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1、化学平衡的应用化学平衡的应用工业上如何冶炼金属钾工业上如何冶炼金属钾?若电解,金属钾易溶于熔化的若电解,金属钾易溶于熔化的KCl中而难以中而难以分离。分离。一一.工业某些金属的冶炼工业某些金属的冶炼资料显示资料显示:有关数据如下:有关数据如下:熔点熔点()沸点沸点()Na97.8882.9K63.7774NaCl8011413KCl7701500升华升华该反应的原理该反应的原理?控制温度范围控制温度范围?Na+KClK+NaCl(g)774-882.9850Na+KClK(g)+NaCl勒沙特列原理勒沙特列原理(平衡移动原理平衡移动原理):如果改变任一影响平衡的一个条如果改变任一影响平衡的一个
2、条件(如浓度、温度、压强等),件(如浓度、温度、压强等),平衡就向能够削弱这种改变的方平衡就向能够削弱这种改变的方向移动。向移动。2RbCl+MgMgCl2+2Rb(气气)工业上真空炼铷工业上真空炼铷:加热加热工业生产主要考虑的问题?工业生产主要考虑的问题?经济效益经济效益基本要求:基本要求:二二.化工生产化工生产a.反应快反应快(反应速率问题反应速率问题)b.原料利用率高原料利用率高(平衡问题平衡问题)即:即:单位时间内产量高单位时间内产量高合成氨工业合成氨工业1.原理原理:特点:特点:a、可逆反应、可逆反应b、正反应放热、正反应放热c、正反应是气体体积减小的反应。、正反应是气体体积减小的反
3、应。N2+3H22NH3+92KJ高高 温温高压高压使使 用用高高 压压低温低温无影无影 响响N2+3H22NH3+92KJ(1)压强:压强:(2)温度:温度:(3)催化剂:催化剂:2050MPa500C左右左右铁触媒铁触媒压强越大,压强越大,NH3含量越高含量越高,但是需动力大但是需动力大,对设备对设备强度和制造要求高强度和制造要求高.温度越低温度越低,NH3含量越高含量越高,但反应速率减慢但反应速率减慢,达到平达到平衡时间长衡时间长;而此时催化剂活性最大而此时催化剂活性最大.加快反应速率加快反应速率,较快达到平衡较快达到平衡.适适宜宜条条件件23.113.89.14.50.05600C42
4、.226.4*19.1*10.60.1500C65.247.038.225.10.4400C84.271.064.252.02.2300C95.489.986.481.515.3200C00标准标准大气压大气压00标准标准大气压大气压00标准标准大气压大气压00标准标准大气压大气压100标准标准大气压大气压压强压强氨含量氨含量温度温度达到平衡时混合气中氨的含量(体积百分数)达到平衡时混合气中氨的含量(体积百分数)转化率不高转化率不高,如何处理如何处理?(1)压强:压强:(2)温度:温度:(3)催化剂:催化剂:2050MPa500C铁触媒铁触媒压强越大,压强越大,NH3含量越高含量越高,但是需动
5、力大但是需动力大,对设备对设备强度和制造要求高强度和制造要求高.温度越低温度越低,NH3含量越高含量越高,但反应速率减慢但反应速率减慢,达到平达到平衡时间长衡时间长;而此时催化剂活性最大而此时催化剂活性最大.加快反应速率加快反应速率,较快达到平衡较快达到平衡.适适宜宜条条件件(4)循环操作循环操作N2和和H2循环使用且不断补充循环使用且不断补充,及时分离生成的氨及时分离生成的氨,氢氮混和气水冷器循环压缩机合成氨简要流程示意图液氨液氨合合成成塔塔氨氨分分离离器器氨气为什么容易液化氨气为什么容易液化?合成氨的工业流程演示合成氨的工业流程演示N2、H2混混合气合气N2、H2混合气混合气N2、H2混合
6、气混合气N2、H2、液氨、混液氨、混合物合物合成塔合成塔氨氨分分离离器器NH3N2、H2液氨液氨压缩机氨气为什么容易液化氨气为什么容易液化?合成氨的未来发展方向合成氨的未来发展方向?常温催化剂常温催化剂原料气的制备成本降低原料气的制备成本降低生物固氮技术有望取得突破性进展,实现合生物固氮技术有望取得突破性进展,实现合成氨生产的革命性改变成氨生产的革命性改变.合成氨厂原料气的制备合成氨厂原料气的制备:N2:H2:水蒸气水蒸气燃料燃料高温高温H2+CO 催化剂催化剂水蒸气高温水蒸气高温H2+CO2除除CO2H2C+H2OCO+H2CO+H2OCO2+H2空气空气降温、降温、加压加压逐渐逐渐升温升温
7、-液态空气液态空气-N2N2、CO2焦碳焦碳或煤或煤除除CO2-N2-主要反应:主要反应:2SO2+O22SO3+196.6kJ接触法制硫酸接触法制硫酸实际应用条件:实际应用条件:400-500、常压、常压、V2O5催化剂催化剂对比合成氨的条件,该反应中为什么不采取对比合成氨的条件,该反应中为什么不采取加压的方法加压的方法?2SO2+O22SO3+196.6kJ不同不同温度、压强温度、压强下下SO2的平衡转化率的平衡转化率 151010040099.299.699.799.950093.596.997.899.360073.785.889.596.4压强压强atm转化转化率率%温度温度0C40
8、099.21该反应中,工业上使用过量的空气的原因该反应中,工业上使用过量的空气的原因?2SO2+O22SO3+196.6kJ合成氨工业生产中为什么不采用一种反应物过量合成氨工业生产中为什么不采用一种反应物过量?工业上常使价廉的原料过量来提高另一原料的工业上常使价廉的原料过量来提高另一原料的利用率利用率.空气过量能提高空气过量能提高SO2的转化率的转化率.而合成氨的而合成氨的N2、H2原料的制备成本相近,故按原料的制备成本相近,故按体积比体积比1 3配料配料.有些反应从表面上看不能进行有些反应从表面上看不能进行.如:如:(1)KClO4(固固)+H2SO4(浓浓)HClO4+KHSO4(2)KC
9、l+NaNO3KNO3+NaCl而实际生产中恰能制取带横线的物质。而实际生产中恰能制取带横线的物质。请用相关的化学原理解释。请用相关的化学原理解释。三三.其他应用其他应用为有效提高合成氨反应物的转化率,实为有效提高合成氨反应物的转化率,实际生产中宜采取的措施有际生产中宜采取的措施有A降低温度降低温度B采用最适合催化剂活性的适当高温采用最适合催化剂活性的适当高温C增大压强增大压强D降低压强降低压强E不断加入不断加入HCl将生成氨反应掉将生成氨反应掉F循环利用剩余的反应气循环利用剩余的反应气CF反应均是利用了控制适宜的温度这一原理反应均是利用了控制适宜的温度这一原理.其中其中反应反应(1)的温度达
10、到或略高于的温度达到或略高于HClO4沸点,沸点,而而H2SO4不挥发,不挥发,减小了体系中减小了体系中HClO4浓度,平浓度,平衡向正反应移动;衡向正反应移动;(2)利用了利用了KNO3的溶解度随的溶解度随温度降低而急剧减小,温度降低而急剧减小,NaCl的溶解度受温度影的溶解度受温度影响很小响很小.故将原料配成热的浓溶液后,在冰水或故将原料配成热的浓溶液后,在冰水或冷水浴中降温即有大量的冷水浴中降温即有大量的KNO3晶体析出晶体析出.)1、久置氯水的成分是什么、久置氯水的成分是什么?2、为什么氯气不溶于饱和食盐水?、为什么氯气不溶于饱和食盐水?3、加入、加入NaHCO3固体,固体,HClO变
11、化?变化?(已知:已知:酸性酸性:H2CO3HClOHCO3-)Cl2+H2OHCl+HClO达平衡达平衡下列现象可利用勒夏特列原理解释的有:下列现象可利用勒夏特列原理解释的有:1.CO2难溶于饱和的难溶于饱和的NaHCO3溶液溶液2.由由H2、I2(g)、HI组成的平衡体系,加组成的平衡体系,加压后颜色加深压后颜色加深3.加压可使加压可使CO2在水中溶解度增大在水中溶解度增大4.密闭、低温是保存氨水的必要条件密闭、低温是保存氨水的必要条件化学平衡移动原理(勒夏特列原理)化学平衡移动原理(勒夏特列原理)改变影响化学平衡的一个因素,平改变影响化学平衡的一个因素,平衡将向能减弱这种改变的方向移动。
12、衡将向能减弱这种改变的方向移动。“减弱减弱”的双重含的双重含义义定性角度:定性角度:平衡移动的方向为减弱外界平衡移动的方向为减弱外界改变的方向。改变的方向。定量角度:定量角度:移动的结果只是减弱了外界移动的结果只是减弱了外界条件的变化,而不能完全抵消外界条件条件的变化,而不能完全抵消外界条件的变化量。的变化量。三、三、合成氨工业的简要流程合成氨工业的简要流程原料原料气体气体净化净化液氨液氨分离分离合成合成压缩压缩N2、H2四、原料气的制取四、原料气的制取N2:方法:方法:液化空气(液化空气(N2先逸出)先逸出)方法方法:消耗空气中的:消耗空气中的O O2 2(例:(例:C+OC+O2 2=CO
13、=CO2 2,除去,除去 COCO2 2可得可得N N2 2)H2:水煤气法:水煤气法C+H2O(气)(气)CO+H2CO+H2O(气)(气)CO2+H2催化剂催化剂1.已知工业炼铷的反应是:已知工业炼铷的反应是:2RbCl+Mg=(熔融,可逆)(熔融,可逆)MgCl2+2Rb(g),此,此方法方法为为什么能实现?什么能实现?在碱金属中铷比钠活泼,当然比镁活泼,从在碱金属中铷比钠活泼,当然比镁活泼,从金属活动性顺序上显然不能解释,但转换角金属活动性顺序上显然不能解释,但转换角度,从化学平衡上分析,铷的沸点比镁低,度,从化学平衡上分析,铷的沸点比镁低,把铷蒸气抽出时,平衡右移,这样就实现了把铷蒸
14、气抽出时,平衡右移,这样就实现了工业真空炼铷!工业真空炼铷!a;气体分布更均匀阻力更小,更合理的合成塔内;气体分布更均匀阻力更小,更合理的合成塔内件。件。b;无毒、无害、吸收能力更强,再生能耗更低;无毒、无害、吸收能力更强,再生能耗更低的净化技术。的净化技术。c;用低压(;用低压(3.06.0兆帕)高活性的氨合成催兆帕)高活性的氨合成催化剂,实行等压合成。化剂,实行等压合成。d;合成回路增设变压吸收系统,即在接近合成;合成回路增设变压吸收系统,即在接近合成温度和压力的条件下,选择一种对氨比氢气、氮气温度和压力的条件下,选择一种对氨比氢气、氮气更具有吸附能力和更强选择性的吸附剂,实现一次更具有吸
15、附能力和更强选择性的吸附剂,实现一次循环即获得纯氨产品以及未反应氢、氮气再循环利循环即获得纯氨产品以及未反应氢、氮气再循环利用。用。:s*b2k6K9L*_2Be;建立合成氨装置的精确的数学模型,采用;建立合成氨装置的精确的数学模型,采用APC技术,如模型多变量预估控制和在线优化控制。技术,如模型多变量预估控制和在线优化控制。4YYb-bh,LB6Z/_:9?f;生物固氮技术有望取得突破性进展,实现合;生物固氮技术有望取得突破性进展,实现合成氨生产的革命性改变。成氨生产的革命性改变。;K1*U&n#Y6h+p反应中为什么不采取加压的方法反应中为什么不采取加压的方法?答:此反应在常压下已达到很高的转化答:此反应在常压下已达到很高的转化率率(450、1大气压时大气压时SO2的转化率高达的转化率高达97.5%,450、100大气压时大气压时SO2的转化率的转化率仅为仅为99.7%).故生产中不加压故生产中不加压.
限制150内