合成氨

要增大氨的 生成速率
合成氨适宜条件的选择
N2 + 3H2 2NH3 压强
（正反应放热） 正反应放热）
温度 催化剂
浓度
温度高，反应快， 温度高，反应快，但氨的产 率低，且温度越高， 率低，且温度越高，需要消耗的 从平衡移动角度 燃料越多，对设备的保温和耐温 燃料越多， 提高氨的产率 能力要求越高，催化剂在温度高 能力要求越高， 时可能会被破坏而失去活性； 时可能会被破坏而失去活性；在 权衡利弊选择合 温度低时反应速率慢，催化剂可 温度低时反应速率慢， 成氨合适条件 能又起不了催化作用。 能又起不了催化作用。
合成氨适宜条件的选择
N2 + 3H2 2NH3 压强 温度 催化剂
（正反应放热） 正反应放热）
浓度
在实际生产中，压强越大， 在实际生产中，压强越大， 需要的动力越大， 需要的动力越大，对材料的强度 从平衡移动角度 和设备的制造要求也越高。 提高氨的产率 和设备的制造要求也越高。故压 强的选择受动力、 强的选择受动力、设备等条件的 限制。 限制。 权衡利弊选择合 成氨合适条件
第四节 合成氨条件的选择
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) ① 可逆反应 2NH3(g)正反应放热 正反应放热 (2体积)
② 正反应气体体积缩小 ③ 正反应是放热反应
思考： 假设聘你为某合成氨工厂的技术 顾问， 顾问，你将为提高生产效益提供 那些参考意见？ 那些参考意见？
C+H2O＝CO+H2 ＝
CO+H2O(g) 催化剂 CO2+H2
合成氨适宜条件的选择
N2 + 3H2 2NH3 压强
（正反应放热） 正反应放热）
温度 催化剂
浓度
要增大氨的 生成速率 从平衡移动角度 反应特点：正反应放热 反应特点： 提高氨的产率 正反应气体体积缩小 权衡利弊选择合 成氨合适条件 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)+热 热
要增大氨的 生成速率
合成氨适宜条件的选择
N2 + 3H2 2NH3 压强 温度 催化剂
（正反应放热） 正反应放热）
浓度
要增大氨的 生成速率 从平衡移动角度 提高氨的产率 权衡利弊选择合 成氨合适条件 实际生产中， 实际生产中，选择的催 化剂应该有以下特点： 化剂应该有以下特点： Ａ、 Ｂ、活 催化效率高 Ｂ、活 性温度尽量靠近常温Ｃ、 Ｃ、易 性温度尽量靠近常温Ｃ、易 得，价格便宜
合成氨适宜条件的选择
N2 + 3H2 2NH3
（正反应放热） 正反应放热）
压强
温度
催化剂
浓度
要增大氨的 生成速率 从平衡移动角度 提高氨的产率 权衡利弊选择合 成氨合适条件 实际生产中， 实际生产中，尽量提高反 应物浓度和想尽办法移去生成 物以减小生成物浓度， 物以减小生成物浓度，促使反 应平衡向正反应方向移动。 应平衡向正反应方向移动。
制取 原料气
净 化
压缩液化
压 缩
合 成
分 离
(循环操作过程 液氨 循环操作过程) 循环操作过程 空气 液态空气
蒸发 分离出CO2 分离出
N2(先逸出 先逸出) 先逸出 N2
氧跟碳作用 CO2+N2 或焦炭
水蒸气 赤热煤
H2O(气) 气 H2+CO 催化剂 CO2+H2 高压水洗法 H2 分离出CO2 分离出
蒸发 分离出CO2 分离出
N2(先逸出 先逸出) 先逸出 N2
氧跟碳作用 CO2+N2 或焦炭
水蒸气 赤热煤
H2O(气) 气 H2+CO 催化剂 CO2+H2 高压水洗法 H2 分离出CO2 分离出
C+H2O＝CO+H2 ＝
CO+H2O(g) 催化剂 CO2+H2
反馈练习: 反馈练习:
1、在合成氨工业中，为增加氨的日 、在合成氨工业中， 产量， 产量，下列变化过程中不能使平衡 向右移动的是（ 向右移动的是（ ） A. 不断将氨分离出来 B. 使用催化剂 C. 采用 采用5000C左右的温度 左右的温度 D. 采用 采用20MPa～50MPa的压强 ～ 的压强
1914年第一次世界大战一开始，英国就从海上 年第一次世界大战一开始， 年第一次世界大战一开始 封锁德国从智利进口硝石。于是人们预言， 封锁德国从智利进口硝石。于是人们预言，德国得 不到智利硝石，农田将缺乏肥料， 不到智利硝石，农田将缺乏肥料，炸药工厂也将停 那么德国最迟在1915年或 年或1916年便要自动投降。 年便要自动投降。 产，那么德国最迟在 年或 年便要自动投降 可是1916年过去了，德国还在顽强地战斗，农田照 年过去了， 可是 年过去了 德国还在顽强地战斗， 样一派浓绿。前线的炮火反而更加猛烈。原来…… 样一派浓绿。前线的炮火反而更加猛烈。原来…… 德国以哈伯 哈伯为首的一批化学家克服了当时的世界化 德国以哈伯为首的一批化学家克服了当时的世界化 学难题——以价廉的空气、 ——以价廉的空气 学难题——以价廉的空气、水和煤炭合成了重要的 化工原料： 化工原料：
4、填写下表 、
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
使氨生产快 使氨生成多 速率分析） 平衡分析） （速率分析） (平衡分析） 压强 高压 高压 高温 低温 温度 催化 不影响 使用
剂 浓度
大
大
6、适宜条件: 、适宜条件
压强: 压强 20MPa ～50M Pa（200～500atm） （ ～ ） (有利于氨的合成 对动力、材料强度、 有利于氨的合成,对动力 材料强度、 有利于氨的合成 对动力、 设备制造要求适中) 设备制造要求适中 温度: 500 0C 温度
1914年第一次世界大战一开始，英国就从海上 年第一次世界大战一开始， 年第一次世界大战一开始 封锁德国从智利进口硝石。于是人们预言， 封锁德国从智利进口硝石。于是人们预言，德国得 不到智利硝石，农田将缺乏肥料， 不到智利硝石，农田将缺乏肥料，炸药工厂也将停 那么德国最迟在1915年或 年或1916年便要自动投降。 年便要自动投降。 产，那么德国最迟在 年或 年便要自动投降 可是1916年过去了，德国还在顽强地战斗，农田照 年过去了， 可是 年过去了 德国还在顽强地战斗， 样一派浓绿。前线的炮火反而更加猛烈。原来…… 样一派浓绿。前线的炮火反而更加猛烈。原来…… 德国以哈伯 哈伯为首的一批化学家克服了当时的世界化 德国以哈伯为首的一批化学家克服了当时的世界化 学难题——以价廉的空气、 ——以价廉的空气 学难题——以价廉的空气、水和煤炭合成了重要的 化工原料： 化工原料：
(速率较快 转化率适中催化剂活性最大 速率较快,转化率适中催化剂活性最大 速率较快 转化率适中催化剂活性最大)
催化剂：铁触媒 以铁为主体的多成分催化剂 以铁为主体的多成分催化剂) 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。 使反应物在较低温度下较快的进行反应。 其他措施：使氨液化， 其他措施：使氨液化，及时分离出氨 循环操作
合成氨简要流程示意图
合 成 塔
氨 分 离 器
液氨
氢氮混和气
水冷器
循环压缩机
工业合成氨简易流程图
除去杂质气体、粉尘等， 除去杂质气体、粉尘等， 防止催化剂“中毒” 防止催化剂“中毒” N2和H2(循环 循环) 循环
制取 原料气
净 化
压缩液化
压 缩
合 成
分 离
(循环操作过程 液氨 循环操作过程) 循环操作过程 空气 液态空气
5、不同条件下平衡混合气中氨的含量(体积分数 、不同条件下平衡混合气中氨的含量 体积分数 体积分数) (原料其中 2和H2的体积比是 原料其中N 的体积比是1:3 ) 原料其中
压 0.1 10 20 30 60 100 含 强 MPa MPa MPa Mpa Mpa Mp 量 a 温 度 氨 2000C 3000C 4000C 5000C 6000C 15.3 2.2 0.4 0.1 0.05 81.5 86.4 89.9 95.4 98. 52.0 64.2 71.0 84.2 92. 25.1 38.2 47.0 65.2 79. 10.6 19.1 26.4 42.2 57. 4.5 9.1 13.8 23.1 31.
氨
氨的合成促使了氮肥工业的飞速发展， 氨的合成促使了氮肥工业的飞速发展，特别是 以氨气为主要原料生产的高效氮肥——尿素，使得 尿素， 以氨气为主要原料生产的高效氮肥 尿素 世界上近亿人免除了饥荒。 世界上近亿人免除了饥荒。
工业合成氨简易流程图
除去杂质气体、粉尘等， 除去杂质气体、粉尘等， 防止催化剂“中毒” 防止催化剂“中毒” N2和H2(循环 循环) 循环
1 ： 自 1901 年化肥首次进入我国至今 ， 化 1901年化肥首次进入我国至今 年化肥首次进入我国至今， 肥的应用已经走过了百年历程。1949年 肥的应用已经走过了百年历程 。 1949年 我国化肥用量仅1 1999年 我国化肥用量仅1.3万 t，1999年，我国 化肥使用总量达到了4 124万 化肥使用总量达到了4 124万t 2 ： 根据联合国粮农组织 (FAO)对 41 个国 根据联合国粮农组织(FAO) 对 41个国 18年试验示范所得的41 万个数据进行 年试验示范所得的41 家 18 年试验示范所得的 41万个数据进行 统计：化肥的增产作用占到农作物产量 统计： 40％ 60％ 最高达到67％ 的40％―60％，最高达到67％。 3：新中国成立以来，我国粮食单产稳步 新中国成立以来， 上升，1999年我国粮食产量 084亿kg， 年我国粮食产量5 上升，1999年我国粮食产量5 084亿kg， 是解放初的4.5倍 棉花总产442万 是解放初的4.5倍；棉花总产442万t，是 1949年的 倍 1949年的10倍。 年的10
氨
3：在一定温度、压强和催化剂条件 在一定温度、 体积比） 下，把N2和H2按1：3（体积比）混 当反应达平衡时， 合，当反应达平衡时，混合气中 NH3占25%（体积比）求： 25%（体积比） （1）N2的转化率 （2）平衡混合气的平均相对分子质 量
解析：设起始时N2为1 mol，则H2为3 mol， mol， mol， 解析：设起始时N 平衡时有x 转化为NH 平衡时有x molN2转化为NH3 N2 + 3 H2 === 2 NH3 起始（mol） 起始（mol） 1 3 0 转化（mol） 转化（mol） x 3x 2x 平衡（mol） 3平衡（mol） 1-x 3-3x 2x 由题意： 2x /（1-x）+（3-3x）+2x =25% 由题意： /（ 3x） 所以： 解得 ：x=0.4 所以： 的转化率为（0.4/1） N2的转化率为（0.4/1）×100%=40% 混合气 体的平均相对分子质量为：（ 28+3× ：（1 体的平均相对分子质量为：（1×28+3×2）/ 0.4+30.4+2×0.4） （1-0.4+3-3×0.4+2×0.4）=10.6
2:有关合成氨工业的说法中，正确的（B 2:有关合成氨工业的说法中，正确的（ ） 有关合成氨工业的说法中 从合成塔出来的混合气体， A：从合成塔出来的混合气体，其中氨只占 15％， ％，所以生产氨的工厂的效率都很低 15％，所以生产氨的工厂的效率都很低 Ｂ：由于氨易液化 由于氨易液化，Ｎ Ｂ：由于氨易液化，Ｎ2、Ｈ2在实际生产中 是循环使用， 是循环使用，所以总体来说氨的产率很高 Ｃ：合成氨工业的反应温度控制在500℃， 合成氨工业的反应温度控制在500℃ Ｃ：合成氨工业的反应温度控制在500℃， 目的是使化学平衡向正反应方向移动 Ｄ：合成氨厂采用的压强是20MPa-50MPa， 合成氨厂采用的压强是20MPa Ｄ：合成氨厂采用的压强是20MPa-50MPa， 因为该压强下铁触媒的活性最大