理學合成氨條件的選擇

合成氨條件的選擇一、合成氨的適宜條件的選擇—化學反應(yīng)速率和化學平衡知識的運用

選擇適宜條件的依據(jù)、思路和方法：合成氨的反應(yīng)原理(方程式）：

N2+3H22NH3(放熱反應(yīng))

這是一個氣體總體積縮小的、放熱的可逆反應(yīng)。請思考這個反應(yīng)的特點？工業(yè)上合成氨，主要要考慮哪些因素？根據(jù)化學反應(yīng)速率的有關(guān)知識，思考：————————，——————，————————

，都可以使合成氨的化學反應(yīng)速率增大。增大壓強升高溫度使用催化劑

經(jīng)濟效益和社會效益：速度要快，原料的利用率要高，單位時間的產(chǎn)量要高。另外還要考慮生產(chǎn)中的消耗能源，原料，設(shè)備條件等因素。根據(jù)化學平衡的知識請思考：要增大平衡體系中氨的含量、增大原料的轉(zhuǎn)化率可以采用哪些方法？增大壓強，降低溫度，減小生成物的濃度都可以提高原料的轉(zhuǎn)化率。下面請綜合以上兩方面的因素，并結(jié)合實際情況討論實際生產(chǎn)中對壓強、溫度、濃度等條件的選擇。

N2+3H22NH3(放熱反應(yīng))1、壓強怎么選？

分析：①合成氨反應(yīng)是體積縮小的氣體反應(yīng)，增大壓強既可以增大反應(yīng)速率，又能提高平衡混合物中氨的含量，所以理論上壓強越大越好。②但是壓強越大，對設(shè)備的要求高、壓縮H2和N2所需要的動力大，因此壓強也不宜過高。綜合以上兩點，實際生產(chǎn)中壓強一般選擇在20MPa---50MPa之間。

2、溫度怎么選擇？①因為正反應(yīng)方向是放熱的反應(yīng)，所以降低溫度有利于提高平衡混合物中氨的含量。

②可是溫度越低，反應(yīng)速率越小，達到平衡所需要的時間越長，因此溫度也不宜太低。催化劑要在一定溫度下效果最好。綜合以上因素，實際生產(chǎn)中溫度一般選擇在500℃（主要考慮催化劑的活性）左右。

3、用不用催化劑？使用催化劑能否提高合成氨的轉(zhuǎn)化率？使用催化劑對反應(yīng)速率有何影響？實際生產(chǎn)中選用鐵為主體的多成分催化劑（鐵觸媒），它在500℃時活性較高。

4、濃度怎么定？H2和N2的比例怎么定？增大反應(yīng)物的濃度可以增大反應(yīng)速率，減小生成物的濃度可以使平衡正向移動。因此可以用保持一定的氮、氫濃度，減少氨氣的濃度的方法，提高合成氨的效率和產(chǎn)量。實際生產(chǎn)中的處理方法：及時將氣態(tài)氨冷卻液化而分離出去；及時補充氮氣和氫氣，使其保持一定的濃度。

舉例：在合成氨工業(yè)中，為增加氨氣的日產(chǎn)量，在實現(xiàn)此目的的過程中與平衡移動無關(guān)的是

（A）不斷將氨分離出來（B）使用催化劑（C）采用500℃的高溫（D）采用20-50Mp的壓強二、合成氨工業(yè)簡介：1、合成氨工業(yè)的流程原料氣的制取—凈化—壓縮—合成—分離

—液氨

N2

H22、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化學方法

分離出CO2制氮氣:制氫氣:天然氣CO+H2CO2+H2H2

H2O(氣)分離出CO2CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)H2O(氣)

3、氨的合成：（1）主要設(shè)備：合成塔（2）反應(yīng)原理：N2+3H22NH3高溫高壓催化劑

三、設(shè)想合成氨的發(fā)展前景參考：①生物中植物對氮的需求；②生物固氮的原理和條件；③理想的人工固氮條件。我國合成氨工業(yè)的發(fā)展情況：

解放前我國只有兩家規(guī)模不大的合成氨廠；

1949年全國氮肥產(chǎn)量僅0.6萬噸；

2000年達到3363.7萬噸，成為世界上產(chǎn)量最高的國家之一。擁有多種原料、不同流程的大、中、小合成氨廠1000多家.

例題：合成氨廠通過測定反應(yīng)前后混合氣體的密度來確定氨氣的轉(zhuǎn)化率。某工廠測得合成塔中N2、H2的混合氣體密度為0.553g/l（標況），從合成塔中出來的混合氣體在相同情況下密度為0.693g/l，求該合成氨廠氮氣的轉(zhuǎn)化率。解：合成塔中N2、H2混合氣體的平均相對分子質(zhì)量M=22.4ρ標=22.4×0.553=12.4設(shè)混合氣體中N2xmol則H2為(1—x)mol28x+2(1-x)=12.4則x=0.41-x=0.6即VN2/VH2=2:3設(shè)起始加了5V混合氣體根據(jù)ρ=m/v得出ρ1/ρ2=V2/V1

從合成塔出來的氣體的體積V2=4VN2+3H22NH3根據(jù)差量法可知氮氣轉(zhuǎn)化了0.5V則α（N2）=0.5V/2V=0.25即氮氣的轉(zhuǎn)化率為25%1．在合成氨工業(yè)中，為增加NH3的日產(chǎn)量，下列變化過程不能使平衡向右移動的是（

）（A）不斷將NH3分離出來（B）使用催化劑（C）采用700K左右的高溫（D）采用2×107～5×107Pa的壓強練一練：BC例題：能使合成氨反應(yīng)進行程度增大的方法是（）A、升高溫度B、降低壓強C、使用催化劑D、及時分離出氨氣 DD2、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B、降低溫度C、增大水蒸氣濃度D、增大CO濃度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________。25%H2轉(zhuǎn)化率=×100%=25%1.5×318

N2+3H22NH3起始6181變化X3X2X6-X:1+2X=9:8X=1.54、在合成氨時，可以提高H2轉(zhuǎn)化率的措施是（）(A)延長反應(yīng)時間(B)充入過量H2(C)充入過量N2(D)升高溫度C5、關(guān)于氨的合成工業(yè)的下列說法正確的是（）(A)從合成塔出來的氣體，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，則總的說來氨的產(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.下列反應(yīng)達到平衡時，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D7.對于反應(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,平衡向右移動C.平衡時,SO2消耗速率必定等于O2的生成速率的兩倍D.平衡時,SO2濃度必定等于O2濃度的兩倍.BC8.在一定條件下,合成氨反應(yīng)達到平衡后,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已知2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)△H＜0其