Водород, реакция с азотом, равновесие

Так, при увеличении концентрации водорода или азота равновесие реакции смещается вправо и соответственно возрастает концентрация аммиака, после чего вновь установится химическое равновесие при уменьшении же концентрации продукта реакции (аммиака) равновесие сдвигается в сторону обратной реакции и приводит к увеличению концентрации исходных веществ (водорода и азота). [c.42]

Задание. Как влияет температура на синтез аммиака нз водорода и азота (экзотермическая реакция) Как при этом изменяется константа равновесия [c.128]

Рис. 196. Зависимость состояния равновесия реакции синтеза аммиака для нестехиометрических смесей водорода и азота 500° от соотношения

Влияние температуры. Из приведенного уравнения видно, что соединение водорода с азотом сопровождается выделением, а распад аммиака на водород и азот — поглощением теплоты. В этом случае сообщение теплоты извне (повышение температуры) сдвигает равновесие влево — в сторону разложения аммиака, т. е. благоприятствует эндотермической реакции. Наоборот, охлаждение системы (понижение температуры) вызовет смещение равновесия вправо, в сторону образования аммиака, т. е. способствует экзотермической реакции. Следовательно, чем большим тепловым эффектом обладает данный процесс, тем сильнее смещается равновесие с изменением температуры. В про- [c.41]

Реакция азота с водородом — экзотермическая реакция. Следовательно, равновесие смещается в сторону образования аммиака при понижении температуры. Однако, как известно, реакция протекает с достаточной скоростью только при повышенной температуре. Не влияет ли изменение давления на равновесие этой реакции [c.42]

Из смеси стехиометрических количеств водорода и азота, заключенной в сосуд емкостью 0,001 при 400° С, образуется 0,0385 моль NH3. Вычислить константу равновесия Кс и Кр реакции [c.86]

Таким образом, равновесное содержание аммиака резко возрастает с давлением. Это имеет важное значение для промышленного получения аммиака из водорода и азота. При низких температурах порядка комнатной, константа равновесия синтеза аммиака велика и возможно близкое к количественному превращению азота и водорода в аммиак. Однако скорость реакции при такой температуре слишком низкая. При повышении же температуры в силу экзотермичности процесса константа равновесия падает до очень низких значений. Как показывает приведенный расчет, поскольку реакция идет с уменьшением числа частиц, можно даже при столь малой константе равновесия, как то имеет место при 500°С, получить значительное содержание аммиака в равновесной смеси, повышая давление в реакторе. Это и используется на практике — реакцию проводят при повышенных давлениях. [c.225]

Поэтому предъявляемое к эксперименту требование состоит в том, что необходимо одновременно определить скорость реакции синтеза аммиака и скорости обеих реакций обмена. С этой целью очищенный исходный син-тез-газ (смесь 3 частей водорода и 1 части азота) доводится примерно до состояния равновесия путем пропускания его через содержащий катализатор реактор при температуре более высокой, чем та, при которой изучается реакция синтеза аммиака. После этого стехиометрическая смесь водорода с азотом, обогащенным изотопом, вводится в исходный синтез-газ, находящийся теперь в состоянии, близком к химическому равновесию, но далеком от изотопного равновесия. Далее эта смесь пропускается сначала через реактор, содержащий небольшое количество катализатора (причем определяются скорость синтеза и скорость первой реакции обмена), а затем — через реактор, содержащий гораздо большее количество катализаторов, благодаря чему оказывается возможным определить скорость более медленной второй реакции обмена. Скорость химической реакции определяется путем химической оценки количества аммиака, содержащегося в газе, отходящем из первого реактора, тогда как скорости обеих реакций обмена определяются с помощью масс-спектрометрического анализа газа, отходящего из каждого реактора. В результате проведения таких экспериментов Марс и сотр. [146] установили, что стехиометрическое число равно единице, и тем самым подтвердили высказанное ранее мнение, что хемосорбция азота является скорость-определяющей стадией реакции синтеза аммиака. [c.365]

Влияние давления (в случае газовых реакций) на смещение равновесия будет рассмотрено позже (см. синтез аммиака из водорода и азота). [c.69]

Из смеси, содержащей 1 моль азота и 3 моль водорода, в состоянии равновесия при давлении 10,13-10 Па образуется 0,5 моль аммиака. Вычислитель Кр для реакции [c.72]

Для этой реакции равновесие сдвигается вправо выше 1000° С и то только потому, что реакция идет с громадным увеличением числа газообразных молекул, т. е. со значительным ростом энтропии. Кроме того, на рис. 156 видно, что последовательные ступени окисления при присоединении кислорода к фосфору отвечают большим экзо-эффектам, чем последовательные ступени восстановления при присоединении водорода. У азота видно обратное соотношение он более способен к восстановлению, чем к окислению. В этом весьма принципиальном смысле фосфор более сходен с углеродом, чем с азотом. [c.285]

Если увеличить концентрацию Нг или N2, т. е. ввести в реакционную смесь дополнительные количества водорода или азота, то равновесие смещается в сторону прямой реакции (вправо), так как при протекании этой реакции концентрации Нз и N2 уменьшаются [c.149]

При составлении исходной реакционной смеси следует учесть, что водород — более ценный реагент, чем содержащийся в воздухе азот. Поэтому выгоднее реакционную смесь обогатить азотом, т. е. увеличить его мольную долю в реакционной смеси по сравнению с 25%, необходимыми по стехиометрическому уравнению. Это повысит коэффициент использования водорода при достижении равновесия. Увеличение а в уравнении константы вызовет увеличение т. е, вырастет степень превращения водорода /Ь. Постоянный отвод аммиака из зоны реакции, например путем растворения его в воде (уменьшение с), также резко повысит его выход Наконец, разбавление смеси инертным газом, например аргоном, при том же общем давлении добавит еще один член в сумму молей равновесной смеси а + Ъ + с - 2 , что уменьшит выход аммиака, т. е. сыграет роль, противоположную росту давления. Количественные закономерности могут быть получены при подробном анализе уравнения константы равновесия. [c.426]

Если уменьшить концентрацию Нг или N2, т. е. вывести из реакционной смеси некоторое количество водорода или азота, то химическое равновесие смещается в сторону обратной реакции (влево), так как при протекании этой реакции концентрации Нг и N2 увеличиваются [c.149]

В промышленности аммиак синтезируют из простых веществ Нг и N2. Реакция азота с водородом экзотермическая, она протекает с выделением теплоты. Поэтому для смещения равновесия в обратимой системе (см. 1.9) необходимо снижать температуру. Такое снижение допустимо до 450°С, при более низкой температуре скорость реакции очень мала. Равновесие в системе смещается в сторону образования аммиака прн увеличении давления, поэтому процесс проводят при давлении около 30 МПа. Для увеличения скорости реакции в производстве аммиака используют катализаторы — железо с добавками оксидов алюминия и калия. [c.149]

Реакция является экзотермической — протекает с выделением тепла, поэтому этот процесс надо проводить при возможно более низкой температуре. Однако при низких температурах реакционные способности водорода и азота очень низки. Поэтому процесс проводят при некоторой оптимальной температуре и обязательно в присутствии катализатора. Катализатор не влияет, на смещение положения равновесия, так как увеличивает скорости как прямой, так и обратной реакций. Он сокращает время достижения равновесия. [c.30]

Вычислить константу равновесия реакции N2 + ЗН2 2N ]я, если при некоторых температуре и давленнн и сосуд вместимостью 10 л введено 1,4 г азота и 1 г водорода. К моменту равновесия образовалось 0,85 г аммиака. [c.40]

Приведем еще одну функциональную схему - синтеза аммиака, т.е. рассмотрим подсистему 7 в производстве аммиака как ХТС. Реакция водорода с азотом протекает не полностью из-за ограничений по равновесию. Поэтому синтез аммиака включает три стадии [c.188]

Реакция (а) имеет различные технические применения. Равновесие водяного пара по (а) с добавкой не участвующего в реакции азота создается при газификации угля. Через раскаленный уголь продувают последовательно воздух и водяной пар. Вследствие высокой температуры часть двуокиси угле -рода диссоциирует, но вместе с тем происходит и догорание окиси углерод а в двуокись углерода. В то же время окись углерод а образуется и вследствие неполного сгорания углерода по реакции (б), в которой одновременно от распада водяного пара образуется водород. В зависимости от цели конверсии (т. е. переработки газов для изменения их состава) стремятся обогатить равновесную смесь водородом или окисью углерода. Очистку от СОз производят поглощением водой или щелочными растворами под давлением. Смесь СО -f На является сырьем для синтеза спиртов, бензина и т. д. Избыток водяного пара используется при подготовке смеси водорода с азотом воздуха для синтеза аммиака. Эффективность действия избытка массы водяного пара возрастает при понижении температуры, когда константа равновесия превышает единицу. Вычисление, аналогичное выполненному выше, показывает, что при Кр — 1,375 (Г 1000° К) десятикратный избыток водяного пара обеспечивает полноту реакции 97%. При высоких температурах эффективность действия избытка массы одного из исходных веществ становится меньше при Кр ж 0,5 Т ж 1350° К) полнота реакции для того же значения у = 10 составляет 84%. [c.327]

Как видно из табл. 11.17, реакции дегидрирования эндотермичны, а реакции окисления экзотермичны. Если соответствующим образом скомбинировать эти два типа реакций, то можно добиться равенства их энтальпии при некоторой температуре процесса. Осуществляемый но такому принципу технологический процесс обычно проводят при некоторой оптимальной температуре и контролируют его путем подачи реагирующих веществ, взятых в соответствующем соотношении. Из табл. 11.16 видно, что константа равновесия реакции окисления (3) в области рассматриваемых температур имеет значение порядка 10 —10 . Это указывает на полноту протекания реакции окисления в сложном процессе производства формальдегида и на ее необратимость в области рассмотренных температур. Однако ввиду того, что константа равновесия реакции дегидрирования (1), приведенная в табл. 11.16, имеет значения от 10 до 10 , при всех температурах процесса в состоянии термодинамического равновесия в газовой фазе вместе с избытком метанола будут находиться продукты этой реакции метанол, формальдегид, водяной пар, водород и азот. Если отношение количества формальдегида к избытку метанола в продуктах выразить через (1 4- х) у, то суммарный процесс синтеза можно представить в виде реакции [c.206]

Кинетика синтеза и распада аммиака. Долгое время изучение кинетики гомогенных и каталитических реакций считалось основным путем для выяснения их механизма. К сожалению, измерение скорости соединения азота и водорода в аммиак связано с большими трудностями. Такие определения практически невыполнимы при давлении в 1 ат, так как равновесная концентрация аммиака при этом давлении равна лишь нескольким десятым процента. При более высоких давлениях равновесие более благоприятно однако при этом выделяется много тепла, вызывающего значительный температурный градиент в самом катализаторе. Поэтому до настоящего времени не опубликовано никаких кинетических измерений, которые устанавливали бы зависимость скорости реакции от парциальных давлений водорода и азота. [c.126]

Р — общее давление, при котором происходит реакция. Имеющиеся в литературе данные достаточно хорошо подчиняются приведенному уравнению, если ограничиться состояниями, далекими от равновесия. Это можно видеть, если нанести на график XV относительно значений Р/Х для данных, имеющихся в работе Бентона. Из опубликованных результатов нельзя сделать вывода об относительном влиянии парциальных давлений водорода и азота на скорость реакции образования аммиака. Вышеприведенное уравнение показывает, что реакция в сильной степени тормозится аммиаком. Температурный коэфициент реакции синтеза Аммиака не определен. [c.126]

Влияние давления. Изменение давления влияет только на равновесие некоторых реакций, идущих с участием газообразных веществ. В качестве примера рассмотрим обратимый процесс образования аммиака из элементарных водорода и азота [c.85]

Далее можно будет предсказать, что реакции (66) и (67) должны протекать. Положительные значения Е (+0,44 и +1,40 в) показывают, что при этих реакциях равновесие сильно сдвинуто в сторону образования продуктов реакции. Опыты снова подтверждают наши предположения. Если кусок железа поместить в разбавленную кислоту, то выделяются пузырьки водорода. Реакция (66) действительно происходит. При погружении куска железа в 1 М азотную кислоту могут появиться пузырьки водорода, но газ — окись азота N0 — не выделяется. Реакция (67) между железом и нитрат-ионами, в результате которой образуется N0, идет очень медленно. Но этого нельзя предсказать, по значениям Е . [c.318]

Азот вступает в реакцию с водородом лишь при очень сильном его активировании. Простого нагревания для этого недостаточно, так как необходимые очень высокие температуры сдвигают равновесие в неблагоприятном направлении ( 387). Поэтому гомогенное соединение азота с водородом в отсутствии катализатора не наблюдается, даже при применении сильно активированного водорода. Активирование азота достигается адсорбцией, при которой молекула N2 деформируется, что согласно теории Поляньи и Эйринга ( 354) способствует увеличению его активности. Первая ступень реакции состоит повидимому в процессе [c.484]

Как бы долго мы ни выдерживали данную систему при температуре 500°С и давлении 3-10 н/м , концентрация аммиака, водорода и азота остается неизменной, причем на долю аммиака приходится 26,4% по объему, а на долю водорода и азота приходится 73,6%. В этом случае мы говорим, что данная система находится в равновесии. Надо заметить, что состав смеси в условиях равновесия остается неизменным не потому, что не происходит химическая реакция между молекулами, а потому, что скорости реакции в том и в другом направлении одинаковы. Вот почему химическое равновесие называют динамическим равновесием, а реакции, идущие в прямом и обратном направлениях, называются обратимыми реакциями. [c.78]

Основной реакцией высококипяших парафиновых углеводородов в условиях гидрокрекинга над бифункциональными катализаторами является изомеризация, протекаюшая наиболее интенсивно при 430—440 °С. Основное количество углеводородов изостроения сосредоточено во фракциях изомеризата, выкипающих в тех же пределах, что и исходные углеводороды. Следует учитывать, что реакции изомеризации и расщепления парафиновых углеводородов протекают без увеличения объема, т. е. давление не влияет на термодинамическое равновесие в процессе. Работами советских и зарубежных ученых установлено, что при атмосферном давлении водорода реакции изомеризации парафиновых углеводородов идут с малой скоростью, а в среде азота полностью подавляются. С повышением давления водорода скорость реакций расщепления и изомеризации возрастает. Дальнейшее увеличение давления тормозит ход этих реакций, причем более интенсивно — реакции изомеризации. Таким образом, для парафинистого сырья первостепенное значение приобретает изомеризация парафиновых углеводородов, а реакции гидрирования и гидрокрекинга второстепенны. [c.285]

Если реагенты —идеальные газы, то Кр зависит только от температуры, а изменение давления на ней не отражается [см. уравнение (7.17)], однако давление изменяет объем системы, а поэтому влияет на Кх реакций, протекающих с изменением объема. Например, при взаимодействии водорода с азотом по уравнению ЗН2 + N2 = 2NHз происходит уменьшение количества молей от четырех до двух и соответствующее уменьшение объема или давления смеси. Поэтому рост внешнего давления смещает равновесие в направлении синтеза аммиака (дсынз увеличится, дснз и уменьшатся) и увеличивает Кх. [c.130]

При разработке способа получения аммиака из водорода и азота уже с самого начала знали, что реакция обратима N3 + ЗН2 2NH3. Химическое равновесие между На, N2 и NH3 можно сместить, изменяя температуру, давление и концентрации веществ. Количественный термодинамический анализ условий равновесия был сделан Габером, который показал, как зависит выход аммиака от давления и температуры. Оказалось, что наиболее благоприятны давление порядка 1000 атм и температура 475—525° С. На основе этих данных стали вести проектирование и строительство заводов по производству аммиака. [c.66]

Значительные осложения в работе катализатора вызывают колебания качества сырья, особенно повышенное содержание в нем асфальто-смолистых соединений. Это приводит к быстрой потере активности катализатора за счет его усиленного закоксовывания. С целью предотвращения этого на установке гидрокрекинга производится тщательный аналитический контроль сырья по таким показателям как плотность, фракционный состав, коксуемость, содержание фактических смол, серы, азота, металлов, асфальтенов. Особенно следует контролировать содержание полициклической ароматики (ПА) в продуктах реакции при двухступенчатом процессе и своевременный вывод ее из процесса. При конверсии тяжелого сырья в реакторах гидрокрекинга (вторая ступень) насыщение ароматических соединений водородом ограничивается температурным равновесием, за пределами которого происходят некоторые реакции конденсации, приводящие к образованию ароматических соединений высокой молекулярной массы, которые не насыщаются водородом. Эти соединения при низких температурах не растворяются в продуктах реакции и загрязняют трубопроводы. Для борьбы с этим предусмотрен горячий сепаратор, который обеспечивает [c.146]

Можно Представить себе, что аммиак и водород находятся в равновесии с воображаемой или фактической концентрацией азота [Н ], более высокой, чем действительная его концентрация, так как стадия десорбции — медленная. Тогда благодаря тому, что концентрация атомов азота равновесно связана с концентрациями водорода и аммиака через стадии, указанные парами стрелок, она, кроме того, должна быть в равновесии с фактическим давлением азота, так чтобы [Наде] и [Ы ] подчинялись изотерме Фрейндлиха. Эти соотношения дают возможность выразить концентрацию атомов азота [Наде] через концентрации аммиака и водорода. Тогда скорость реакции приравнивается [Мадс] Этот вывод можно пояснить примером. [c.296]

Hutton и Smith показали, что цианистоводородная кислота образуется также в том случае, когда смесь водорода и азота нагревается до 1700° в присутствии угля. Wartenburg изучал равновесие этой реакции [c.325]

Реакция образования аммиака обратима, идет с выделением тепла и значительным уменьшением объема (из трех объемов Водорода и одного объема азота полу шются два объема аммиака). Низкие тейпературы и высокие давления в этом случае благоприятствуют полноте соединения водорода с азотом, так как равновесие реакции сдвигается в правую сторону, т. е. в сторону образования аммиака. Наоборот, при повышении температуры и понижении давления равновесие реакцрш сдвигается в левую сторону, происходит диссоциация аммиака на свободные азот и водород, вследствие чего содержание аммиака в равновесной смеси уменьшается. При неизменной температуре с повышением давления увеличивается содержание аммиака, находяш,егося в равновесии с азотом и водородом. [c.221]

Химическое равновесие, которое устанавливается между веществами, участвующими в реакции, можно на основании принципа ЛеШа-телье сместить вправо или влево путем изменения давления, температуры и концентрации вещества. Однако попытки получить аммиак на основе реакции его синтеза из водорода и азота долгое время не приводили к положительным результатам выход аммиака был очень мал. Немецкий ученый Габер, применив количественный термодинамический метод расчета условий равновесия этой реакции, впервые показал зависимость выхода аммиака от давления и температуры, при которых протекает синтез. Термодинамические расчеты привели к выводу, что наиболее благоприятными условиями для максимального выхода аммиака являются давление около 1000 атм и температура в пределах 475— 525° С. Благодаря применению метода термодинамики оказалось возможным спроектировать крупные заводские установки по производству аммиака и азотной кислоты. [c.65]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология