合成氨的适宜条件
高二化学教案合成氨条件的选择(精选3篇)
高二化学教案合成氨条件的选择（精选3篇）1. 教案题目：合成氨的条件选择教学目标：1. 了解合成氨的条件选择；2. 掌握合成氨的压力、温度和催化剂选择的原则；3. 能够描述合成氨过程的化学方程式。
教学步骤：Step 1：引入话题老师向学生介绍合成氨的重要性和广泛应用，并提出探究合成氨条件选择的问题。
Step 2：合成氨的条件选择教师引导学生思考合成氨的条件选择，即压力、温度和催化剂的选择。
压力选择：1. 学生开始选择高压合成氨的原因，并写下自己的观点；2. 老师展示屏幕上的P-T图，解释高压条件下合成氨的优势；3. 学生将自己的观点进行修正，添加新的想法。
温度选择：1. 学生开始选择较低温度合成氨的原因；2. 老师展示屏幕上的热力学数据，解释较低温度条件下合成氨的优势；3. 学生根据新的信息修改自己的观点。
催化剂选择：1. 学生介绍已知的合成氨催化剂；2. 老师展示屏幕上的催化剂活性图，解释不同催化剂的选择；3. 学生总结合成氨催化剂的特点。
Step 3：实验演示老师进行合成氨实验的演示，并解释实验中的条件选择。
Step 4：化学方程式学生根据已学知识，尝试书写合成氨的化学方程式，并与教师和其他同学进行讨论和修正。
Step 5：小结老师总结合成氨的条件选择，并提醒学生合理选择条件。
补充：老师可以适时引用具体的实例，如哈伯-博什过程和莫奥斯过程，来加强学生对条件选择的理解。
2. 教案题目：合成氨的条件选择教学目标：1. 了解合成氨的条件选择；2. 掌握合成氨的压力、温度和催化剂选择的原则；3. 能够描述合成氨过程的化学方程式。
教学步骤：Step 1：引入话题老师向学生介绍合成氨的重要性和广泛应用，并提出探究合成氨条件选择的问题。
Step 2：合成氨的条件选择教师让学生分组讨论合成氨的条件选择，即压力、温度和催化剂的选择。
压力选择：1. 学生分组进行讨论，总结高压合成氨的原因和优势；2. 各组派代表介绍自己的讨论结果，其他组进行补充和讨论；3. 教师总结高压合成氨的优势。
合成氨条件的选择
学科：化学教学内容：合成氨条件的选择【基础知识精讲】1.合成氨反应的理论应用合成氨反应原理：N2+3H22NH3(正反应为放热反应)反应特点是：①可逆反应；②气体总体积缩小的反应；③正反应为放热反应.根据上述反应特点，从理论上分析：(1)使氨生成得快的措施(从反应速率考虑)：①增大反应物的浓度；②升高温度；③加大压强；④使用催化剂.(2)使氨生成得多的措施(从平衡移动考虑)：①增大反应物的浓度同时减小生成物的浓度；②降低温度；③增大压强.2.合成氨条件的选择在实际生产中，既要考虑氨的产量，又要考虑生产效率和经济效益，综合以上两方面的措施，得出合成氨的适宜条件的选择：浓度：一般采用N2和H2的体积比1∶3，同时增大浓度，不加大某种反应物的浓度，这是因为合成氨生产的原料气要循环使用.按1∶3循环的气体体积比，仍会保持1∶3.温度：合成氨是放热反应，降低温度虽有利于平衡向正反应方向移动，但温度过低，反应速率过慢，所以温度不宜太低，在500℃左右为宜，而且此温度也是催化剂的活性温度范围.压强：合成氨是体积缩小的可逆反应，所以压强增大，有利于氨的合成，但压强过高时，对设备的要求也就很高，制造设备的成本就高，而且所需的动力也越大，应选择适当的压强，一般采用2×107Pa～5×107Pa.催化剂：用铁触媒作催化剂，能加快反应速率，缩短达到平衡时间.可将合成氨的适宜条件归纳为：①增大氨气、氢气的浓度，及时将生成的氨分离出来；②温度为500℃左右；③压强为2×107Pa～5×107Pa；④铁触媒作催化剂.3.合成氨的工业简述合成氨工业的简要流程图：(1)原料气的制取.N2：将空气液化、蒸发分离出N2，或将空气中的O2与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2.H2：用水和焦炭(或煤、石油、天然气等)在高温下制取，如(2)制得的N 2、H 2需净化、除杂，再用压缩机压缩至高压.因为若有杂质存在可使催化剂失去催化作用，也称使催化剂“中毒”.(3)在适宜条件下，在氨合成塔中进行合成.(4)氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，提高原料的利用率，并将未反应的H 2、N 2循环送入合成塔，使其充分利用.【重点难点解析】重点：理解应用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件.难点：根据各种影响反应进行的因素选取反应综合条件.1.巧用假设，灵活解题例如：密闭容器中，N 2+3H 2 2NH 3在500℃时达到平衡，问：(1)将H 2、NH 3的浓度同时增大1倍，平衡如何移动?(2)将N 2、NH 3的浓度同时增大1倍，平衡如何移动?分析：浓度的改变是反应物和生成物部分发生而改变，因而平衡的移动就较难判断.而巧用假设就较易解答.(1)将不变浓度的N 2视为液体(常数)，将浓度改变的H 2、NH 3视为气体，得出等效平衡N 2(l)+3H 2(g) 2NH 3(g)，将H 2、NH 3浓度同时增大1倍，相当于上述等效平衡压强增大到原来的2倍，所以等效平衡向正反应方向移动，原平衡同向移动.也可利用平衡常数K 来判断.(2)同理分析可得，平衡向逆方向移动.又例如，平衡反应2NO 2N 2O 4在体积不变的密闭容器中进行，在其它条件不变时，若向容器中分别增加NO 2和N 2O 4，][][422O N NO 的比值如何变化? 分析：先运用上节所介绍的等效假设，增加NO 2或N 2O 4时，压强不变，平衡时比值不变.再压缩时，假设平衡不移动，比值也不变.现实际上平衡右移，所以，无论是增加NO 2还是增加N 2O 4，都有][][422O N NO 比值减小. 2.如何选择适宜条件，使平衡向有利的方向移动?应从以下几方面观察考虑：①反应前后气体物质的计量数；②反应热情况；③反应速率；④转化率(增加廉价物质的量，提高价格贵重原料的利用率)例如，在硫酸工业中，通过下列反应使SO 2转化为SO 3：2SO 2+O 22SO 3(正反应放热)已知常压下平衡混合气体中SO 3体积分数为91%，试回答：(1)生产中常用过量的空气是为了 ；(2)加热到400°～500°是由于 ；(3)压强采用 ，原因是 ；(4)尾气中的SO 2必须回收，是为了 .此题根据题示信息和以上提出的要考虑的几个方面，不难分析作答.3.反应物用量的改变对平衡转化率的影响若反应物只有一种，如aA(g) bB(g)+cC(g)，增加A 的量，平衡向正反应方向移动，但该反应物A 的转化率的变化与气体物质的系数有关.(1)若a=b+c ，A 的转化率不变；(2)若a ＞b+c ，A 的转化率增大；(3)若a ＜b+c ，A 的转化率减小.若反应物不止一种时，如：aA(g)+bB(g) cC(g)+dD(g)(1)若只增加A 的量，平衡正向移动，而A 的转化率减小，B 的转化率增大.(2)若按原比例同倍数地增加反应物A 和B 的量，则平衡向正反应方向移动.而反应物转化率与气体反应系数有关.如a+b=c+d ，A 、B 转化率都不变；如a+b ＜c+d ，A 、B 转化率都减小；如a+b ＞c+d ，A 、B 转化率都增大.4.如何正确区别转化率与物质所占百分含量的关系?例题：如下图所示，是表示外界条件(温度、压强)的变化对下列反应的影响：L(固)+G(气) 2R(气)(正反应为吸热反应)在图中，Y 轴是指( )A.平衡混合气中G 的百分含量B.平衡混合气中R 的百分含量C.G 的转化率D.L 的转化率分析：根据题中给出的反应式可知，该反应是一个气体体积增大的吸热反应.根据图形曲线可知，Y 所指的量应该是：“随温度的升高而减小”以及“随压强的增大而增大”者，应由此来判断符合题意的选项.升温使题中的平衡反应右移，所以R%增大，G%减少，L 和G 的转化率都增高，故只有选项A 符合要求.增大压强，使平衡左移，R%减少，G%增大，也是A 符合要求，所以Y 轴是指平衡混合气体中G 的百分含量.本题答案：A【难题巧解点拨】例1：在一定温度、压强和催化剂存在时，把N 2和H 2按1∶3体积比混合，当反应达到平衡时，混合气中NH 3的体积分数为25%，求N 2的转化率.分析：此题可用常规三行式解法，也可用差量法求解.这里，用整体思维方法求解. 设平衡时混合气为100体积，显然NH 3为25体积.由于N 2和H 2的混合比正好为化学计量数之比，1∶3投料，1∶3转化，转化率也应相同.列式分析如下：N 2+3H 32NH 3平衡时 75 25起始时 75+50 0转化率：αN2=αH2=12550×100%=40% 同学们可用其它解法予以对照.例2：(高考科研题)在一定条件下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中NH 3的体积分数为25%.若反应前后条件保持不变，则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值是( )A.1/5B.1/4C.1/3D.1/2分析：设起始时H 2为amol ，N 2为bmol ，平衡时NH 3为xmol ，则3H 2 + N 2 2NH 3起始时 a b 0平衡后 a-3x/2 b-x/2 x因为，在相同条件下，气体的物质的量之比等于体积比 据题意可得方程：xx b x a x +-+-)2/()2/3(=25%.化简得 b a x +=1/5，故正确答案为A.评析：本题是一道简单的计算题，关键是根据题意列出方程，但必须注意，题目并未规定n(H 2)∶n(N 2)=3∶1，且反应是可逆的.否则，就会导致错选D.另解：利用例1的解题思想，这里无论起始投入按何种比例，仍可设平衡时总体积为100L ，则NH 3为25L ，H 2和N 2共75L.按反应化学计量数关系，反应前原反应物体积应为(75+50)L ，反应后缩小的体积为(125-100)L ，所求比值为(125-100)∶125＝51. 例3：工业上用氨和二氧化碳反应合成尿素.已知下列物质在一定条件下均能与水反应产生H 2和CO 2，H 2是合成氨的原料，CO 2供合成尿素用.若从充分利用原料的角度考虑，选用 (填序号)物质作原料较好.A.COB.石脑油(C 5H 12、C 6H 14)C.CH 4D.焦炭作出这种选择的依据是 .(杭州市联考试题)分析：根据反应：N 2+3H 22NH 3，CO 2+2NH 3CO(NH 2)2+H 2O ，若要充分利用原料，显然要求原料与水反应产生的H 2和CO 2物质的量之比等于或接近于3∶1时，上述反应趋于恰好反应，原料得以充分利用.根据题示信息：C+2H 2O ＝CO 2+2H 2(2∶1)，CO+H 2O ＝CO 2+H 2(1∶1)CH 4+2H 2O ＝CO 2+4H 2(4∶1)，C 5H 12+10H 2O ＝5CO 2+16H 2(3.2∶1)，故石脑油的利用率最高，答案为B.评析：若要求充分利用原料，通常有两种途径：(1)所投入的原料物质的量之比等于化学方程式中物质的化学计量数之比，使原料恰好反应；(2)增加廉价物质的量，使价格贵重物质充分利用，亦即提高价格贵重的原料利用率.【典型热点考题】例1：在氮气、氢气合成氨的合成塔中，进入的气体按N 2与H 2体积比为1∶3，塔中的压强为1.62×107Pa ，又知从塔中出来的气体中，NH 3占25%(体积百分组成).求：(1)从合成塔出来的混合气体中，N 2和H 2的体积百分组成.(2)合成塔出来气体的压强.分析： (1)N 2+3H 22NH 3反应中N 2与H 2的体积比(同于物质的量之比)和原料混合气体中的比值相同，故从塔中出来的气体中N 2∶H 2仍为1∶3.即V(N 2)=(1-25%)×41×100%=18.75% V(H 2)=(1-25%)×43×100%=56.25%(2) N 2 + 3H 22NH 3 起始(mol) 1 30 平衡(mol) 1-x 3-3x 2xxx x x 2)33()1(2+-+-×100%=25%，x=0.4 即 1-x=0.6,3-3x=1.8,2x=0.8∴ n 2=3.2mol ，而n 1=4molT 不变时 p 1∶p 2=n 1∶n 2则p 2=p 1·12n n =1.62×107×42.3=1.30×107(Pa). 评析：巧用原料气配比和反应进行特点以及阿伏加德罗定律解题.此题属合成氨工业生产基本的理论计算.例2：(1997年全国高考题)把氢氧化钙放入蒸馏水中，一定时间后反应达到如下平衡：Ca(OH)2Ca 2++2OH -加入以下溶液，可使Ca(OH)2减少的是( )A.Na 2S 溶液B.AlCl 3溶液C.NaOH 溶液D.CaCl 2溶液分析：要使Ca(OH)2的量减少，需使平衡Ca(OH)2(固) Ca 2++2OH -向右移动，而减少Ca 2+的浓度或OH -的浓度可使平衡右移.A 、C 溶液呈碱性，能增大OH -的浓度，D 能增大Ca2+的浓度，即A 、C 、D 均使平衡左移；只有B 中的Al 3+能结合OH -，使平衡右移.答案为B.评析：勒夏特列原理除适用于化学平衡外，同样可应用在溶解平衡、电离平衡、水解平衡中.例3：(1998年上海高考题)牙齿表面由一层硬的、组成为Ca 5(PO 4)3OH 的物质保护着，它在唾液中存在下列平衡：Ca 5(PO 4)3OH(固) 5Ca 2++3PO 43-+OH -(1)进食后，细菌和酶作用于食物，产生有机酸，这时牙齿就会受到腐蚀，其原因是 .(2)已知Ca 5(PO 4)3F(固)的溶解度比上面的矿化产物更小，质地更坚固.当牙膏中配有氟化物添加剂后能防止龋齿的原因是(用离子方程式表示) .(3)根据以上原理，请你提出一种其他促进矿化的方法.答： .分析：(1)H ++OH -＝H 2O ，使平衡向脱矿方向移动.(2)依据信息，F -替换平衡中的OH -，生成溶解度更小、质地更坚固的Ca 5(PO 4)3F,5Ca 2++3PO 43-+F -=Ca 5(PO 4)3F ↓.(3)促进矿化的方法之一是使上述平衡向左移动.一种可行的方法是加Ca 2+，使平衡向左移动.评析：本题主要考查运用勒夏特列原理解决化学实际问题的能力.题目新颖，但答案就在题干中，关键在于认真理解题意，并能和所学知识联系起来.【同步达纲练习】1.氨的合成反应为N2+3H22NH3(正反应放热)，在合成氨工业生产中应采取的适宜条件是( )A.低温、高压、催化剂B.高温、高压C.尽可能的高温、高压D.适当温度、适当高压、催化剂2.下列事实中，不能用勒夏特列原理解释的是( )A.由H2和N2合成氨时，在高压下进行是有利的B.升高盛放水的密闭容器中的温度，水的蒸气压就增大C.合成氨在高温下进行，加入催化剂使反应速率增加，这对氨的合成有利D.降低压强，使N2O4的分解率增高3.以下事实不能用勒夏特列原理解释的是( )A.温度过高对合成氨不利B.合成氨在高温下进行是有利的C.合成氨在高温下进行和加入催化剂都能使反应速率加快D.在合成氨时，氮气要过量4.工业合成氨的反应是在500℃左右进行的，主要原因是( )A.500℃时此反应速率最快B.500℃时氨的平衡浓度最大C.500℃时氨的转化率最高D.500℃时该反应催化剂的催化活性最好5.下列所述情况表示合成氨反应达到平衡状态的是( )A.H2的消耗速率与NH3的生成速率之比为3∶2B.体系中混合气体的平均相对分子质量不再改变C.N2的生成速率与NH3的生成速率之比为1∶2D.密闭容器中H2、N2、NH3的物质的量之比为3∶1∶26.在N2+3H22NH3+Q的反应中，下列叙述不正确的是( )(1)加压，使正反应速率加快，逆反应速率减慢；平衡向正反应方向移动(2)升高温度，使正反应速率变慢、逆反应速率加快，平衡向逆反应方向移动(3)使用催化剂，既加快正、逆反应速率，又有利于平衡向正反应方向移动(4)温度越低，单位时间内氨的产量越高(5)增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动，反应物的利用率一定提高A.只有(1)(2)B.只有(1)(2)(3)C.只有(4)(5)D.全不正确7.NH3加热分解为N2和H2，在同温同压下，测得分解后气体的密度为分解前的2/3，则氨的分解率为( )A.50%B.60%C.40%D.80%8.设温度为T，压强为p，容器体积为V，合成氨反应达平衡状态时，如下操作平衡不发生移动的是( )A.恒定T、p时，充入NH3B.恒定T、V时，充入N2C.恒定T、p时，充入NeD.恒定T、V时，充入He9.在合成氨反应中N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H＜0，反应已达平衡，若v(N2)、v(H2)、v(NH3)表示为正反应速率，v′(N2)、v′(H2)、v′(NH3)表示为逆反应速率，则下述不正确的是( )A.此时：v(N 2)＝3v ′(H 2)B.缩小体积：v(H 2)＜32v ′(NH 3) C.升温：2v(N 2)＜v ′(NH 3) D.分离出部分氨：3v(N 2)＝v(H 2)10.下列说法正确的是( )A.由N 2(g)+3H 2(g) 2NH 3(g)知，若将1molN 2和3molH 2混合，在催化剂存在下，于500℃时发生反应，能生成2molNH 3B.一定温度下，在一容积不变的容器内进行合成氨的反应，一段时间后，其压强不再改变，可认为已达平衡状态C.合成氨反应达平衡后，缩小容器体积，NH 3的浓度增大，平衡常数K 值也增大11.在合成氨时，可以提高H 2转化率的措施是( )A.延长反应时间B.充入过量H 2C.升高温度D.充入过量N 212.某容器中加入N 2和H 2，在一定条件下，N 2+3H 22NH 3达到平衡时，N 2、H 2、NH 3的浓度分别是3mol/L 、4mol/L 、4mol/L.则反应开始时H 2的浓度是( )A.5mol/LB.10mol/LC.8mol/LD.6.7mol/L13.合成氨中使用铁触媒的作用是( )A.降低反应温度B.提高氨气的纯度C.加快反应速率D.提高平衡时氨气的浓度14.合成氨所需的H 2可由煤和水蒸气反应而制得，其中一步的反应为：CO+H 2O(g) CO 2+H 2+43kJ.下列措施中，能提高CO 转化率的是( )A.增大压强B.降低温度C.增大CO 浓度D.增大水蒸气的浓度15.对于可逆反应：2Cl 2+2H 2O(g) 4HCl+O 2(正反应吸热)当反应达到平衡后：(1)扩大容器体积，H 2O 的物质的量 ；(2)加入O 2，Cl 2的浓度 ；(3)增加压强，Cl 2的物质的量 ；(4)加入Cl 2，HCl 的浓度 ；(5)升高温度，H 2O 的物质的量 ；(6)加入正催化剂，O 2的浓度 ；(7)加入氦气，HCl 的物质的量 .16.合成氨原料气中氮气制备的方法之一为，方法之二为 ；另一原料气氢气的制取化学方程式为 .17.298K 时，合成氨反应的热化学方程式为N 2(g)+3H 2(g) 2NH 3(g)+92.4kJ ，在该温度下，取1molN 2和3molH 2放在一密闭容器中，在催化剂存在时进行反应，测得反应放出的热量总小于92.4kJ ，其原因 .【素质优化训练】1.在密闭容器中加少量水，常压下通氨气至饱和，则会建立下列平衡：NH 3+H 2O NH 4++OH -，若要使该反应中的OH -离子浓度增大，应采用的措施是( )A.加水B.加NH 4Cl 晶体C.常压下继续通入氨气D.将氨气的压强增大1倍后再通入密闭容器中2.反应PCl5(g) PCl3(g)+Cl2(g)……①2HI(g) H2(g)+I2(g) ……②2NO2(g) N2O4(g) ……③在一定条件下，达到化学平衡时，反应物的转化率均是a%.若加入一定量的各自的反应物，则转化率( )A.均不变B.均增大C.①增大②不变③减小D.①减小②不变③增大3.在某容积一定的密闭容器中，可逆反应A(g)+B(g) xC(g)，符合下列下图像Ⅰ所示关系.由此推断对下图Ⅱ的正确说法是( )A.p3＞p4Y轴表示A的转化率B.p3＜p4Y轴表示B的百分含量C.p3＞p4Y轴表示混合气体的密度D.p3＞p4Y轴表示混合气体的平均摩尔质量I II4.可逆反应A(g)+B(g) 2C(g)在不同温度下经过一定时间，混合物中C的体积分数与温度的关系如图所示.那么：(1)由T1和T2变化时，正反应速率逆反应速率(填＞、＜、＝)；(2)由T3向T4变化时，正反应速率逆反应速率(填＞、＜、＝)；(3)反应在温度下达到平衡；(4)此反应的正反应为热反应.5.可逆反应A(g)+3B(g) 2C(g)，在反应过程中C的百分含量c%与温度关系如图所示，请回答(1)正反应是反应(放热、吸热).(2)t＜500℃时，c%逐渐增大是因为.(3)t ＞500℃时，c%逐渐减小是因为 .6.合成氨厂常通过测定反应前后混合气体的密度来确定氮气的转化率.某工厂测得合成塔中N 2、H 2混合气体的密度为0.5536g/L(标况下测定)，从合成塔出来的混合气体在相同条件下密度为0.693g/L.求该合成氨厂N 2的转化率.7.以H 2、CO 为主要组成，供化学合成用的一种原料气叫做“合成气”.若用天然气为原料制合成气，可用“天然气蒸气转化”的反应：CH 4(g)+H 2O(g) CO(g)+3H 2(g)-Q生产时主要条件是温度、压强和水蒸气的配比，另外还要有适宜的催化剂.合成气里的H 2可用于合成氨，CO 最终分离出来后可用于合成甲醇、醋酸、乙二醇等，即新兴起的以分子中只含有一个碳原子的化合物为原料来合成化工产品的“C 1化学”.据此回答以下两题：(1)天然气蒸气转化的主要反应进行时，有关叙述中不正确的是( )A.反应速率为3v(H 2)=v(CH 4)B.温度为800℃～820℃，若超过1500℃反而不利C.工业上为使平衡正向移动，要用过量的天然气D.在加压的条件下，正反应速率会增大(2)目前用合成气生成甲醇时，采用Zn-Cr 催化剂，其反应为：CO(g)+2H 2(g) CH 3OH(g)+Q有关叙述正确的是( )A.达到平衡时，容器内的总压保持不变B.合成甲醇的反应可以认为是CO 的氧化反应C.根据勒夏特列原理，合成甲醇的反应要在加压和维持相当高的温度下进行，以利于提高单位时间内的产量D.甲醇与CO 能在一定条件下化合生成醋酸是因CO 插入CH 3OH 中形成C ＝O 键而成8.有些反应从表面上看不能进行.如：(1)KClO 4+H 2SO 4−→−HClO 4+KHSO 4 (2)Na+KCl −→−NaCl+K (3)Mg+RbCl −→−MgCl 2+Rb(4)KCl+NaNO 3−→−NaCl+KNO 3 而实际生产中恰被用来制取带横线的物质.这4个反应中利用的反应原理相同的是 ，其原理是 ，不相同的原理是 .【生活实际运用】1.有文献报导：硫在空气中燃烧时，产物中的SO 3约占5%～6%(体积)，而硫在纯氧中燃烧时，其产物中的SO 3约占2%～3%(体积)，你能解释这一现象吗?试试看!〔提示：S+O 2 SO 2放出热量如何影响化学平衡2SO 2(g)+O 2(g) 2SO 3(g)+Q 〕2.反应CO(g)+ 21O 2(g) CO 2(g)在1600℃时，K ＝1×104.经测定汽车尾气里的CO 和CO 2的浓度分别为4.0×10-5mol ·L -1和4.0×10-4mol ·L -1.若在汽车的排气管上增加一个1600℃的补燃器，并使其中的O 2浓度始终保持4.0×10-4mol ·L -1，求CO 的平衡浓度和补燃器转化率.3.在上题的系统里，同时发生反应：SO 2(g)+ 21O 2(g) SO 3(g)K ＝20，经测定，汽车的尾气原有SO 2气体的浓度为2×10-4mol ·L -1.问SO 3的平衡浓度?4.某农科所研究人员把棚内空气中的CO 2浓度提高3～5倍，并将O 2浓度尽量减少，结果取得良好的增产效果.从反应：得到的启发是： .5.合成氨工业用氢气和氮气在催化剂作用下直接合成，右表表示在一定温度和压强下达到动态平衡时氨的体积分数.其中2N V ∶2H V ＝1∶3.如图所示装置是一透热性很好的坚固容器，活塞C 可左右移动，其总体积为44.8L ，现将400℃、300大气压的H 233.6L 和400℃，300大气压的N 211.2L 充入容器中，当两者反应达到动态平衡时，若保持混合气体的压强仍为400℃、300大气压，求：(1)容器是向外界放热，还是吸热?(2)充入的N 2的物质的量是多少?充入的H 2转化率是多少?(3)活塞C 要向左侧移动的距离与容器全长之比是多大?参考答案：【同步达纲练习】1.D2.C3.BC4.D5.BC6.D7.A8.D9.AB 10.B 11.D 12.B 13.C 14.D 15.(1)减小 (2)增大 (3)增大 (4)增大 (5)减小 (6)不变 (7)不变 16.将空气液化，蒸发；空气中O2与C作用后，除去CO2；C+H2O(g) CO+H2，CO+H2O(g) CO2+H217.该热化学方程式表示完全生成2molNH3放热92.4kJ，而合成氨为可逆反应，1molN2和3molH2不可能得到2molNH3，故测得热量小于92.4kJ.【素质优化训练】1.D2.D3.AD4.(1)＞ (2)＜ (3)T3 (4)放5.(1)放热 (2)当t＜500℃时，反应未达平衡，温度升高，反应速度加快，且v正＞v逆，所以c%随温度升高而增大； (3)当t=500℃时，反应达到平衡状态，c%为最大值，由于反应是放热反应，在t＞500℃时，温度升高，反应速度加快，但v正＜v逆，平衡向逆反应方向移动，所以c%随温度升高而减小.6.25%7.(1)AC (2)AD8.(1)(2)(3)相同；利用所需产物的较低溶沸点，使这些物质挥发，及时从平衡体系中移去，使平衡不断向正反应方向移动； (4)利用重结晶法【生活实际运用】1.在纯O2中燃烧，放出热量升温更快，使放热反应平衡逆向进行，故使SO3体积分数减小.2.2.2×10-6mol/L；94.5%3.5.7×10-5mol/L4.增大反应物(CO2)浓度，同时减小生成物(O2)浓度，可使化学平衡向正反应方向移动，从而提高C6H12O6的产率.5.(1)放热(2)n(N2)：60.9mol;转化率α(H2)=64% (3)0.32。
工业合成氨资料讲解
1. 合成氨工业(1)简要流程(2)原料气的制取N2：将空气液化、蒸发分离出N2或将空气中的O2与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2。
H2：用水和燃料(煤、焦炭、石油、天然气)在高温下制取。
用煤和水制H2的主要反应为：(3)制得的H2、N2需净化、除杂质，再用压缩机制高压。
(4)氨的合成：在适宜条件下，在合成塔中进行。
(5)氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，提高原料的利用率，并将没有完全反应的N2和H2循坏送入合成塔，使之充分利用。
2.合成氨条件的选择(1)合成氨反应的特点：合成氨反应是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应：(2)合成氨生产的要求：合成氨工业要求：○1反应要有较大的反应速率；○2要最大限度的提高平衡混合物中氨气的含量。
(3)合成氨条件选择的依据:运用化学反应速率和化学平衡原理的有关知识，同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素来选择合成氨的适宜生产条件。
反应条件对化学反应速率的影响对平衡混合物中NH3的含量的影响合成氨条件的选择增大压强有利于增大化学反应速率有利于提高平衡混合物中NH3的产量压强增大，有利于氨的合成，但需要的动力大，对材料、设备等的要求高，因此，工业上一般采用20MPa—50MPa的压强升高温度有利于增大化学反应速率不利于提高平衡混合物中NH3的产量温度升高，化学反应速率增大，但不利于提高平衡混合物中NH3的含量，因此合成氨时温度要适宜，工业上一般采用500℃左右的温度(因该温度时，催化剂的活性最强)使用催化剂有利于增大化学反应速率没有影响催化剂的使用不能使平衡发生移动，但能缩短反应达到平衡的时间，工业上一般选用铁触媒作催化剂，使反应在尽可能低的温度下进行。
○1温度：500℃左右○2压强：20MPa—50MPa ○3催化剂：铁触媒除此之外，还应及时将生成的氨分离出来，并不断地补充原料气，以有利合成氨反应。
(6)合成氨生产示意图3.解化学平衡题的几种思维方式(1)平衡模式思维法(三段思维法)化学平衡计算中，依据化学方程式列出“起始”“变化”“平衡”时三段各物质的量(或体积、或浓度)，然后根据已知条件建立代数式等式而进行解题的一种方法。
工业合成氨
温度 催化剂
浓度
练习 1.1913年德国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。下列是哈伯法的流程图，其中
为提高原料转化率而采取的措施是( B )
A．①②③ C．①③⑤
B．②④⑤ D．②③④
不同压强SO2的转化率（%）
1.0×105Pa 5.0×105Pa 1.0×106Pa 5.0×106Pa 1.01×107Pa
③使用催化剂
④增大CO的浓度
A. ①②③
⑤增大水蒸气的浓度
C. ①⑤ D. ⑤
B. ④⑤
三、合成氨反应的速率
影响合成氨反应的速率的因素有哪些？从反应速率角度 考虑应选择什么条件？
温度 压强 浓度 催化剂
高温 高压 增大N2、H2浓度 Fe（铁触媒）
四、合成氨的适宜条件
条件 压强 工业合成氨的适宜条件 在设备条件允许的前提下，尽量采取高 压(1×107~1×108Pa) 700K,考虑速率，催化剂的适宜温度(该 温度下催化剂活性最大) 铁做催化剂 不断的补充反应物，及时的分离出产物， N2、 H2的物质的量之比1:2.8
工业合成氨
工业合成氨： N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) △ S=-198.2J/(K ·mol) △ H=-92.2KJ/mol
合成氨反应的特点：Βιβλιοθήκη 1.可逆反应2. 放热反应
3.气体体积减小的反应
利用所学理论分析工业合成氨的适宜条件？
一、合成氨反应的方向
△H-T△S＝-92.2kJ· mol－1＋298K×198.2J· K － 1· mol－1 ＝－33.1kJ· mol－1＜0， 故该反应在298K时能自发进行
【知识解析】工业合成氨适宜条件的分析
工业合成氨适宜条件的分析1 压强（1）理论分析和对实验数据的分析均表明，合成氨时压强越大越好。
压强对工业合成氨的影响如图2－4－1所示：优点如图2－4－1，压强越大，合成氨反应的反应速率越大，原料的转化率越高，平衡混合物中氨的体积分数越高400 ℃下平衡时氨的体积分数随压强的变化示意图图2－4－1缺点压强越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益（2）目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30 MPa。
2 温度（1）根据平衡移动原理，合成氨应该采用低温以提高平衡转化率。
温度对工业合成氨的影响如图2－4－2所示：优点如图2－4－2，温度越低，原料的转化率越高，平衡混合物中氨的体积分数越高10 MPa下平衡时氨的体积分数随温度的变化示意图图2－4－2缺点温度降低会使化学反应速率减小，反应达到平衡所需时间变长，经济效益降低（2）目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500 ℃。
3 催化剂（1）目前，合成氨工业中普遍使用的催化剂：铁触媒（以铁为主体的多成分催化剂）。
（2）催化原理：改变反应历程，降低反应的活化能。
如图2－4－3所示：图2－4－3（3）铁触媒在500 ℃左右时的活性最大，这也是合成氨反应一般选择400～500 ℃进行的重要原因。
注意原料气需预先净化，防止原料气中的杂质使催化剂“中毒”。
4 合成氨的生产流程（1）生产流程图2－4－4（2）流程分析①原料气干燥、净化：除去原料气中的水蒸气及其他气体杂质，防止与催化剂接触时，导致催化剂“中毒”而降低或丧失催化活性。
②压缩机加压：增大压强。
③热交换：合成氨反应为放热反应，反应体系温度逐渐升高，为原料气反应提供热量，故热交换可充分利用能源，提高经济效益。
④冷却：生成物NH3的液化需较低温度，采取迅速冷却的方法，可使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出来，以促使平衡向生成NH3的方向移动。
合成氨
2、温度怎么选择？ 温度怎么选择？
①因为正反应方向是放热的反应，所以降 因为正反应方向是放热的反应， 低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量。 低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量。 ②温度越低，反应速率越小，达到平衡所 温度越低，反应速率越小， 需要的时间越长，因此温度也不宜太低。 需要的时间越长，因此温度也不宜太低。 ③ 催化剂要在一定的温度下才能达到最 佳的催化效果。 佳的催化效果。 综合以上因素， 综合以上因素，实际生产中温度一般选择 400~500℃ 主要考虑催化剂的活性）左右。 在400~500℃（主要考虑催化剂的活性）左右。
实际选择 适宜条件） （适宜条件）
平衡转化率 产物多） （高 ， 产物多）
压强 温度 催化剂
大 高 用 大
大 低 无关 H2、N2浓度大 NH3浓度小
20MPa ~ 50MPa
450℃ ～500℃ ℃ ℃ 铁触媒
及时分离NH 及时分离 3 不断补充H 不断补充 2、N2 N2、H2循环使用
浓度
三、工业合成氨的流程 合成氨工业的流程： 合成氨工业的流程：
一、合成氨反应的原理
N2(g) + 3H2(g)
请思考这个反应的特点 正反应是一个气体体积缩小的放热反应。 正反应是一个气体体积缩小的放热反应。
2NH3(g) + 112.64kJ
假如你是合成氨工厂的厂长，对产品 假如你是合成氨工厂的厂长， 的生产效率、成本有何要求? 的生产效率、成本有何要求?
要从反应速 率和反应平 衡两方面来 考虑
速度要快 原料的利用率要高 单位时间的产量要高 生产中的消耗能源、原料、 生产中的消耗能源、原料、设备条件等因素
知识讲解-化学反应条件的优化—工业合成氨(提高)
化学反应条件的优化—工业合成氨 编稿：宋杰 审稿：张灿丽【学习目标】1、能用平衡移动原理（勒夏特列原理）解释一些生活、生产问题；2、理解如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件；3、了解合成氨生产的适宜条件和工艺流程。
【要点梳理】要点一、合成氨反应原理和特点。
1、反应原理：N 2（g ）+3H 2（g ）,高温高压催化剂2NH 3（g ）。
2、反应特点。
①可逆反应；②正反应是放热反应；③正反应是气体体积缩小的反应；④氨很容易液化。
要点二、合成氨适宜条件的选择。
1、适宜生产条件选择的一般原则。
对任一可逆反应，增大反应物浓度，能提高反应速率和转化率，故生产中常使廉价易得的原料适当过量，以提高另一原料的利用率，如合成氨中氮气与氢气的配比为1∶2.8。
选择条件时既要考虑反应的快慢——反应速率越大越好，又要考虑反应进行的程度——使化学平衡尽可能向正反应方向移动，来提高氨在平衡混合物中的体积分数。
2、合成氨条件选择的依据。
运用化学反应速率和化学平衡原理的有关知识，同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素来选择合成氨的适宜生产条件。
[归纳] 合成氨的适宜条件： （1）温度：500℃左右；（2）压强：20 MPa ～30 MPa ；（3）催化剂：铁触媒（500℃时其活性最强）。
除此之外，还应及时将生成的氨分离出来，并不断地补充原料气（N 2和H 2），以有利于合成氨反应。
要点三、合成氨工业的简介。
合成氨工业的简要流程：合成氨生产示意图2-4-1：1、原料的制取氮气：将空气液化、蒸馏分离出氮气或者将空气中的氧气与碳作用生成CO 2，除去CO 2后得氮气。
氢气：用水和燃料（煤、焦炭、石油、天然气等）在高温下制取。
主要反应有： C+H 2O （g ）高温CO+H 2CO+H 2O （g ）∆催化剂CO 2+H 2CH 4+H 2O （g ）700C 900C︒︒催化剂CO+3H 22CH 4+O 2950C︒催化剂2CO+4H 22、制得的氮气和氢气需净化、除杂质，再用压缩机压缩至高压。
合成氨工艺条件
合成氨工艺条件一、压力的优化在氨合成过程中，合成压力是决定其他工艺条件的前提，是决定生产强度和技术经济指标的主要因素。
提高操作压力有利于提高平衡氨含量和氨合成反应速率，增加装置的生产能力，有利于简化氨分离流程。
但压力高对设备材质及加工制造的技术要求高，同时，高压下反应温度也较高，催化剂的使用寿命缩短。
因此，合成压力的选择需要综合权衡。
生产上选择合成压力主要涉及功的消耗，包括高压机功耗、循环气压缩机功耗和冷冻系统压缩功耗。
图1为某日产900t氨合成工段功耗随压力变化的关系。
可见，提高压力，循环气压缩功耗和氨分离功耗减少，但高压机功耗却大幅度上升。
当操作压力在20～30MPa之间时，总功耗最少。
实际生产中，中小型合成氨厂采用电动机驱动的往复式高压机，其合成压力在20～32MPa；大型合成氨厂采用蒸汽透平驱动离心式高压机，同时采用低压力降的径向合成塔、装填低温高活性催化剂，其操作压力可降至10～15MPa。
氨合成的所需压力的不同，使用高压机类型不同以及驱动高压机的动力和能源种类不同，这是大型氨厂和中小型氨吨氨能耗相差悬殊的主要原因。
二、温度的优化氨合成反应必须在催化剂的存在下才能进行，而催化剂必须在一定的温度范围内才具有活性，所以氨合成反应温度必须维持在所用催化剂的活性温度范围内。
目前工业上使用的铁催化剂的活性温度范围大体在400～550℃之间。
通常，将某种催化剂在一定生产条件下具有最高氨生成率时的温度称为最适宜温度。
不同的催化剂具有不同的最适宜温度，而同一催化剂在不同的使用时期，其最适宜温度也会改变。
例如，催化剂在使图1 功耗与压力的关系用初期活性较强，反应温度可以低些。
催化剂使用中期活性减弱，操作温度要比使用初期提高一些。
催化剂使用后期活性衰退，操作温度又要比使用中期再提高一些。
此外，最适宜温度还和空速、压力等因素有关。
氨的产率与温度、空速的关系如图2所示。
由图可见，在一定的空速下，开始时氨的产率随着温度的升高而增大，达到一个最高点后，温度再升高，氨产率反而下降。
合成氨
升高 温度
使用 催化 剂
有利于增 大化学反 没有影响 应速率
第四节 合成氨条件的选择
问题2：请同学们分析工业生产主要要考虑哪些问题？ 首要：经济效益与社会效益 基本要求：
a、反应快
b、原料利用率高
c、单位时间内产量高
2.2 合成氨生产
1．概述
（1）合成氨工业的重要性
合成氨工业是基础化学工业的重要组成部分，有十分 广泛的用途。
②它的建立与反应途径无关，从正反应或逆反应开始都可以建立平衡状态 特 征
动：动态平衡 定：外界条件一定，各组分含量一定(不是相等) 变：外界条件改变，平衡被破坏，发生移动而建立新平衡
原因：反应条件改变引起 结果：速率、各组分含量与原平衡比较均发生变化 V(正）＞V（逆）向正反应方向移动 方向 V(正）＝V（逆）原平衡不移动 V(正）＜V（逆）向逆反应方向移动 注意：其他条件不变，改变影响平衡的一个条件才能应用 浓 度:增大反应物浓度或减小生物浓度，平衡向正反应方向移动 压 强：增大(或减小)压强，平衡向气体体积缩小(或扩大)的方向移动 温 度：升高(或降低)温度，平衡向吸热(或放热)方向移动 催化剂：对化学平衡状态无影响
适宜条件: 温度: 700K (速率较快,转化率适中催化剂活性最大) 压强: 2×10 ～5×10 Pa（200～500atm） (有利于氨的合成,对动力、材料强度、 设备制造要求适中)
7
7
催化剂：铁触媒(以铁为主体的多成分催化剂) 使反应物在较低温度下较快的进行反应。
浓度：将生成的氨及时从混合气中分离出来， 且向循环气中不断补充 N2、H2（1:2.8)。
52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
1.21_合成氨 纯碱的生产_基础
1.21合成氨 纯碱的生产【学习目标】1、了解合成氨的反应原理、基本生产过程和合成氨工业发展中需要解决的问题；2、通过纯碱的两种典型生产过程及其演变的学习，了解化学工艺改进的原因、思路、条件以及由此带来的社会和经济效益。
【要点梳理】要点一、合成氨的反应原理1．合成氨适宜条件选择的依据合成氨的反应原理：3H 2 (g)+N 2 (g)垐垐垎噲垐高温高压催化剂2NH 3 (g)；ΔH =―92.4 kJ·mol ―1；特点：这是一个放热的、气体总体积缩小的可逆反应。
工业上合成氨，既要使反应进行得快，又要使平衡混合物中氨的含量高，还要考虑生产中的动力、材料、设备等因素，以取得最佳效益。
因此必须根据化学反应速率和化学平衡原理的有关知识，对合成氨的条件进行选择。
要点诠释：勒夏特列原理主要解决的是平衡问题，主要包括平衡移动、平衡转化率、产率等问题。
但以下几方面问题，则不能用勒夏特列原理解释：①是否需要催化剂及催化剂的催化效率问题；②反应速率进行的快慢、达到平衡时间长短问题；③与勒夏特列原理相矛盾的实际应用问题。
（1）合成氨时，压强是否越大越好，为什么使用了高温、高压还要用催化剂？选择合成氨的条件时，应以提高综合经济效益为选择生产条件的目的。
目前，合成塔的耐压钢板厚度已达10 cm ，如压强过大，H 2还是会穿透钢板。
由于N 2十分稳定。
即使用了高温、高压，反应速率仍然十分缓慢，需要很长时间才能达到平衡，这在工业生产上是很不经济的，目前，我国合成氨厂通常采用20～50 MPa 。
综合考虑上述因素，在实际生产中，合成氨反应一般选择在500℃左右，为加快反应速率，仍需使用催化剂。
（2）合成氨时，为什么选择500℃的高温，为什么不采用过量的N 2以提高H 2的转化率？500℃的高温，可以加快反应速率，此温度时，催化剂铁触媒的活性最高。
由于氮气的特殊稳定性，即使增大氮气的浓度，对反应速率及氨的产率都影响不大。
合成氨条件的选择
(2)增大压强时合成SO3是否有利?在 实际生产中应如何选择压强?为什么?
有利。在实际生产中应采取常压，因 常压下反应物已有很高转化率，增大压强 虽然可提高SO2转化率，但对设备要求也 高，得不偿失。
2020/11/16
(3)生产中要用过量的空气，为什么?
用过量的空气，可增大反应物中O2的 浓度，从而加快反应速率，并提高SO2的 转化率。
2020/11/16
合
成 氨第 条四 件节
的
选 择
[复习提问] 1.影响化学反应的因素有哪些？ 2.要使一个化学平衡发生移动,可改变哪些 条件?
2020/11/16
一、合成氨的条件选择 1.压强 20 MPa～50MPa 2.温度 500℃左右 3．催化剂 铁触媒——以铁为主体的多成分催化剂。
那么，从平衡混合气中分离出NH3，利 用了氨气的什么性质呢? 易液化 合成氨是在什么设备中进行的? 合成塔。 ①有耐高压的厚壁；②安放有厚层的催化 剂；③有热交换器。
2020/11/16
由于合成氨的反应是放热反应，通过热交 换器，可以预热氮、氢混合气体，使热量 得到充分利用，那么这样的设备是不是最 好的设备呢?将来还有可能有更好的设备 吗?请同学们阅读课本——合成氨工业的 发展前景。
改变浓度。
2020/11/16
4．浓度：分离出NH3后的N2、H2循环使 用，并及时补充原料气。 对，N2和H2开始以1：3的体积比进入合 成塔，分离出来的气体中N2和H2仍为 1：3，再以1：3的体积比补充原料气， 就可以使反应物始终保持一定的浓度， 避免了不断调整反应物配比的麻烦。
2020/11/16
2020/11/16
二、会，因为新催化剂可以使反应在较 低温度下就有很大的反应速率，这样降 低了反应所需温度，低温有利于平衡正 向移动，增大NH3的产量，这样就可以 减缓生产中对压强的要求而减少设备制 造的投资。
化工安全 合成氨
（13-9）
2
氨合成动力学
氢氮混合气在铁催化剂表面上发生的反应大体包括下列几步： 气体向催化剂表面（外表面和内表面）扩散。 气体向催化剂表面（外表面和内表面）扩散。 气体在催化剂表面发生活性吸附。 气体在催化剂表面发生活性吸附。 N2(气) 2N(吸附) H2(气) 2H(吸附) 吸附的氮和吸附的氢发生反应生成氨 N(吸附) + H(吸附) NH(吸附) NH(吸附) + H(吸附) NH2(吸附) NH2(吸附）+ H(吸附) NH3(吸附) 生成的氨从催化剂表面解吸 NH3(吸附) NH3 (气) 从催化剂表面向气体主流扩散。 解吸的氨 从催化剂表面向气体主流扩散。
表2—7 7 压强/MPa 400 温度/ ℃ 500 0.1 52.7 54.0 氨合成反应的热效应（ 氨合成反应的热效应（-∆H⊝/KJ.mol-1） 10.1 53.8 54.7 20.2 55.3 55.6 30.4 56.8 56.5 40.5 58.2 57.6
(2) 化学平衡及平衡常数
四、氮的固定： 氮的固定： 把大气中的氮转化为氮的化合物叫做氮的固定。 把大气中的氮转化为氮的化合物叫做氮的固定。 包括： 包括： 自然固定：豆科植物固氮、雷雨天产生NO气体； NO气体 ① 自然固定：豆科植物固氮、雷雨天产生NO气体； 人工固定：合成氨等。 ② 人工固定：合成氨等。
一 概 述
1、合成氨的重要性 、 氨的合成使人类从自然界制取含氮化合物的最重要方法。 氮则是进一步合成含氮化合物的最重要原料，而含氮化合物在 人民生活中都是必不可少的。1977~1978年，世界含氮化合物 产量为4935万吨氮，1980~1981则达6284万吨。
x=0.70
-rA
x=0.80 x=0.90
【平衡】高考化学知识点讲解考点30合成氨条件的选择
【关键字】平衡考点30合成氨条件的选择1．复习重点1．如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件。
2.了解应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。
2．难点聚焦1．合成氨条件的选择工业上用N2和H2合成氨：N2+3H2 2NH3+Q从反应速率和化学平衡两方面看，选择什么样的操作条件才有好处提高生产效率和降低成本呢？从速率看，温度高、压强大（即N2、H2浓度大）都会提高反应速率；从化学平衡看，温度低、压强大都有好处提高N2和H2的转化率。
可见，压强增大，从反应速率和化学平衡看都是有好处合成氨的。
但从生产实际考虑，压强越大，需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，将使成本增大。
故一般合成氨厂采用的压强是20~50MPa帕斯卡。
而温度升高，有好处反应速率但不好处N2和H2的转化率。
如何在较低的温度下保持较大转化率的情况下，尽可能加快反应速率呢？选用合适的催化剂能达到这个目的。
那么，较低的温度是低到什么限度呢？不能低于所用催化剂的活性温度。
目前使用的催化剂是以铁为主体的多成分催化剂——又称铁触媒。
其活性温度为450℃~550℃，即温度应在450~550℃为宜。
将来如制出活性温度更低、活性也很在的新型催化剂时，合成氨使用的温度当然比现在要低，转化率就能更高了。
选择适宜的条件：根据N2+3H2 2NH3+Q这一反应的特点，运用化学反应速率和化学平衡的理论来选择适宜条件。
该反应为可逆、体积减小、正反应为放热等特点。
（1）适宜的压强：为何强调适宜？压强越大、有好处NH3的合成，但太大，所需动力大，材料强度高，设备制造要求高，成本提高，选择2×107~5×107Pa压强。
思考：工业上生产H2SO4：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)为何不采用加压方法？（因为在常压下SO2的转化率已达91%，不需要再加压）（2）适宜的温度：温度越低越有好处NH3的合成，为何还要选择5000C高温？因为温度越低，反应速率越小，达平衡时间长，单位时间产量低，另外5000C时，催化剂活性最大。
合成氨
合成氨综述摘要：合成氨工业是基础化学工业的重要组成部分，为人类社会发展和人口增长作出了巨大贡献。
合成氨指由氮和氢在高温高压和催化剂存在下直接合成的氨。
世界上的氨除少量从焦炉气中回收外，绝大部分是合成的氨。
本文大致介绍了氨合成的基本工艺过程及相关技术生产。
关键词：合成氨，天然气，脱硫，脱碳，变换前言氨（Ammonia）是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位。
农业上使用的氮肥，除氨水外，氨还可以生产多种氮肥,如尿素、硫酸铵、碳酸氢铵等；氨除了主要用作化学肥料的原料外，氨也是重要的工业原料，是生产染料、炸药、医药、有机合成、塑料、合成纤维、石油化工等的重要原料。
合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。
合成氨主要用于制造氮肥和复合肥料。
氨作为工业原料和氨化饲料，用量约占世界产量的12％。
硝酸、各种含氮的无机盐及有机中间体、磺胺药、聚氨酯、聚酰胺纤维和丁腈橡胶等都需直接以氨为原料生产。
一、氨的化学、物理性质1.1 主要化学性质NH3（挥发性）遇HCl（挥发性）气体有白烟产生,可与氯气反应；氨水（一水合氨，NH3·H2O）可腐蚀许多金属，一般若用铁桶装氨水，铁桶应内涂沥青；氨的催化氧化是放热反应，产物是NO，是工业制硝酸的重要反应，NH3也可以被氧化成N2；NH3能使湿润的红色石蕊试纸变蓝。
在水中产生少量氢氧根离子，呈弱碱性。
氨与酸反应生成铵盐： NH3+HCI=NH4CI1.2 氨的物理性质有刺激性气味的气体，氨对人体的眼、鼻、喉等有刺激作用，接触时应小心。
如果不慎接触过多的氨而出现病症，要及时吸入新鲜空气和水蒸气，并用大量水冲洗眼睛。
氨气的密度为0.771g/L（标准状况下）。
氨很容易液化，在常压下冷却至-33.5℃或在常温下加压至700kPa至800kPa，气态氨就液化成无色液体，放出大量的热。
合成氨的反应原理
合成氨的反应原理合成氨是一种重要的化学工业反应，其原理是将氢气和氮气在一定的条件下进行结合反应，生成氨气。
合成氨的反应原理是依据哈柏法的原理。
哈柏法是由德国化学家哈柏于1905年提出的，该法以铁为催化剂，将氮气和氢气在高温高压下进行反应，生成氨气。
在反应中，氢气和氮气的物质性质发生了变化。
氢气是无色无味的气体，在常温下为不活泼的分子气体，由两个氢原子组成。
氮气是一种无色无味的气体，也是不活泼的分子气体，由两个氮原子组成。
合成氨的反应物为氮气和氢气，反应物中氢气和氮气的化学键发生了断裂和形成的过程。
在背景条件下，铁催化剂有助于降低反应的活化能，促进氮气与氢气发生相互作用。
反应物中的氮气与氢气经过一系列的反应过程，最终会转化为氨气。
合成氨的反应需要在高温高压的条件下进行。
通常情况下，反应温度为400-500，压力约为150-200atm。
高温高压的条件对于将氢气和氮气转化为氨气非常重要，可以提高反应速率和产率。
此外，配合性的铁催化剂也是合成氨反应的关键。
反应中，氢气和氮气发生反应生成氨气的过程可以用以下化学方程式表示：N2 + 3H2 > 2NH3在这个方程式中，氮气与氢气的反应生成了氨气。
根据化学方程式可以看出，氮气和氢气的消耗是按照比例的。
每一摩尔的氮气需要消耗3摩尔的氢气才能生成2摩尔的氨气。
合成氨的反应发生在一个封闭的反应器中。
反应器内部有很强的耐压性，以承受高温高压条件下的反应过程。
反应器内的铁催化剂可以促进反应的进行，提高反应速率和产率。
同时，反应器内要保持一定的温度和压力条件，以便使反应物充分反应，生成氨气。
合成氨是一种重要的化学反应，广泛应用于化学工业的领域。
氨气是一种重要的化学原料，用于制造肥料、塑料等化学产品。
合成氨的反应原理和条件对于合成氨的产量和质量有着重要的影响，因此需要掌握合成氨的反应原理和工艺条件。
合成氨的适宜条件
二、合成氨的条件
合成氨的适宜条件 ①催化剂： 铁催化剂 ②温度： 500℃
原因：铁催化剂在此温度下活性最大 ③压强：20-50MPa
三、合成氨的基本生产过程
1、制备合成氨的原料气
N2： 通过液化空气获取氮气
H2： ①电解水制取氢气 ②由碳与水蒸气反应C+H2O=CO+H2 ③天然气制取氢气CH4+H2O=CO+3H2
合成氨的适宜条件
汕头金中 李焕生
固氮方法 生物固氮：是指固氮微生物将大气中的氮气还原成氨的过程。
自然固氮：闪电能使空气里的氮气转化为一氧化氮
雷电
N2+O2
2NO
工业固氮：通常是指利用N2和H2反应生成NH3
弗里茨·哈伯
德国化学家，1909年，成为第一 个从空气中制造出氨的科学家，使人 类从此摆脱了依靠天然氮肥的被动局 面，加速了世界农业的发展，因此获 得1918年瑞典科学院诺贝尔化学奖。
二、合成氨的条件
p/Mpa
氨含量％
0.1
10
20
30
60
100
T/℃
200
15.3
81.5
86.4
89.9
95.4
98.8
300
2.2
52.0
64.2
71.0
84.2
92.6
400
0.4
25.1
38.2
0.6
19.1
26.4
42.2
57.5
600
0.05
4.5
四、总结
1.化工生产中，既要考虑外界条件对反应速率和化学平衡影响 的一致性，又要考虑外界条件对两者影响的矛盾性
2.既要注意温度、压强、催化剂等化学反应影响的一致性，又 要注意温度对催化剂活性的影响
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2NH3(g) △H ＝-92.2kJ/mol (2体积)
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？
二 化学平衡的移动
T、P 对合 成氨 的影
响
NH3%
N2、H2物质的量比对产率的影响
三、 化学反应速率
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
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
3.分析催化剂对速率的影响
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。
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 ]
NH3含 量/%
温度/℃
压强 /MPa
200
300
400 500 600
0.1 10 20 30 60 100
温
度 15.3 升81.5 86.4 89.9 95.4 98.8
10
81.5
20
86.4
30
89.9
60 100
95.4 98.8
300 2.2 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
400 0.4 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
500 0.1 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
600 0.05 4.5 9.1 13.8 23.1 31.4
（阅读课本55-56页）
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
化工生产能否做到又快又多 ——工业合成氨
宁夏灵武市第一中学 吴思静
【复习】：影响化学反应速率 和化学平衡的重要因素有哪些?
温度 气体压强
催化剂 浓度
化学反应速率
化பைடு நூலகம்平衡
温度越高,反应速 率越大
升高温度,平衡向吸 热方向移动
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
正催化剂加快反应 速率
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。
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？
0.1 NH3含 压强
量/% /MPa
温度
/℃200 15.3
催化剂对平衡无影响
反应物浓度越大,反 增大反应物浓度,平
应速率越大
衡正向移动
将 弗里茨·哈伯 空 气 变 为 面 包
1909年德国化学家哈伯成功建立了 第一套合成氨的实验装置，产量80g/ 小时。在此基础上，1913年德国化学 工程专家波施建立了第一个工业规模 的合成氨工厂，产量为7000吨/年，所 以合成氨的方法又叫做哈伯-波施法。 目前，全球氨产量约为650万吨/年。 近年来，合成氨装置大型化是世界合 成氨发展的主流趋势。
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。
2、温度怎么选择？
（阅读课本55-56页）
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。
使NH3生产得多 平衡分析
高压
低温 无影响 增大浓度 减小浓度
合成氨的反应
正反应为 放热反应
分析角度 反应条件
压强
使合成氨的速 使平衡混合物
率快
中氨的含量高
高压 一致 高压
温度 催化剂
高温 矛盾 低温
使用
不影响
1、压强怎么选？
（阅读课本55-56页）
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。
高
2.2 ，52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
氨
压强增大，氨的含量增大
0.4 的25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 含
0.1 量10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 降
0.05 低 4.5 9.1 13.8 23.1 31.4
研讨的结果
外部条件 工业合成氨的适宜条件
压强
根据反应器可使用的钢材质量及 综合指标来选择压强
温度
适宜温度 500℃左右
催化剂
使用铁触媒作催化剂
浓度
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
【小结·反思】
工业上利用某可逆反应生产产品：
一般使用催化剂：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；
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(25℃)下合成氨反应能否自发进行？
思考？
合成氨反应有哪些特点？
N2(g)+3H2(g) (1体积) (3体积)
综合以上因素:实际生产中温度一般选择在 500℃左右（主要考虑催化剂的活性）。
3、使用催化剂？
（阅读课本55-56页）
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。
实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂 （铁触媒），它在500℃时活性最高。
4、浓度怎么定？ N2 和H2的比例怎么定？
催化剂对合成氨反应速率的影响
条件 无催化剂 使用Fe催化剂
△E /KJ/mol
335
167
K(催)/K(无) 3.4×1012(500℃)
使用催化剂可使合成氨反应 的速率提高上万亿倍。
合成氨的适宜条件的选择
外界条件 使NH3生产得快 速率分析
压强
高压
温度
高温
催化剂
使用
反应物的浓度 增大浓度 生成物氨的浓度 减小浓度
试一试？
已知2SO2(g)+O2(g)