l第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨
2.4化学反应条件的优化—工业合成氨 -2021-2022学年高一化学鲁科版(2019)选择性必修一
思考：1.可以通过控制哪些反应条件来提高合成氨的反应速率？
(1)温度： 升高温度 (2)压强： 增大压强 (3)浓度： 增大反应物浓度 (4)催化剂：使用催化剂
思考：2.实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与参 与反应的物质浓度的关系式为： v=kc(N2)c1.5(H2)c-1(NH3) 根据该关系式分析：式中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调高反应速率？
氨的合成反应的速率与氮气浓度的1次方成正比，与氢气
浓度的1.5次方成正比，与氨气浓度的1次方成反比。
三、合成氨生产的适宜条件
合成氨条件的选择
提高反应限度
高压 低温 V(N2):V(H2)=1:3
高压
提高反应速率 高温 催化剂 V(N2):V(H2)=1:2.8
思考：那么实际生产中合成氨的适宜条件如何选择呢？ 问题1：压强怎么选？ 问题2：温度怎么选？ 问题3：要不要用催化剂？ 问题4：浓度怎么定？ N2 和H2的比例怎么定？
一、合成氨反应的限度
交流·研讨
工业合成氨的反应为：N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)
1.已知在298K时：ΔH=-92.2 kJ·mol-1, ΔS=-198.2 J·K-1·mol-1
根据反应的焓变和熵变分析在298K时合成氨反应能否正向自发 进行。
2.利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成？
小结：
合 成 氨 适 宜 条 件
化学反应条件的优化——工业合成氨
理论采用：
实际采用：
高转化率和高速率所用条件矛盾
700K
在700K条件下，催化剂活性最高； 转化率也适当。
【小结】
多 快
外界条件
平衡移动 浓度 N2:H2 NH3 1:3 及时转移 低温 高压 反应速率 <1:3 高温 高压
选择
1：2.8 ？ 700K 高压
及时转移 及时转移
温度 压强
催化剂
无影响
正催化剂 正催化剂
【思考】 工业合成氨是否压强越高越好？
理论采用：
压强越大越好
NH3 含量/% 温度/0C
压强 /Mpa
P1
0.1
P2
10
P3
20
P4
30
P5
60
P6
100
200 300 400 500 600
15.3 81.5 2.2 0.4 0.1 52.0 25.1 10.6
86.4 64.2 38.2 19.1
保护环境，对设备的要求。
【思考】 合成氨反应有什么特点？
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) △H= -92.2KJ· mol-1
可逆反应； 正反应是放热反应； 正反应是熵减的反应； 反应物和生成物均为气体； 正反应为气体分子数减小的反应。
【交流· 研讨】~ 多
NH3% 根据此反应特点分析，什么条件有利于合成氨？ 0.6 外界条件 0.5 增大NH3的含量 化学平衡角度
【总结】 工业上利用某可逆反应生产产品条件选择： 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。
第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨
0.2
0.1 1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 N2:H2
【信息3】选择适宜生产条件的原则
(1)既要注意外界条件对二者影响一 致性,又要注意对二者影响的矛盾性。 (2)既要注意温度、催化剂对速率影 响的一致性,又要注意催化剂的活性 对温度的限制。 (3)既要注意理论上的需要,又要注意 实际可能性。
2、有利于氨的合成
【交流· 研讨2】 1、实验研究表明：在特定条件下，合成氨 反应的速率与参加反应的物质的浓度的关 系式为： V = kC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3) 请根据该关系式分析：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？
增大反应物的浓度，减小生成物氨气的浓度。
第4节 化学反应条件的优化
——工业合成氨
【阅读资料】
19世纪以前，一些有远见的化学家指出：考 虑到将来的粮食问题，为了使子孙后代免于饥饿， 我们必须寄希望于科学家能实现大气固氮。因此 将空气中丰富的氮固定下来并转化为可被利用的 形式，在20世纪初成为一项受到众多科学家注目 和关切的重大课题。德国化学家哈伯就是从事合 成氨的工艺条件试验和理论研究的化学家之一, 他终于在1913年实现了合成氨的工业生产，满足 了20世纪人口由30亿增至60亿对粮食的需求，因 此人们赞扬哈伯是“用空气制造面包的圣人”。
工业生产时主要考虑的因素？
（1）要使氨生成得更多（即提高平衡混合物里氨的含量）
——化学反应的限度问题
（2）要使氨生成得更快（即提高单位时间里氨的产量）
——化学反应速率问题
（3）尽可能降低成本（如温度越高，压强越大，成本投 入越多。）
（4）符合绿色化学理念， 即注意环境保护，反应物利用率尽可能高，排 出物污染小。
第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨
弗里茨·哈伯
利用氮气、氢气为原料合成氨的工业化生产曾是一个
较难的课题，从第一次实验室研制到工业化投产，约经历 了150年的时间。
反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)看起来十分简单，为
什么合成氨的工业化生产会经历如此漫长的过程？合成氨
工厂为什么需要庞大而复杂的生产设备和特殊的生产条件？
应该从哪些方面选择合成氨的反应条件？
化学反应的 方向
合成氨反应 能否自发进 行
化学工艺学
化学反应的 限度
怎样能使化 学平衡向合 成氨方向移 动
适 宜 的 合 成 氨 条 件
工 艺 流 程
化学反应的 速率
怎样能提 高合成氨 反应速率
高压对设备材质、加工 制造的要求、温度对催 化剂活性的影响等
【思考与交流】
3×107 Pa
6×107 1×108 Pa Pa
200 ℃
300 ℃ 400 ℃ 500 ℃ 600 ℃
15.3
2.2 0.4 0.1 0.05
81.5
52.0 25.1 10.6 4.5
86.4
64.2 38.2 19.1 9.1
89.9
71.0 47.0 26.4 13.8
95.4
84.2 65.2 42.2 23.1
考虑催化剂的活性
压强是否越大越好？
考虑设备的耐压能力
【研讨结果】
外部条件 压强
温度 催化剂 浓度
工业合成氨的适宜条件
2×107～5×107 Pa 适宜温度（500℃左右） 催化剂活性大 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
高二化学学案 第4节化学反应条件的优化——工业合成氨 课前案
高二化学学案第4节化学反应条件的优化——工业合成氨课前案1．了解合成氨反应的特点以及外部条件对合成氨反应的影响。
(重点)2．了解工业生产条件选择的依据和原则。
3．知道化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域的重要作用。
一、合成氨反应的限度1．反应原理：合成氨反应的化学方程式为：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)2．影响因素(1)结合化学平衡移动规律可知，温度、压强，有利于化学平衡向生成氨的方向移动。
(2)在一定的温度和压强下，反应物中氮气和氢气的体积比为时平衡混合物中氨的含量最高。
【自我诊断】在298 K时，合成氨反应的ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·K－1·mol－1，该温度下，合成氨反应能否自发进行？二、外界因素对合成氨反应速率的影响1．浓度在特定条件下，合成氨反应的速率与参加反应的物质的浓度的关系式为v＝kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)，由关系式可知，N2或H2的浓度，NH3的浓度，都有利于提高合成氨的速率。
2．温度：温度越高，反应进行得越快。
3．催化剂加入适宜的催化剂能合成氨反应的活化能，使化学反应速率提高上万亿倍。
4．压强：压强越大，反应速率越快。
[自我诊断](1)工业合成氨压强越高越好。
( )(2)合成氨反应加入催化剂能增大产率。
()三、合成氨的适宜条件1．合成氨反应条件的选择依据工业生产中，必须从和两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。
提高反应的平衡转化率提高化学反应速率性质措施性质措施放热低温活化能高适当提高N2的比例分子数减小高压低温时反应速率低高温反应可逆原料循环使用原料气浓度增加能提高反应速率增大原料气浓度氨气浓度增加能降低反应速率 分离氨2.实际生产中合成氨的适宜条件(1)压强：加压有利于提高反应速率和原料的转化率，但要考虑设备和技术条件等，实际选择压强为1×107Pa ～1×108Pa 。
第四节 化学反应条件的优化——工业合成氨
产率 ④催化剂在700 K时活性最大
A．只有①
B．①②
C．②③④
D．①④
解析 从反应速率考虑，温度越高，速率越快；温度在700
自主探究
精要解读
实验探究
活页规范训练
3．浓度 理论上n(N2)∶n(H2)＝1∶3时，平衡转化率最高，但实验 表明当n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8时更有利于氨的合成。工业上通常 采用1∶2.8的比例投料，并且及时的分离出NH3，促使平衡正向 移动。
4．催化剂 催化剂不影响化学平衡，但能极大的加快反应速率，工业
实验探究
活页规范训练
笃学一合成氨反应的限度
1.合成氨的化学方程式
高温、高压
N2(g)＋3H2(g) 催化剂 2NH3(g)
。
2．合成氨反应的特点
(1)所有的反应物和生成物都是气态，且该反应为 体积
减小
的反应；
(2)气体的物质的量减小 的熵 减小 的反应；
(3)该反应的正反应为 放热 反应。
3．合成氨反应是一个放热的、熵 减小 的可逆反应。由
第四节 化学反应条件的优化——工业合成氨
1．浓度、温度、压强和催化剂对化学反应速率各有什么 影响？
提示 增大浓度、升高温度、增大有气体参与反应的压强 和使用催化剂能加快反应速率；减小浓度、降低温度和压强能 减慢反应速率。
自主探究
精要解读
实验探究
活页规范训练
2．浓度、温度、压强对化学平衡的移动各有什么影响？ 提示 (1)浓度：增大反应物浓度，平衡向正反应方向移 动；增大生成物浓度，平衡向逆反应方向移动。 (2)压强：对于有气体参加或有气体生成的反应来说，增大 压强，平衡向气体体积减小的方向移动。减小压强，平衡向气 体体积增大的方向移动。 (3)温度：升高温度平衡向着吸热反应方向移动，降低温度 平衡向着放热反应方向移动。
化学反应条件的优化---工业合成氨
书P65
2NH3(g)
合成氨反应的特点： 合成氨反应的特点：
N2(g)+3H2(g) (1体积 (3体积 体积) 体积) 体积 体积 2NH3(g) △H ＝-92.2kJ/mol (2体积 体积) 体积
198.2J·K mol mol△S = -198.2J K-1·mol-1
①可逆反应 ②熵减小的反应 正反应气态物质系数减小 ③正反应气态物质系数减小 ④正反应是放热反应
工业上利用某可逆反应生产产品： 工业上利用某可逆反应生产产品： 一般要使用催化剂：这样可以大大加快化学 一般要使用催化剂： 使用催化剂 反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益； 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： 选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大 合适的温度 的温度； 的温度； 选择合适的压强： 选择合适的压强：既要考虑化学反应速率和 合适的压强 化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。 化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。
的比例怎么定？ 4、浓度怎么定？ N2 和H2的比例怎么定？ 浓度怎么定？
（阅读书本67页） 阅读书本 页
增大反应物的浓度可以增大反应速率， 增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小 反应物的浓度可以增大反应速率 生成物的浓度可以使平衡正向移动。 正向移动 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 的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3 平衡转化率最大 但是实验测得适当提高N 转化率最大， 实验测得适当提高 时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2的 浓度， 的物质的量比为1 2.8时 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。 进氨的合成。 实际生产中的处理方法： 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， 出去； 循环利用 液化分离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使 的物质的量比为1 其保持一定的浓度。 其保持一定的浓度。即N2和H2的物质的量比为1：2.8
高中化学：2.4 化学反应条件的优化—工业合成氨(完成)
第4节化学反应条件的优化—工业合成氨(1)合成氨反应是一个能自发进行的、放热的、气体体积减小的可逆反应。
(2)降低温度、增大压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动。
(3)在一定的温度和压强下，反应物中N2和H2的体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。
(4)合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)在298 K时ΔH－TΔS＜0，其平衡常数K＝4.1×106(mol·L －1)－2，只能说明反应在此条件下进行得较完全，不能说明反应速率的快慢。
1．利用原料气在合成塔中合成氨时，为提高N2的转化率所采取的措施是( )A．高温 B．高压 C．使用催化剂D．增大N2的浓度(1)在特定条件下，合成氨反应的速率与参加反应的物质的浓度的关系式为v＝k c(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)，由关系式可知，增大N2或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于提高合成氨的速率。
(2)使用催化剂，可显著降低反应的活化能，使反应速率提高上万亿倍。
(3)温度对合成氨反应的速率也有显著影响：温度越高，反应进行得越快。
2．在一定条件下，合成氨反应的速率与各物质的浓度关系为v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，下列条件不能加快反应速率的是( )A．加入催化剂B．增大H2的浓度 C．升高温度D．增大NH3的浓度1．合成氨反应条件的选择原则(1)尽量增大反应物的转化率，充分利用原料；(2)选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量；(3)考虑设备和技术条件。
2．合成氨反应的适宜条件(1)压强：压强越大越有利于合成氨，但在实际生产中，应根据反应设备可使用的钢材质量及综合指标来选择压强，大致分为低压、中压和高压三种类型。
(2)温度：温度越高，反应速率越大，但不利于氨的合成，在实际生产中一般控制反应温度在700 K 左右(且在此温度时催化剂的活性最大)。
(3)催化剂：使用催化剂可以大幅度提高反应速率，合成氨生产一般选择铁做催化剂。
2023版新教材高中化学第4节化学反应条件的优化__工业合成氨课时作业鲁科版选择性必修1
第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨必备知识基础练进阶训练第一层知识点1合成氨反应的限度1.对于合成氨反应N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g），下列措施不能提高氮气转化率的是（ ）A．增大氢气的浓度 B．增大压强C．及时移走氨 D．使用高效催化剂2．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是（ ）A．使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应C．700 K左右比室温更有利于合成氨的反应D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率3．对于可逆反应N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g）（正反应为放热反应），下列说法中正确的是（ ）A．达到平衡后，加入N2，当重新达到平衡时，NH3的浓度比原平衡的大，N2的浓度比原平衡的小B．达到平衡后，升高温度，既加快了正、逆反应速率，又提高了NH3的产率C．达到平衡后，缩小容器容积，既有利于加快正、逆反应速率，又有利于提高氢气的转化率D．加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率增大，逆反应速率减小4．工业合成氨的正反应是放热反应，下列关于反应N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g）的图像中，错误的是（ ）下列说法正确的是（ ）A.改变条件后速率—时间图像如图所示B．此过程中Q>KC．平衡体系中NH3的含量增大D．N2的转化率增大知识点2合成氨反应的速率6.工业合成氨反应中，使用催化剂和施以高压，下列叙述正确的是（ ）A．都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响B．都对平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用的时间C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有加压对化学平衡状态有影响D．催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而加压无此作用7．N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g） ΔH<0，向容器中通入1 mol N2和3 molH2，当反应达到平衡时，下列措施能提高N2转化率的是（ ）①降低温度②维持温度、容积不变，按照物质的量之比为1∶3再通入一定量的N2和H2③增加NH3的物质的量④维持恒压条件，通入一定量惰性气体A．①④ B．①② C．②③ D．③④8．对于合成氨反应N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g） ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，达到平衡后，以下分析正确的是（ ）A．升高温度，对正反应的反应速率影响更大B．增大压强，对正反应的反应速率影响更大C．减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大D.加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大9．在合成氨工业中，要使氨的产率增大，同时又能提高化学反应速率，可采取的措施有（ ）①增大容器体积使压强减小 ②减小容器体积使压强增大 ③升高温度 ④降低温度⑤恒温恒容，再充入等量的N2和H2 ⑥恒温恒压，再充入等量的N2和H2 ⑦及时分离产生的NH3 ⑧使用催化剂A．②④⑤⑥⑦B．②③④⑤⑦⑧C．②⑤D．①②③⑤⑧10．1913年化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。
第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨
第2章 化学反应的方向、限度与速率
(1)有利于加快合成氨反应速率的措施有哪些？ (2)有利于合成氨反应平衡正向移动的措施有哪些？ 答案：(1)增大反应物浓度，升高温度，增大压强，使用催化剂 等。 (2)增大反应物浓度，及时分离出生成物，降低温度，增大压强 等。
栏目 导引
第2章 化学反应的方向、限度与速率
化学反应适宜条件选择的理论分析
外界 条件
浓度
有利于速率 高的条件控
增大反应物 的浓度
有利于平衡右移 的条件控制
综合分析结果
增大反应物的浓
增大反应物的浓 度、减小产物的浓
度、减小产物的浓 度，不断地补充反
度
应物，及时地分离
出产物
栏目 导引
第2章 化学反应的方向、限度与速率
外界 有利于速率提 有利于平衡右移 条件 高的条件控制 的条件控制
高压(有气体 参加)
ΔV(g)＜0 高压
ΔV(g)＞0
在设备条件允许的 前提下，尽量采取 高压 兼顾速率和平衡，
低压
选取适宜的压强
栏目 导引
第2章 化学反应的方向、限度与速率
对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施加高压，下列 叙述中正确的是( ) A．都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响 B．都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用的时 间 C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化学平衡状 态有影响 D．催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而压强无此作 用
栏目 导引
第2章 化学反应的方向、限度与速率
3．在容积相同的四个密闭容器中，分别充入下列四组混合气体， 并加入适当的催化剂，在 673 K 时建立化学平衡，H2 的转化率 由大到小的顺序是______________________________。 ①1 mol N2＋3 mol H2 ②2 mol N2＋3 mol H2 ③1 mol N2＋4 mol H2 ④1 mol N2＋4 mol H2＋0.5 mol NH3
第四节 化学反应条件的优化-工业合成氨
合成氨的铁催化剂 这一类合成氨催化剂以还原铁为催化剂主要活性 成分，并掺加 各种促进剂和载体的催化剂. 促进剂：稀土金属及其氧化物 关于稀土金属及其氧化物的作用， 我国也进行了一 些研究。国外也报 道了一些含钐、锆、钯、铑的 催化剂研究结果， 发现稀土金属及其氧化物是对氨 合成非常有效的促进剂。我国有丰富的钛、锆、铌 等稀有金属资源，因此， 以稀有金属氧化物为促 进剂， 有希望成为我国改进工业合成氨的铁催化剂 的研究方向之一。 合成氨的钌催化剂 合成氨熔铁型催化剂要在高温、 高压和耗能高的苛 刻条件下使用， 且催化剂的活性并不是很高。 而合 成氨的钌催化剂可能是一种较好的催化剂。 它在低 温低压下活性很高， 常压下比合成氨的铁催化剂的 活性高 10—20 倍，且对水、CO 和 CO2 不敏感， 但合成氨的钌催化剂在高压下未必比合成氨的铁 催化剂来得优越。 2.化学模拟生物固氮 现在，世界上好多国家（包括我国）的科学家，都 在研究模拟生物固氮， 即寻找人工制造的有固氮活 性的化合物。 固氮酶由两种蛋白质组成。 一种蛋白 质（二氮酶）的分子量约 22 万，含有两个钼原子、 32 个铁原子和 32 个活性硫原子； 另一种蛋白质 （二 氮还原酶） 是由两个分子量为 29000 的相同亚基构 成的， 每个亚基含有 4 个铁原子和 4 个硫原子。 已 经发现一些金属有机化合物有可能作为可溶性的 固氮催化剂。
倍。 【板书】三、合成氨的适宜条件 合 【投影】合成氨的适宜条件的选择 合 外界条件 使 NH3 生产得快 速率分析 压强 温度 催化剂 反应物的浓度 生成物氨的浓 减小浓度 度 【交流· 讨】 交 研 研讨的 研讨的内容 问题 1、既然增大压强既可提高反应速 率，又可提高氨的产量，那么在 合成氨工业中压强是否越大越 好？ 2、既然降低温度有利于平衡向生成 氨的方向移动，那么生产中是否 温度越低越好 3 、催化剂对化学平衡的移动没有 影响， 在合成氨工业中要不要使 用催化剂，为什么？ 【分析】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 温度怎 么 择？ 要不要 用催化 剂？ 选 培养学生的自学 思考问题、 带着问 能力，了解化工生 题自学阅读教材， 产 必 须 考 虑 的 问 明确工业合成氨 题，以及理论和实 条件选择的立足 际间的联系。 点和合成氨反应 的适宜条件 压强怎 么定？ 结构 研讨的 减小浓度 高压 高温 使用 增大浓度 使 NH3 生产得多 平衡分析 高压 低温 无影响 增大浓度
高中化学 第二章 第4节 化学反应条件的优化---工业合成氨
例2． 有平衡体系：CO(g)＋2H2(g) ⇌CH3OH(g) ΔH<0，为了增加甲
醇(CH3OH)的产量，应采取的正确措施是( B )
A．高温、高压
B．适宜温度、高压、催化剂
C．低、低压
D．高温、高压、催化剂
例 3．硫酸是一种重要的化工产品，目前主要采用“接触法”进行生产。有关接触氧化反应 2SO2
1．反应原理
N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g) ΔH（298 K）＝－92.2 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·K－1·mol－1。
2．反应特点
正反应是气体体积减小的反应，ΔH < 0，ΔS 0；吉布斯自由能
ΔG=
（公式）= -33.1 （298K时数值） < 0，常温下能自发
进行。
三、合成氨反应的适宜条件 1．合成氨反应适宜条件分析 工业生产中，必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条 件，既要考虑尽量增大反应物的 转化率，充分利用原料，又要选择较快 的速率 ，提高单位时间内的 产量 ，同时还要考虑设备的要求和技术 条件。
2．合成氨的适宜条件（课本80页）
序号 影响因素
选择条件
1
温度
反应温度控制在 700K 左右
2
物质的量
N2、H2投料比 1:2.8（78页）
3
压强
1×107～ 1×108 Pa（低压、中压、高压）
4
催化剂
选择 铁 作催化剂
例1．下列有关工业合成氨的叙述中正确的是(CD ) A．温度升高，不利于提高合成氨的反应速率 B．工业上选择合适的条件，可以使氮气全部转化为氨 C．合成氨反应平衡的移动受温度、浓度、压强等因素的影响 D．使用铁触媒，可以使氮气和氢气化合速率明显增大
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例已知2SO2(g)+O2(g)
其实验数据见表
2SO3 (g) △H＜0
450℃ (1) 应选用的温度是______。 常压 因为常压下SO (2)应采用的压强是______，理由是___________ 2 的转化率已经很高，若采用较大压强，SO2的转化率 __________________________________________ 提高很少，但需要的动力更大，对设备的要求更高。 _______________________________________
2、氨的合成反应，生产中采用的适 宜条件是（ D ）。 A、低温、高压、适当的催化剂 B、高温、常压
C、尽可能高温、高压
D、适当的温度、适当的高压、适宜 催化剂
3．在合成氨工业中，为增加NH3的日产 量，下列变化过程不能使平衡向右移动 的是（ BC ） （A）不断将NH3分离出来 （B）使用催化剂 （C）采用700K左右的高温 （D）采用2×107～5×107Pa的压强
第4节 化学反应条件的优化
Hale Waihona Puke 习温度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
升高温度,平衡向吸 温度越高,反应速 热方向移动 率越大 气体压强 压强越大,反应速 增大压强,平衡向气态物 率越大 质系数减小的方向移动 催化剂 正催化剂加快反应 催化剂对平衡无影响 速率 浓度 反应物浓度越大,反 增大反应物浓度,平 衡正向移动 应速率越大
5、 工业上用以合成氨的原料之一——氢 气，有一种来源是取自石油气。有人设计 了以下反应途径，假设反应都能进行，你 认为最合理的是（ C ） 高温 A. C3H8 3C+4H2 高温脱氢 B. C3H8 C3H6+H2 C. C3H8+3H2O 催化剂 3CO+7H2 D. C3H8+5O2 3CO2+4H2O 电解 2H2O === 2H2+O2
4、在合成氨反应中，入口气体体积比 N2:H2:NH3 为6:18:1，出口气体体积比 25% 为 9:27:8，则H2的转化率为________
N2+3H2 2NH3 起始 6 18 1 变化 X 3X 2X 平衡 6-X 18-3X 1+2X (6-X) : (1+2X)=9:8 X=1.5 1.5×3 H2转化率= 18 ×100%=25%
课堂练习
1、关于氨的合成工业的下列说法正确的是 （ B） (A)从合成塔出来的气体，其中氨一般占 15%，所以生产氨的工业的效率都很低 (B)由于NH3易液化，N2、H2可循环使用， 则总的说来氨的产率很高 (C)合成氨工业的反应温度控制在500 ℃左 右，目的是使平衡向正反应方向进行 (D)合成氨工业采用20 MPa ---- 50MPa ， 是因该条件下催化剂的活性最好
交流· 研讨（P65） 分析：合成氨的反应特点
N2 (g) +3H2 (g)
△H =-92.2kj.mol-1
2NH3 (g)
△S=-198.2j.K-1. mol-1 可逆 _____反应 反 应 放热 正反应为_____反应 特 减小 点 正反应为气体体积_____的反应
思 考
请同学们根据合成氨反应的特点，从 影响化学平衡移动的因素和影响化学反应 速率的因素，分析什么条件有利于提高氨 的产率？
3、在合成氨工业中要使用催化剂，既然催 化剂对化学平衡的移动没有影响，为什么 还要使用呢？
2、请你尝试为合成氨选择适宜条件
合 成 氨 适 宜 条 件
铁触媒 催化剂____________ 700K左右 温度____________
根据设备动力选择压强 7~ 1×108Pa ________________ 1×10 N2、H2投料比______ 1:2.8 氨气 及时分离________
三、合成氨的适宜条件
1、请填写下表
外界条件 压强
使NH3生产多
平衡分析
使NH3生产快
速率分析
温度
催化剂 反应物的浓度 生成氨的浓度
高压 低温 无影响 增大浓度 减小浓度
高压 高温 使用
增大浓度 减小浓度
讨论：
1、既然降低温度有利于平衡向生成氨的方 向移动，那么生产中是否温度越低越好？ 2、既然增大压强既可提高反应速率，又可 提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是 否越大越好？