文档介绍：高考化学考点归类整理:合成氨条件的选择
,选择合成氨的适宜条件。
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工业上用N2和H2合成氨:
N2+3H2 2NH3+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)都会提高反应速率;
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——又称铁触媒。其活性温度为450℃~550℃,即温度应在450~550℃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 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。
(1)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2×107~5×107Pa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)
(2)适宜的温度:温度越低越有利于NH3的合成,为何还要选择5000C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。
(3)使用催化剂
(4)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:500℃左右
催化剂:铁触媒
蒸发
压缩
、净化
①制N2:
物理方法: 空气液态空气 N2
(去CO2)
燃烧
炭
化学方法: 空气 CO2+N2 N2
H2O
H2:
(去CO2)
赤热炭
水蒸气 CO+H2 CO2+H2 H2
反应方程式为:
△
催化剂
C+H2O(g)==== CO+H2;CO+H2O(g)==== CO2+H2
催化剂
注意:制得的N2、H2需要净化,清除杂质,以防止催化剂“中毒”。
△
化学反应:N2+3H2 2NH3 ; △H=-
(1)可逆反应; (2)正反应是放热反应; (3)正反应是气体体积缩小的反应。
在实际生产中,需要考虑反应速率、化学平衡、原料选择、产量和设备等多方面情况,以确定最佳的生产