1、第4节：化学反应条件的优化工业合成氨,第二章 ：化学反应方向，限度与速率,激 情 巩 固 ：,化学反应速率的定义？ 影响化学反应速率的因素有哪些？ 什么是化学平衡？ 化学平衡的特点？ 什么是化学平衡的移动？ 影响化学平衡的因素有哪些？,第一次世界大战爆发后,英国从海上完全封锁了与之为敌的德国,硝石不能从智利进口了.农田没有肥料,就会缺粮食;缺乏硝酸就会缺少炸药,德国就会投降.可是两年过去了，1916年德国的农田仍一片葱绿,前线的炮火反而更加猛烈了.这是怎么回事?是谁创造了这个奇迹呢? -以费里兹哈伯为首的一批德国科学家,二十世纪初就研究固氮,利用空气、水和煤为原料,生产氢和氮,再把氮气和氢气制
2、成了氨.他们为寻找合成氨的催化剂和适宜条件,曾花费了不知多少个春秋,终于获得成功.,合成氨的发现史,弗里茨.哈伯：德国化学家，出生于一个犹太富商家中。1900年获得博士学位。1908年7月首次合成氨气，1909年7月建成每小时生产90克氨气的实验装置，1918年获得诺贝尔化学奖。哈伯首创了使用化学毒剂的化学战，在第一次世界大战中有130万人受到化学战的伤害，其中9万人死亡。,请同学们写出合成氨的化学反应方程式,并说明这个反应有什么特点?,可逆反应,正反应为放热反应,正反应为体积缩小方向,假如你是一位化工厂的厂长,对畅销产品的生产效率、成本有何要求?,基本要求： a、反应快、单位时间内产量高 （
3、速率） b、原料利用率高、成本低 （平衡）,1 . 从速率角度分析：,增大N2、H2浓度,高 压,使 用,高 温,减小NH3浓度,无 影 响,低 温,高 压,2. 从平衡角度分析,A.从反应速率的角度看：增大反应物浓度、压强越大、 温度越高，使用催化剂；,均可使反应加快、 提高单位日产量,B.从化学平衡的角度看：减小生成物浓度 高压、低温，,均可使平衡时NH3含 量高、N2、H2转化率高,结 论,1. 压强是否越大越好？ 2. 是否温度越低越好？3.要不要使用催化剂呢？,讨论,1、压强怎么选？,分析：合成氨反应是体积缩小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能提高平衡混合物中氨的含量，所以
4、理论上压强越大越好。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，因此压强也不宜过高。,综合以上两点，实际生产中压强一般选择在20MPa-50MPa之间。,2、温度怎么选择？,a.因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量。,b.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。,综合以上因素，实际生产中温度一般选择在500左右。,3、用不用催化剂？,使用催化剂能否提高合成氨的转化率？使用催化剂对反应速率有何影响？,实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在500时活性较高。,4、浓度怎么定？,增大反应物的浓度可以增大
5、反应速率，减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。因此可以用保持一定的氮、氢浓度，减少氨气的浓度的方法，提高合成氨的效率和产量。,实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化而分离出去；及时补充氮气和氢气，使其保持一定的浓度。,结论：工业上合成氨的合适条件到底怎样？还应结合实际综合考虑如下：,选择合适的温度：一般500左右，该温度是为合成氨催化剂的活性温度；,合成氨的适宜条件,选择合适的压强：一般20MPa50MPa，该压强下进行生产，对动力、材料、设备等正合适；,使用催化剂：虽不影响平衡含量（转化率），但可大大加快反应速率，提高生产效率和经济效益.,及时分离出NH3，并不断补充N2和H2：既增大了
6、速率，又有利于提高转化率；,1.合成氨分几个阶段进行?,2. N2取自于什么物质?3.H2又来源于哪里?,合 成 氨 工 业：,原料气的制取净化压缩合成分离,N2 H2,三、合成氨工业简介：1、合成氨工业的流程,液氨,原料气的制取,N2：液化空气，蒸发分离出氮气,H2：用水和燃料在高温下制取。如：,三、合成氨工业简介：1、合成氨工业的流程,四、合成氨工业的发展前景：,耐高压的材料新型催化剂的催化合成化学模拟生物固氮,1. 合成氨反应中，使用催化剂的最主要的理由是（ ）。 （A）使平衡向正反应方向移动 （B）没有催化剂该反应不能发生 （C）使化学反应速率增大 （D）遏止逆反应的发生,C,巩固练习：,2合成氨时采用500左右的温度进行，主要是因为在该温度( )A合成氨的化学反应速率,BN2的转化率最高 C催化剂的活性最大 DNH3在平衡混合气体中的体积分数最大,C,3. 能使合成氨反应进行程度增大 的方法( )A升高温度 B降低压强 C使用催化剂 D及时分离出NH3,D,4合成氨时，既要使N2、H2的转化率增大，又使反应速率增快，可采取的办法是 ( ）A不断充入N2 H2 B升高温度 C增大压强 D分离出 NH3,C,再见!,
