反應速率減小，請從Fenton法所用試劑H2O2的角度分析原因：

。（4）實驗③得出的結論是：PH等于10時，

。[思考與交流]（5）實驗時需在不同時間從反應器中取樣，并使所取樣品中的反應立即停止下來。根據(jù)上圖中的信息，給出一種迅速停止反應的方法：

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

催化效率的影響）：（1）在上述條件下反應能夠自發(fā)進行，則反應的

0（填寫“>”、“<”、“=”）（2）前2s內(nèi)的平均反應速率

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

。（4）假設在密閉容器中發(fā)生上述反應，達到平衡時下列措施能提高NO轉化率的是

。A．選用更有效的催化劑B．升高反應體系的溫度C．降低反應體系的溫度D．縮小容器的體積＜1.88×10-6mol/L·s5000BC（5）研究表明：在使用等質量催化劑時，增大催化劑比表面積可提高化學反應速率。為了分別驗證溫度、催化劑比表面積對化學反應速率的影響規(guī)律，某同學設計了三組實驗，部分實驗條件已經(jīng)填在下面實驗設計表中。實驗

編號T/℃NO起始濃度/mol/LC