工业合成氨条件的选择

工业合成氨条件的选择第一页，共二十三页，编辑于2023年，星期六复习影响化学反应速率和化学平衡的重要因素有哪些?化学反应速率化学平衡温度气体压强催化剂浓度温度越高,反应速率越大压强越大,反应速率越大正催化剂加快反应速率反应物浓度越大,反应速率越大升高温度,平衡向吸热方向移动增大压强,平衡向气态物质系数减小的方向移动催化剂对平衡无影响增大反应物浓度,平衡正向移动第二页，共二十三页，编辑于2023年，星期六

弗里茨·哈伯：

将空气变为面包第三页，共二十三页，编辑于2023年，星期六一反应的自发性合成氨反应是一个可逆反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已知298K时:△H=-92.2KJ·mol-1△S=-198.2J·K-1·mol-1请根据正反应的焓变和熵变分析:298K下合成氨反应能否自发进行？第四页，共二十三页，编辑于2023年，星期六合成氨反应有哪些特点？请利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成？N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H

＝-92.2kJ/mol(1体积)(3体积)(2体积)思考？第五页，共二十三页，编辑于2023年，星期六第六页，共二十三页，编辑于2023年，星期六1:11:21:31:41:51:60.60.50.40.30.20.1NH3%N2:H2N2、H2体积比对产率的影响NH3%第七页，共二十三页，编辑于2023年，星期六1、你认为可以通过控制哪些反应条件来提高合成氨反应的速率？

升高温度增大压强增大反应物浓度使用催化剂二化学反应速率第八页，共二十三页，编辑于2023年，星期六2、实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与反应的物质的浓度的关系为:ν=κC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)请你根据关系式分析：各物质的浓度对反应速率有哪些影响？可以采取哪些措施来提高反应速率？

增大N2`H2浓度,将氨及时从混合气中分离出去第九页，共二十三页，编辑于2023年，星期六催化剂对合成氨反应速率的影响条件△E/KJ/molk(催)/k(无)无催化剂3353.4×1012(700k)使用Fe催化剂167

使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。3.分析催化剂对速率的影响第十页，共二十三页，编辑于2023年，星期六合成氨的适宜条件的选择生成物氨的浓度反应物的浓度催化剂温度压强速率分析使NH3生产得快外界条件高压高温使用增大浓度减小浓度平衡分析使NH3生产得多高压低温无影响增大浓度减小浓度第十一页，共二十三页，编辑于2023年，星期六合成氨的反应正反应为放热反应

分析角度反应条件使合成氨的速率快使平衡混合物中氨的含量高压强温度催化剂高压高压高温低温使用不影响一致矛盾第十二页，共二十三页，编辑于2023年，星期六

1、压强怎么选？①合成氨反应是气态物质系数减小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。②但是压强越大，对设备的要求高、压缩H2和N2所需要的动力大，因此选择压强应符合实际科学技术。

综合以上两点:根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。第十三页，共二十三页，编辑于2023年，星期六

2、温度怎么选择？①因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于平衡正向移动。

②可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。③催化剂要在一定温度下催化活性最大。

综合以上因素:实际生产中温度一般选择在700K左右（主要考虑催化剂的活性）。第十四页，共二十三页，编辑于2023年，星期六

3、使用催化剂？

实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在700K时活性最高。

经济效益和社会效益要求化学反应速度要快，原料的利用率要高，单位时间的产量要高。第十五页，共二十三页，编辑于2023年，星期六

4、浓度怎么定？N2

和H2的比例怎么定？

增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2的浓度，即N2和H2的物质的量比为1：2.8时，更能促进氨的合成。

实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化分离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使其保持一定的浓度。（阅读课本67-68页）第十六页，共二十三页，编辑于2023年，星期六达到平衡时平衡混合物中NH3的含量（体积分数[V(N2):V(H2)=1:3]

0.11020306010020015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.279.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4压强/MPaNH3含量/%温度/℃温度升高，氨的含量降低压强增大，氨的含量增大资料2第十七页，共二十三页，编辑于2023年，星期六外部条件工业合成氨的适宜条件压强温度催化剂浓度研讨的结果根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强

适宜温度

700K左右使用铁触媒作催化剂N2和H2的物质的量比为1：2.8的投料比,氨及时从混合气中分离出去第十八页，共二十三页，编辑于2023年，星期六一般要使用催化剂：这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益；选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大的温度；选择合适的压强：既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。

【小结·反思】工业上利用某可逆反应生产产品：第十九页，共二十三页，编辑于2023年，星期六第二十页，共二十三页，编辑于2023年，星期六

0.11020306010020015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.279.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4压强/MPaNH3含量/%温度/℃思考问题４即使在500℃和30MPa时，合成氨平衡混合物中NH3的体积分数也只有26.4%，转化率仍不够大，还可采取什么办法？第二十一页，共二十三页，编辑于2023年，星期六已知2SO2(g)+O2(g)

2SO3(g)△H＜0(1)应选用的温度是______。应采用的压强是______，理由是____________________________________________________________________________________________450℃常