1.復(fù)習(xí)重點
1.如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理,選擇合成氨的適宜條件。
2.了解應(yīng)用化學(xué)原理選擇化工生產(chǎn)條件的思路和方法。
2.難點聚焦
1.合成氨條件的選擇
工業(yè)上用N2和H2合成氨:
N2+3H2 2NH3+Q
從反應(yīng)速率和化學(xué)平衡兩方面看,選擇什么樣的操作條件才有利于提高生產(chǎn)效率和降低成本呢?
從速率看,溫度高、壓強(qiáng)大(即N2、H2濃度大)都會提高反應(yīng)速率;
從化學(xué)平衡看,溫度低、壓強(qiáng)大都有利于提高N2和H2的轉(zhuǎn)化率。
可見,壓強(qiáng)增大,從反應(yīng)速率和化學(xué)平衡看都是有利于合成氨的。但從生產(chǎn)實際考慮,壓強(qiáng)越大,需要的動力越大,對材料的強(qiáng)度和設(shè)備的制造要求越高,將使成本增大。故一般合成氨廠采用的壓強(qiáng)是20~50MPa帕斯卡。
而溫度升高,有利于反應(yīng)速率但不利于N2和H2的轉(zhuǎn)化率。
如何在較低的溫度下保持較大轉(zhuǎn)化率的情況下,盡可能加快反應(yīng)速率呢?選用合適的催化劑能達(dá)到這個目的。那么,較低的溫度是低到什么限度呢?不能低于所用催化劑的活性溫度。目前使用的催化劑是以鐵為主體的多成分催化劑——又稱鐵觸媒。其活性溫度為450℃~550℃,即溫度應(yīng)在450~550℃為宜。將來如制出活性溫度更低、活性也很在的新型催化劑時,合成氨使用的溫度當(dāng)然比現(xiàn)在要低,轉(zhuǎn)化率就能更高了。
選擇適宜的條件:根據(jù)N2+3H2 2NH3+Q這一反應(yīng)的特點,運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)速
率和化學(xué)平衡的理論來選擇適宜條件。該反應(yīng)為可逆、體積減小、正反應(yīng)為放熱等特點。
(1)適宜的壓強(qiáng):為何強(qiáng)調(diào)適宜?壓強(qiáng)越大、有利于NH3的合成,但太大,所需動力大,材料強(qiáng)度高,設(shè)備制造要求高,成本提高,選擇2×107~5×107Pa壓強(qiáng)。
思考:工業(yè)上生產(chǎn)H2SO4:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)為何不采用加壓方法?(因為在常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已達(dá)91%,不需要再加壓)
(2)適宜的溫度:溫度越低越有利于NH3的合成,為何還要選擇5000C高溫?因為溫度越低,反應(yīng)速率越小,達(dá)平衡時間長,單位時間產(chǎn)量低,另外5000C時,催化劑活性最大。
(3)使用催化劑
(4)及時分離出NH3,并不斷補(bǔ)充N2和H2(N2要過量,提高成本較高的H2轉(zhuǎn)化率)