合成氨条件的选择
[合成氨条件的选择]
(1)合成氨反应的特点:反应物、生成物均为气体且正反应是气体体积减小、放热的可逆反应.
N2(g) H2(g) 2NH3(g)
(2)选择适宜条件的目的:尽可能增大合成氨的反应速率,缩短到达平衡的时间,提高氨的产率.
(3)选择适宜条件的依据:外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的规律.
(4)选择适宜条件的原则:
①既要注意外界条件对二者(合成氨的反应速率和氨的产率)影响的一致性,又要注意对二者影响的矛盾性;
②既要注意温度、催化剂对反应速率影响的一致性,又要注意催化剂的活性对温度的限制;
③既要注意理论上生产的要求,又要注意实际操作的可能性.
(5)合成氨的适宜条件:
①温度为500℃左右;
②压强为20Mpa~50MPa;
③使用以铁为主体的多成分催化剂(称为铁触媒).
说明 ①选择合成氨温度为500℃的原因:a.温度高时,虽然能增大合成NH3的反应速率,但温度越高越会使平衡向逆反应方向移动,越不利于NH3的合成;温度低时,虽有利于平衡向合成NH3的方向移动,但反应速率太小,达到平衡所需的时间太长.b.铁触媒在500℃左右时活性最大.
②选择合成氨压强为20 MPa~50 MPa的原因:压强增大时,既能提高合成氨的反应速率,又能使平衡向合成氨的方向移动,但压强大时,对设备的要求和技术操作的要求就高,消耗的动力也大.
(6)在合成氨生产中同时采取的措施:
①将生成的氨及时从平衡混合气体中分离出去,未反应的N2、H2重新送回合成塔中进行循环操作,使平衡向合成氨的方向移动,以提高N2和H2的转化率.
②不断向循环气体中补充N2、H2,以提高反应物的浓度.
③加入过量的N2,使成本较高的H2得以充分利用.
[合成氨工业]
(1)原料:空气、焦炭(或天然气、石油)、水.
(2)有关的化学反应:
C H2O(g) CO H2
CO H2O(g) CO2 H2
N2(g) 3H2(g) 2NH3(g)
(3)设备:氨合成塔、氨分离器.
(4)工艺流程:N2、H2的制取→N2、H2的净化→压缩机中压缩 合成塔中合成→氨分离器中分离液氨(同时将未反应的N2、H2重新送回合成塔中)
[化学反应速率和化学平衡图像题的解答关键]
(1)弄清曲线的起点是否是从“0”点开始;弄清转折点和终点的位置.先出现转折点的曲线表示反应速率大、先达到平衡,该曲线对应的温度高或压强大;后出现转折点的曲线则表示反应速率小、后达到平衡,该曲线所对应的温度低或压强小;
(2)弄清曲线的变化是呈上升趋势还是下降趋势;
(3)弄清横坐标、纵坐标所代表的意义.