【步步高】2014-2015学年高中化学 2.4《化学反应条件的优化——工业合成氨》2同课异构课件 鲁科版选修4

《化学反应条件的优化——工业合成氨》是高中化学课程中的一个重要部分，主要探讨了如何通过调整反应条件来最大化氨的产量和生产速率。合成氨的反应方程式为N2 + 3H2 → 2NH3，这是一个可逆反应，同时也是放热反应，反应前的气体体积大于反应后的体积，即反应物的气体分子数多于产物的气体分子数。 1. **合成氨反应的限度**：由于该反应是可逆反应，存在化学平衡状态。提高氨的生成量需要使平衡向正反应方向移动。根据勒夏特列原理，降低温度和增大压强均可以使平衡向生成氨的方向移动。N2和H2的浓度比例保持在1:3时，反应也更利于正向进行。 2. **合成氨反应的速率**：为了加快反应速率，可以提高温度、增加压强、增大反应物浓度以及使用催化剂。催化剂虽然不改变平衡位置，但能显著提高反应速率，使得氨生成更快。 3. **合成氨的适宜条件**：综合考虑平衡和速率，实际生产中选择了适当的高温（不是过低以维持足够的反应速率）和高压（既能促使平衡向生成氨方向移动，又能在技术上实现），并使用催化剂如铁触媒。温度过高会增加副反应，压强过高则会增加设备成本和安全风险。 4. **工业流程**：合成氨的工业生产通常包括造气、净化、合成氨和分离等步骤。首先通过造气得到N2和H2，然后净化以去除杂质，避免催化剂中毒。在合成过程中，气体按照一定比例（通常是3:1的H2与N2）反应，生成的氨经过分离后，未反应的N2和H2循环利用，以提高效率。 5. **现状及发展前景**：现代合成氨工业如永利碱厂，通常采用先进的技术和设备，以实现高效、环保的生产。例如，上海吴泾化工厂每年能生产大量氮肥，这表明合成氨技术在农业和其他领域的重要性。同时，随着科技进步，未来可能会有更多节能、减排的生产工艺出现。 6. **实际问题的应用**：对于类似的化学反应，如2SO2(g)+O2(g) → 2SO3(g)，选择450℃和常压作为适宜条件，因为在这个条件下，SO2的转化率已经相当高，而更高的压强虽然可以进一步提高转化率，但带来的动力需求和设备成本增加并不经济。 合成氨的过程是一个涉及化学平衡和反应速率优化的复杂工程，需要在技术、经济和环境因素之间找到最佳平衡。通过对合成氨条件的研究，不仅可以理解化学反应的基本原理，还能为实际工业生产提供指导。