1、第四节 化学反应条件的优化工业合成氨,我们为什么会缺氮？,生命元素氮,蛋白质缺乏的儿童,含氮食品,N,植物,动物,葡萄缺氮,氮气78%,人 类 用 氮 的 历 史,德国哈伯（ Fritz Haber ）,“人类向空气要面包成功了，合成氨是历史上最伟大的成就之一。”,哈伯与合成氨,合成氨从第一次实验室研制到工业化投产经历了约150年的时间。德国科学家哈伯在10年的时间内进行了无数次的探索，单是寻找高效稳定的催化剂，2年间他们就进行了多达6500次试验，测试了2500种不同的配方，最后选定了一种合适的催化剂，使合成氨的设想在1913年成为工业现实。鉴于合成氨工业的实现，瑞典皇家科学院于1918年向
2、哈伯颁发了诺贝尔化学奖。,问题1.化学反应能否自发进行受哪些因素影响？,化学反应的方向,焓变和熵变,问题2.分析合成氨反应的焓变和熵变,H0 S0,？,资料卡片-选修4：P38科学视野,合成氨反应是一个可逆反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),H-T S= -33.1KJmol-10,问题1.化学反应能否自发进行受哪些因素影响？,化学反应的方向,焓变和熵变,问题2.分析合成氨反应的焓变和熵变,H0 S0,？,G 0，反应自发进行,问题3：根据你所学的知识，分析合成氨反应难以发生的原因是什么？（从反应物性质考虑）,NN 键能很大，N2很不活泼,（3）便宜,（4）绿色,（2）快,（1）
3、多,【交流】,即提高平衡混合物里氨的含量化学平衡问题,即提高单位时间里氨的产量化学反应速率问题,成本低，如对耐高温设备所需材料的要求。,即注意环境保护，反应物利用率接近百分之百,假如你是化工厂的厂长，在合成氨的 工业生产过程中，你有什么要求？,【交流研讨】,根据此反应特点从理论上分析： 1.什么条件有利于提高合成氨的速率？,化学反应的速率和限度,2.用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于提高NH3的含量？,H0 S0,理论分析合成氨的适宜条件,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,增大反应物浓度,平衡分析,使NH3生产得多,高压,低温,无影响,增大反
4、应物浓度或减小生成物浓度,？,原料气氮氢物质的量比与平衡混合气中NH3%的关系图,数据分析1-浓度选择,思考：浓度怎么定？ N2 和H2的比例怎么定？,从平衡的角度，在N2和H2的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大。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。,数据分析2压强和温度选择,反应达到平衡状态时平衡混合气中氨的含量与T、P有什么关系？,工业合成氨是否压强越高越好？,理论采用： 压强越大越好,压强越大，对设备的要求高、压缩H2和N2所需要的动力
5、大，成本高，因此选择压强应符合实际科学技术。,实际采用：,20MPa50MPa,压强选择,理论采用： 高转化率和高速率所用条件矛盾,实际采用： 500,在500条件下，催化剂活性最高；转化率也适当。,温度选择,使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。,数据分析3催化剂选择,降低活化能,归纳,高压（20MPa50MPa）,适宜温度（500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；及时分离出液态氨,合成氨工厂,新技术1-电化学： 1998年两位希腊化学家提出了电解合成氨的新思路，采用高质子导电性的SCY陶瓷（能传递H+）为介质，实现了高温（570）常压下高转化率的
6、电解法合成氨，装置如下图：,钯电极A是电解池的 极（填“阳”或“阴”），该极上的电极反应式是 。,阴,N2+6e-+6H+=2NH3,（78%）,新技术2-利用原电池原理： 有人设想以N2和H2为反应物，以溶有A的稀盐酸为电解质溶液，可制造出既能提供电能，又能固氮的新型燃料电池，装置如图所示。,电池正极的电极反应式是A是,N2+ 8H+ + 6e- =2NH4+,NH4Cl,科学家用一种含钼的化合物作催化剂，在常温下就能完成氨的合成，从而大大降低了生产成本，使得液氨有望取代液氢成为新一代绿色能源。,常温,人 类 用 氮 的 未 来,氨 经济,化学反应条件的优化,本 节 内 容,氨在解决人类粮食问题中的重要作用 化学的伟大贡献,人类 发展,环境 保护,温室效应 水体污染 酸雨,固氮引起,关注化学与可持续发展,
