第24讲化学平衡的移动合成氨工业
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1、第1页 共 55 页第第24讲讲 化学平衡的移动化学平衡的移动 合成氨工业合成氨工业第2页 共 55 页自主复习自主复习 夯实基础夯实基础考纲要求考纲要求第3页 共 55 页1.理解勒夏特列原理的含义理解勒夏特列原理的含义 理解浓度理解浓度 温度温度 压强等条件压强等条件对化学平衡移动的影响对化学平衡移动的影响 2.以合成氨工业为例以合成氨工业为例,用化学反应速率和化学平衡的观点理解用化学反应速率和化学平衡的观点理解工业生产的条件工业生产的条件 第4页 共 55 页教材回扣教材回扣第5页 共 55 页一一 化学平衡的移动化学平衡的移动1.概念概念:可逆反应中旧化学平衡的破坏可逆反应中旧化学平衡
2、的破坏 新化学平衡的建立新化学平衡的建立过过程程 2.移动过程移动过程第6页 共 55 页3.化学平衡移动与反应速率的关系化学平衡移动与反应速率的关系(1)v正正v逆逆:平衡平衡向正反应方向向正反应方向移动移动 (2)v正正=v逆逆:平衡平衡不不移动移动 (3)v正正v逆逆:平衡向平衡向逆反应方向逆反应方向移动移动 第7页 共 55 页二二 影响化学平衡的条件影响化学平衡的条件1.浓度浓度其他条件保持不变时其他条件保持不变时,增大反应物浓度或减小生成物浓度增大反应物浓度或减小生成物浓度,平平衡向正反应方向移动衡向正反应方向移动;减小反应物浓度或增大生成物浓度减小反应物浓度或增大生成物浓度,平衡
3、向逆反应方向移动平衡向逆反应方向移动 注意注意:固体或纯液体固体或纯液体,改变其用量化学平衡不移动改变其用量化学平衡不移动 第8页 共 55 页2.压强压强(1)体积可变的反应体积可变的反应增大压强增大压强,平衡向平衡向气体体积缩小气体体积缩小的方向移动的方向移动 减小压强减小压强,平衡向平衡向气体体积增大气体体积增大的方向移动的方向移动 (2)体积不变的反应体积不变的反应改变压强改变压强,化学平衡化学平衡不移动不移动 注意注意:对于无气体参加的可逆反应对于无气体参加的可逆反应,改变压强时化学平衡不移改变压强时化学平衡不移动动 第9页 共 55 页3.温度温度其他条件保持不变时其他条件保持不变
4、时,升温升温,平衡向平衡向吸热反应吸热反应方向移动方向移动;降温降温,平平衡向衡向放热反应放热反应方向移动方向移动 4.催化剂催化剂催化剂对化学平衡催化剂对化学平衡无影响无影响,但能但能改变反应到达平衡的时间改变反应到达平衡的时间 第10页 共 55 页三三 勒夏特列原理勒夏特列原理改变影响化学平衡的一个条件改变影响化学平衡的一个条件(如浓度如浓度 压强或温度等压强或温度等),平衡平衡就向能够就向能够减弱这种改变减弱这种改变的方向移动的方向移动 注意注意:平衡移动的结果是平衡移动的结果是“减弱减弱”这种改变这种改变,而不是而不是“消除消除”,归根到底是一种归根到底是一种“被动被动”的的“消弱消
5、弱”,而非而非“抵制抵制”,如给如给某平衡状态的可逆反应体系升温某平衡状态的可逆反应体系升温10 ,由于化学反应向吸由于化学反应向吸热方向进行的结果热方向进行的结果,使反应体系的最终温度大于使反应体系的最终温度大于t0而小于而小于t0+10 第11页 共 55 页四四 合成氨适宜条件的选择合成氨适宜条件的选择 可逆反应可逆反应:N2+3H22NH3+92.4 kJ 正反应为气体体积正反应为气体体积缩缩小小的的放热放热反应反应 1.温度温度:500 左右左右 从化学反应速率分析从化学反应速率分析:温度越温度越高高越好越好;从从反应平衡分析反应平衡分析:温度越温度越低低越好越好 综合考虑以综合考虑
6、以500 左右为左右为宜宜,而且在此温度下而且在此温度下催化剂活性最大催化剂活性最大 第12页 共 55 页2.压强压强:2107 Pa5107 Pa 无论从速率还是平衡考虑无论从速率还是平衡考虑,压压强越强越大大越有利于合成氨越有利于合成氨 但压强越大但压强越大,对设备的制造和材对设备的制造和材料的强度要求越高料的强度要求越高,以以2107 Pa5107 Pa为宜为宜 3.催化剂催化剂:加快反应速率但不影响平衡加快反应速率但不影响平衡,提高单位时间内氨的提高单位时间内氨的产量产量,目前工业上以目前工业上以铁触媒铁触媒为催化剂为催化剂 4.浓度浓度:从速率及平衡角度分析从速率及平衡角度分析,应
7、增大应增大氢气氢气和和氮气氮气浓度浓度,降低降低氨氨的浓度的浓度 第13页 共 55 页五五 合成氨工业简述合成氨工业简述1.原料气的制备原料气的制备 净化和压缩净化和压缩(1)N2来源于来源于空气空气:方法一方法一:空气液化法空气液化法;方法二方法二:用碳除氧法用碳除氧法 (2)H2来源于来源于水水和和燃料燃料:C+H2O(g)CO+H2;CO+H2O(g)CO2+H2 除去杂除去杂质后将质后将N2 H2混合气体用压缩机压缩至高压混合气体用压缩机压缩至高压 第14页 共 55 页2.氨的合成氨的合成:N2+3H2 2NH3 3.氨的分离氨的分离:通过通过冷凝器冷凝器将氨液化将氨液化,然后将氨
8、分离然后将氨分离,分离出的混分离出的混合气体经循环操作继续合成合气体经循环操作继续合成 催化剂高温高压第15页 共 55 页4.工业流程工业流程:第16页 共 55 页课堂互动课堂互动 热点突破热点突破热点考向热点考向第17页 共 55 页1.利用平衡移动原理判断平衡移动方向或解释生产利用平衡移动原理判断平衡移动方向或解释生产 生活中生活中的化学反应原理的化学反应原理 2.用图象表示外界条件对化学平衡的影响用图象表示外界条件对化学平衡的影响,或根据图象推测外或根据图象推测外界条件界条件,根据条件确定可逆反应中某一物质的转化率根据条件确定可逆反应中某一物质的转化率 消消耗量耗量 气体体积变化气体
9、体积变化 百分含量变化等百分含量变化等 3.合成氨条件的选择合成氨条件的选择 4.应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法 第18页 共 55 页热点探究热点探究热点热点1 化学平衡的移动以及影响化学平衡的因素化学平衡的移动以及影响化学平衡的因素第19页 共 55 页1.化学平衡的移动化学平衡的移动(1)移动过程表示移动过程表示(v正正=v逆逆) (v正正v逆逆) (v正正=v逆逆)各组分含各组分含量保持一定量保持一定 各组分含量各组分含量发生变化发生变化 各组分含量又保各组分含量又保持新的一定持新的一定 第20页 共 55 页(2)化学平衡移动的概念化
10、学平衡移动的概念达到平衡状态的反应达到平衡状态的反应,在条件改变后在条件改变后,平衡状态被破坏平衡状态被破坏,然后在然后在新的条件下达到新的平衡状态的过程新的条件下达到新的平衡状态的过程,叫平衡移动叫平衡移动 第21页 共 55 页2.影响化学平衡的条件及平衡移动原理影响化学平衡的条件及平衡移动原理(1)以一般反应以一般反应mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g);H=Q,为例来总结温度为例来总结温度 浓度浓度 压强和催化剂对反应速率以及化学压强和催化剂对反应速率以及化学平衡的影响及其规律如下表所示平衡的影响及其规律如下表所示:第22页 共 55 页外界条外界条件件措施措施正反应正反应速
11、率速率逆反应逆反应速率速率v正正 v逆逆的关系的关系平衡移平衡移动的情动的情况况温度温度升温升温增大增大增大增大Q0,v正正v逆逆向逆反向逆反应方向应方向移动移动降温降温减小减小减小减小Qv逆逆向正反向正反应方向应方向移动移动第23页 共 55 页浓浓度度增大反应物增大反应物浓度浓度增大增大增大增大v正正v逆逆向正反向正反应方向应方向移动移动减小生成物减小生成物浓度浓度减小减小减小减小v正正v逆逆增大生成物增大生成物浓度浓度增大增大增大增大v正正v逆逆向逆反向逆反应方向应方向移动移动减小反应物减小反应物浓度浓度减小减小减小减小v正正p+qv正正v逆逆向正反向正反应方向应方向移动移动降低压降低压
