工业合成氨条件的选择.ppt
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2020-2021学年高中化学新人教版选择性必修1 第2章第4节化学反应的调控课件(92张)
近年来,环境保护条件提升到首要考虑的因素,预处理 及生产过程中产生的废气、废液、废渣情况及处理成 本,往往成为是否采用该工艺的决定性因素。
【思考·讨论】 (1)处理硫酸工业尾气SO2的一种常用方法是“氨-酸” 法,即先用氨水吸收,再用浓硫酸处理,请写出反应方程 式?
(2)有人研究用Na2SO3作为治理SO2污染的一种新方法, 该方法的第一步是用Na2SO3水溶液吸收SO2,第二步是加 热吸收溶液,使之重新生成Na2SO3,同时得到含高浓度 SO2的水蒸气副产品。这种尾气处理方法与“氨-酸” 相比的优点是什么?
C.合成氨生产过程中将NH3液化分离,可提高N2、H2的转 化率 D.合成氨工业中为了提高氢气的利用率,可适当增加氢 气浓度
【思维建模】解析有关合成氨条件选择问题的思维流 程如下: 温度——升高温度利于化学反应速率,降低温度利于化 学平衡移动; 压强——增大压强利于化学反应速率和化学平衡移动;
催化剂——使用催化剂利于化学反应速率,不影响化学 平衡; 浓度——增大一种反应物的浓度可以提高另一种反应 物的转化率,移走生成物利于平衡移动。
600 0.05 4.50 9.10 13.8
60 MPa 95.4 84.2 65.2 42.2 23.1
100 MPa 98.8 92.6 79.8 57.5 31.4
1.压强 理论和实验数据的分析均表明,合成氨时压强_增__大__可以 同时提高反应速率和转化率。但是,压强越大,对材料的 强度和设备的要求也越高,增加生产投资并可能降低综 合经济效益。一般采用的压强为_1_0_～__3_0__M_P_a_。
知识点一 合成氨条件的选择
【重点释疑】
合成氨原理:
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH<0
鲁教版九年级上册化学 第2章-第4节《化学反应条件的优化——工业合成氨》ppt课件(共38张ppt)
B．降低温度，增大压强，加入催化剂
C．升高温度，增大压强，增加氮气
D．降低温度，增大压强，分离出部分氨
解析：本题旨在考查影响化学平衡的外界因素的应用与
分析。题目要求增大合成氨反应中氢气的转化率，就是
在不增加氢气的情况下，改变合成氨反应的其他条件，
使更多的氢气转化为氨。从化学平衡分析也就是使平衡 栏
故B发生移动。在恒温、恒压时，加入He，使整个体
系做等压膨胀，体积变大，He虽然不参与化学反应，
但由于体积的膨胀，而使平衡混合物中的N2、H2、 栏
目
NH3的浓度都相应减小，结果，反应物浓度减小的程
链 接
度比生成物浓度减小的程度大，此时正反应速率小于
逆反应速率，平衡左移，故C发生移动。在恒温、恒
容时，向体系中加入He，使整个体系压强增大，但由
目 链
接
kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)知，在一定的温度、压强下，
化学反应速率与反应物浓度c(N2)或c1.5(H2)成正比关系，
与生成物浓度c(NH3)成反比关系。因此可以采用增大
反应物浓度、减小生成物浓度来提高化学反应速率。
4．催化剂对化学反应速率的影响：加催化剂可以
使反应的活化能从335kJ·mol－1降低为167kJ·mol－1，
例2 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
栏
B．都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态 目
链
所用的时间
接
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
《合成氨生产》课件(13)
铁系催化剂为黑色不规则颗粒，有金属光 泽。还原后的催化剂一般为多孔的海绵状结构， 孔呈不规则的树枝状，内表面为4～16 m2/g。 注意事项：避免催化剂受潮及还原后的催 化剂暴露在空气中。
（2）催化剂的还原和使用 氨合成催化剂中的Fe3O4，必须经还原为 α—Fe后才具有催化活性。还原反应： Fe3O4＋4H2≒3Fe＋4H2O（g） △H﹥0 确定还原条件的原则：一方面是使Fe3O4充 分还原为α-Fe，另一方面是还原生成的铁结晶 不因重结晶而长大，以保证有最大的比表面积 和更多的活性中心。为此，生产上宜选取合适 的还原温度、压力、空速及还原气组成。
2、温度 合成氨反应存在最适宜温度。在最适宜温 度下，氨合成反应速率最快，氨合成率最高。 氨合成反应温度，一般控制在400～500℃， 工业生产中，应严格控制两点温度，即催化剂 床层入口温度及热点温度。催化剂床层入口温 度应等于或略高于催化剂活性温度的下限，热 点温度应小于或等于催化剂活性温度的上限。 到生产后期，由于催化剂活性下降，应适当提 高操作温度。
b、水吸收法 水吸收法是利用气态氨在水中的溶解度很 大，与溶液呈平衡的气相中氨分压很低的特点 进行的，可使气相中氨含量降至0.5％以下。 但气相被水蒸汽饱和，为防止催化剂中毒，循 环气需严格脱水后才能进氨合成塔。 水吸收法得到的产品是浓氨水。由浓氨水制 取液氨须经氨水蒸馏和气氨冷凝等பைடு நூலகம்骤。
（4）未反应氢氮气的处理 未反应氢氮气经循环压缩机加压，与新鲜 氢氮原料气混合，重新进入氨合成塔进行反应。 （5）惰性气体的排放 惰性气体为甲烷和氩气。小部分惰性气体 溶解于液氨中被带出，大部分在循环气中积累 下来。惰性气体进行放空处理，排放位置应选 择在惰性气体含量最大而氨含量最小的地方。 放空气中的氨可用水吸收或冷凝回收。
工业合成氨的适宜条件
工业合成氨的适宜条件
摘要：
1.工业合成氨的背景和重要性
2.工业合成氨的原理和过程
3.工业合成氨的适宜条件
- 压强
- 温度
- 催化剂
4.工业合成氨的未来发展趋势
正文：
工业合成氨的背景和重要性
工业合成氨（NH3）是一种重要的化工原料，被广泛应用于肥料、化工、能源等领域。
我国是全球最大的氨生产国和消费国，合成氨产业在国民经济中具有举足轻重的地位。
工业合成氨的原理和过程
工业合成氨是通过哈伯- 博世法（Haber-Bosch Process）实现的。
该方法的原理是在高温、高压条件下，将氮气（N2）和氢气（H2）在催化剂的作用下合成氨。
工业合成氨的适宜条件
1.压强：在实际生产中，受动力、材料和设备等因素的影响，我国合成氨厂一般采用20MPa~50MPa 的压强范围。
2.温度：从理想条件来看，氨的合成在较低温度下进行有利。
但温度过低会导致反应速率很小。
在实际生产中，一般选用500℃作为合成氨的温度，因为铁触媒催化剂在此温度下活性最大。
3.催化剂：工业合成氨通常采用铁触媒作为催化剂。
铁触媒是一种以铁为主，混合其他成分的催化剂，其在500℃时活性最大。
工业合成氨的未来发展趋势
随着科技的进步和环保意识的增强，未来工业合成氨生产将更加注重节能、减排和环保。
合成氨条件的选择
2020/11/16
(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。
(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。
氨的工业合成(共53张PPT)
课 时 作 业
菜
单
LK ·化学 选修 化学与技术
教 学 目 标 分 析 课 堂 互 动 探 究
1.合成氨反应的化学方程式：N2＋3H2
教 学 方 案 设 计
2NH3 。
当 堂 双 基 达 标
2．合成氨反应的特点： (1)可逆反应；(2) 放 热反应；(3)气体总体积 缩小 的反 应。
课 前 自 主 导 学 菜 单
课 时 作 业
LK ·化学 选修 化学与技术
教 学 目 标 分 析 课 堂 互 动 探 究
教 学 方 案 设 计
当 堂 双 基 达 标
课 前 自 主 导 学 菜 单
课 时 作 业
LK ·化学 选修 化学与技术
教 学 目 标 分 析 课 堂 互 动 探 究
教 学 方 案 设 计
当 堂 双 基 达 标
1.合成氨反应的特点： (1)可逆反应；(2)放热 反应；(3)气体体积缩小 的反应。(重点) 2.合成氨适宜条件的选 择：(1)高压；(2)适当 温度；(3)催化剂。(重 点) 3.勒夏特列原理在合成 氨反应中的应用。(重 难点) 4.合成氨工艺流程。(重 点)
课 堂 互 动 探 究
当 堂 双 基 达 标
课 前 自 主 导 学
②影响化学平衡移动的外界因素有哪些？ 【提示】 温度、浓度、压强。
课 时 作 业
菜
单
LK ·化学 选修 化学与技术
教 学 目 标 分 析 课 堂 互 动 探 究
③合成氨实际生产中采用高温、高压、催化剂，其中有 利于提高平衡混合物中NH3的百分含量的因素有哪些？
【提示】 高温不利于平衡正向移动；催化剂对化学平
教 学 方 案 设 计
升温、增加N2或H2浓度，使用催化剂均能加快反应速率； 加压、降温、及时分离出NH3、增加c(N2)和c(H2)均有利于 平衡正向移动，增大氨的产率。
高中化学 1.2 氨的工业合成课件 鲁科版选修2
20~50 MPa 的压强
要点一
要点二
即时检测
典例导航 即时演练
反应 条件
对化学反 应速率的 影响
升高 温度
有利于增 大化学反 应速率
使用 催化剂
有利于增 大化学反 应速率
对平衡混合物中氨
含量(体积分数)的 合成氨条件的选择 影响
升高温度,化学反应速率
增大,但不利于提高平衡
不利于提高平衡混 合物中氨的含量
混合物中氨的含量,因此, 合成氨的温度要适宜,工 业上一般采用 500 ℃左
右的温度,在这个温度时, 铁触媒的活性也最大
工业上一般采用铁触媒,
没有影响
使反应能在较低温度下
较快进行
要点一
要点二
即时检测
典例导航 即时演练
【例1】 对3H2+N2 2NH3(正反应为放热的反应)的平衡体系, 下列说法正确的是( )
A.在容积、温度不变时,充入Ne,压强增大,平衡向正反应方向移
动
B.升高温度,v(正)、v(逆)都增大,增大的程度是v(逆)<v(正)
C.分离出氨,平衡向正反应方向移动,v(正)增大
D.增大N2的物质的量,H2的转化率增大,N2的转化率减小 解析：增大组分浓度、增大压强、升高温度,v(正)、v(逆)都增大,
要点一
要点二
即时检测
典例导航 即时演练
2.合成氨的适宜条件。
反应 条件
增大 压强
对化学反 应速率的 影响
有利于增 大化学反 应速率
对平衡混合物中氨
含量(体积分数)的 合成氨条件的选择 影响
增大压强,有利于氨的合
有利于提高平衡混 合物中氨的含量
成,但需要的动力大,对材 料、设备等要求也高,因 此,工业上一般采用
合成氨工业PPT课件(上课用)
CH4
+
H2O
催化剂 高温
CO
+
3H2
2.合成氨工业简述：
原料： 空气、水、燃料
压缩 降温
液态空气 蒸发
N2（先逸出）
空气
炭
CO2＋N2 除去CO2 N2
CH4(g) H2O(g)
CO＋H2
H2O(g) 催化剂
CO2＋H2 除去CO2 H2
高温
CH4＋H2O(g) → CO＋H2
CO＋H2O(g) 催→化剂CO2＋H2
102.人生过程的景观一直在变化， 向前跨 进，就 看到与 初始不 同的景 观，再 上前去 ，又是 另一番 新的气 候―― 。[叔本 华]
103.为何我们如此汲汲于名利，如 果一个 人和他 的同伴 保持不 一样的 速度， 或许他 耳中听 到的是 不同的 旋律， 让他随 他所听 到的旋 律走， 无论快 慢或远 近。― ―[梭罗]
9、成功的道路上，肯定会有失败;对 于失败 ，我们 要正确 地看待 和对待 ，不怕 失败者 ，则必 成功;怕 失败者 ，则一 无是处 ，会更 失败。 10、一句简单的问候，是不简单的牵 挂;一声 平常的 祝福， 是不平 常的感 动;条消 息送去 的是无 声的支 持与鼓 励，愿 你永远 坚强应 对未来 ，胜利 属于你!
7、人往往有时候为了争夺名利，有时 驱车去 争，有 时驱马 去夺， 想方设 法，不 遗余力 。压力 挑战， 这一切 消极的 东西都 是我进 取成功 的催化 剂。 8、真想干总会有办法，不想干总会有 理由;面对困 难，智 者想尽 千方百 计，愚 者说尽 千言万 语;老实 人不一 定可靠 ，但可 靠的必 定是老 实人;时 间，抓 起来是 黄金， 抓不起 来是流 水。
113.人生的目的有二：先是获得你 想要的 ；然后 是享受 你所获 得的。 只有最 明智的 人类做 到第二 点总与 幽默的 人相伴 ，健康 总与阔 达的人 相伴。 20、对所学知识内容的兴趣可能成 为学习 动机。 ——赞 科夫 21、游手好闲地学习，并不比学习游手 好闲好 。—— 约翰·贝 勒斯
化学反应条件的优化(合成氨工业的选择)
例题：已知2SO2(g)+O2(g)
△H＜0其实验数据见表
1.01×105 Pa 450℃ 97.5% 5.05×105 Pa 98.9% 不同压强SO2的转化率（%） 1.01×106 Pa 99.2%
2SO3 (g)
5.05×106 Pa 99.6%
1℃
85.5%
3、请你根据下表所给的数据分析催化 剂对合成氨反应速率的影响： 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 3.4×1012(700k) 167 k(催)/k(无)
1.升高温度 增大压强 增大反应物浓度 使用催化剂
2.增大N2`H2浓度,将氨及时从 混合气中分离出去
弗里茨· 哈伯：
弗里茨· 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年向哈伯颁 发了诺贝尔化学奖。
3、用不用催化剂？
分析: 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700K时活性最高。
4、浓度怎么定？ N2 和H2的比例怎么定？
（阅读书本67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。
工业合成氨的适宜条件
工业合成氨的适宜条件摘要：一、工业合成氨的定义和重要性二、适宜条件对工业合成氨的影响1.温度2.压力3.催化剂4.反应物摩尔比三、如何实现适宜条件1.精确控制反应釜温度2.合理设计反应釜压力系统3.选用高效催化剂4.实时监测反应物摩尔比四、适宜条件对我国工业合成氨产业的意义1.提高产量2.降低成本3.优化产业结构4.增强国际竞争力正文：【一、工业合成氨的定义和重要性】工业合成氨是一种重要的化工原料，广泛应用于肥料、化工、石油等领域。
在我国，合成氨产业具有举足轻重的地位，对农业、工业发展具有重要意义。
因此，了解工业合成氨的适宜条件对于提高我国合成氨产量、降低生产成本、优化产业结构具有重要意义。
【二、适宜条件对工业合成氨的影响】【1.温度】温度是影响工业合成氨的关键因素之一。
合适的温度有利于提高反应速率，从而提高产量。
然而，温度过高或过低都会导致反应效率降低。
因此，精确控制反应釜温度是实现适宜条件的关键之一。
【2.压力】压力对合成氨的生成具有双重影响。
一方面，压力升高有利于提高反应物的转化率；另一方面，过高的压力会导致设备承受不住，影响生产安全。
因此，合理设计反应釜压力系统，保证压力在适宜范围内是十分必要的。
【3.催化剂】催化剂能够降低反应活化能，加速反应速率。
选用高效催化剂能够在保证合成氨质量的同时提高产量。
因此，在合成氨生产过程中，不断研发新型高效催化剂是实现适宜条件的重要途径。
【4.反应物摩尔比】反应物摩尔比是影响合成氨产量的关键因素。
合适的反应物摩尔比有利于提高合成氨的产量。
实时监测反应物摩尔比，并通过调整反应釜内原料配比，可以实现合成氨生产过程中反应物摩尔比的稳定，从而提高产量。
【三、如何实现适宜条件】【1.精确控制反应釜温度】采用先进的温度控制系统，对反应釜温度进行实时监测和调整，保证温度在适宜范围内。
【2.合理设计反应釜压力系统】根据生产工艺要求，设计合理的反应釜压力系统，保证压力在适宜范围内，同时确保设备安全。
化学平衡移动与合成氨工业课件
率
不利于 温度升高，化学反应速率增大，
提高平 但不利于提高平衡混合物中 NH3 衡混合 的含量，因此合成氨时温度要适
物中 宜，工业上一般采用700 K左右
NH3的 的温度(因为该温度时，催化剂的
含量
活性最大)
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 没有影 间，工业上一般选用铁做催化剂， 响 使反应在尽可能较低的温度下进
化学平衡向 吸热反应 方向移动
化学平衡向 放热反应 方向移动
2．浓度的影响
(1)反应物浓度增大或生成物浓度减小时，平衡向
_正__反__应__方__向__移动；
(2)反应物浓度减小或生成物浓度增大时，平衡向
_逆__反__应__方__向__移动。
3．压强的影响
(1)
ΔV≠0 的反应
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
速率不变：如容积不变时充入稀有气体 平衡不移动
速率
程度相同 v正＝v逆
使用催化剂或对 气体体积无变化 的反应改变压强
改变
平衡不移动
程度不同v正≠v逆
浓度 压强 温度
平衡移动
分析问题时应注意： (1)不要把 v 正增大与平衡向正反应方向移动等 同起来，只有 v 正＞v 逆时，才使平衡向正反应 方向移动。 (2)不要把平衡向正反应方向移动与原料转化 率的提高等同起来，当反应物总量不变时，平 衡向正反应方向移动，反应物转化率提高。
迷 津 指 点 根 据 合 成 氨 的 化 学 方 程 式 N2(g) ＋
3H2
3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，要根据多
方面情况，综合考虑条件的选择，并不是压强越大越
不利于 温度升高，化学反应速率增大，
提高平 但不利于提高平衡混合物中 NH3 衡混合 的含量，因此合成氨时温度要适
物中 宜，工业上一般采用700 K左右
NH3的 的温度(因为该温度时，催化剂的
含量
活性最大)
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 没有影 间，工业上一般选用铁做催化剂， 响 使反应在尽可能较低的温度下进
化学平衡向 吸热反应 方向移动
化学平衡向 放热反应 方向移动
2．浓度的影响
(1)反应物浓度增大或生成物浓度减小时，平衡向
_正__反__应__方__向__移动；
(2)反应物浓度减小或生成物浓度增大时，平衡向
_逆__反__应__方__向__移动。
3．压强的影响
(1)
ΔV≠0 的反应
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
速率不变：如容积不变时充入稀有气体 平衡不移动
速率
程度相同 v正＝v逆
使用催化剂或对 气体体积无变化 的反应改变压强
改变
平衡不移动
程度不同v正≠v逆
浓度 压强 温度
平衡移动
分析问题时应注意： (1)不要把 v 正增大与平衡向正反应方向移动等 同起来，只有 v 正＞v 逆时，才使平衡向正反应 方向移动。 (2)不要把平衡向正反应方向移动与原料转化 率的提高等同起来，当反应物总量不变时，平 衡向正反应方向移动，反应物转化率提高。
迷 津 指 点 根 据 合 成 氨 的 化 学 方 程 式 N2(g) ＋
3H2
3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，要根据多
方面情况，综合考虑条件的选择，并不是压强越大越
工业合成氨条件的选择
外界条件
使NH3生产得快 使NH3生产得多
速率分析
平衡分析
压强
高压
高压
温度
高温
低温
催化剂
使用
无影响
反应物的浓度
增大浓度
增大浓度
生成物氨的浓度
减小浓度
合成氨的反应
分析角度 反应条件
压强 温度 催化剂
△H<0
使合成氨的速率快 使平衡混合物中氨 的含量高
高压 一致 高压
高温 矛盾 低温
使用
不影响
1、压强怎么选？
_提__高__很__少__，_但__需__要__的__动_力__更__大__，__对_设备的要求更高。
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。一般压强10~30MPa
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。
外部条件 压强 温度
工业合成氨的适宜条件
根据反应器可使用的钢材质量及综合指标（转化 率，动力，经济）来选择,压强10~30MPa
适宜温度，400~500℃左右 （主要考虑催化剂活性）
催化剂
使用铁触媒作催化剂，
思考？ 合成氨反应有哪些特点？
N2(g)+3H2(g) (1体积) (3体积)
2NH3(g) △H ＝-92.2kJ/mol (2体积)
请利用化学反应速率和化学平衡移动的知识分析 什么条件有利于氨的合成？
氨的合成 完整版课件
净化 压缩
(防止催化剂中毒)
合成
分离 液氨
首要：经济效益与社会效益 （符合绿色化学理念）
基本要求： a、反应快 b、原料利用率高 c、单位时间内产量高
问题3：分析下表。分别从化学反应速率和化学 平衡两个角度分析合成氨的合适条件。
问题3：请同学们分析下表,分别从化学反应速率 和化学平衡两个角度分析合成氨的合适条件。
合成氨反应
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H =-92.4kJ/mol
分析 角度
使氨生成的快
使氨生成的多
外界条件
(从化学反应速率分析) (从化学平衡分析)
压强
高压
高压
温度
是否要 用催 化 剂
高温 使用
低温 不影响
结论 从反应速度的角度看：温度越高、压强越大，化学反 应越快， 使用催化剂反应加快，单位时间内生成的产 品越多； 从化学平衡的角度看：高压低温，平衡时生成物NH3的 百含量高。
游离态的氮
化合态的氮
一、氮的固定
1、定义：把大气中的游离态的氮 转化为氮的化合物
2、类别：① 天然固定：豆科植物的根瘤菌固氮、 雷雨天产生NO气体；
② 人工固定：合成氨等。
1914年，第一次世界大战一开始，英国就从 海上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，炸药工 厂也将停产，那么德国最迟在1915年或1916年便 要自动投降，可是1916年过去了，德国还在顽强 的战斗，农田照样一片浓绿，前线的炮火反而更 加猛烈。原来……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——以廉价的空气、
随着人口的增长，人们对粮食的需求越来 越大，必须发展农业，随着农业的发展，对氮 肥的需求量在迅速增长。在19世纪以前，农业 上所需氮肥的来源主要来自有机物的副产品， 如粪类、种子饼及绿肥。1809年在智利发现了 一个很大的硝酸钠矿产地，并很快被开采。
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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
催化剂对合成氨反应速率的影响
条件
△E /KJ/mol
k(催)/k(无)
无催化剂 使用Fe催化剂
335 3.4×1012(700k)
167
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
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
作业
• 1.课本P71 4. 5. 选作6 • 2.查阅资料，了解弗里茨·哈
伯的生平。写出不少于300字 的点评
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 700K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；
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
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。
综合以上因素:实际生产中温度一般选择在 700K左右（主要考虑催化剂的活性）。
3、使用催化剂？
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。
N2:H2
二 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？
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
化学反应条件的优化 ——工业合成氨
复 影响化学反应速率和化学平衡 习 的重要因素有哪些?
化学反应速率
化学平衡
温度 气体压强
温度越高,反应速 率越大
压强越大,反应速 率越大
升高温度,平衡向吸 热方向移动
增大压强,平衡向气态物 质系数减小的方向移动
催化剂 浓度
正催化剂加快反应 速率
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
试一试？
已知2SO2(g)+O2(g)
2SO3 (g) △H＜0
(1) 应选用的温度是_4_5_0_℃__。
(2)应采用的压强是_常__压___，理由是因__为__常__压__下__S_O2 _的__转_化__率__已__经__很_高__，__若__采__用_较__大__压__强__，_S__O_2_的__转_化__率__ 提高__很__少__，__但_需__要__的__动_力__更__大__，__对_设__备__的__要__求_更__高__。_
应速率越大
衡正向移动
弗里茨·哈伯：
将
空
气
变
为
面
包
一 反应的自发性
合成氨反应是一个可逆反应: N2(g)+3H2(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下合成氨反应能否自发进行？
2NH3(g)
思考？
实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂 （铁触媒），它在700K时活性最高。
4、浓度怎么定？ N2 和H2的比例怎么定？
（阅读课本67-68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。
合成氨反应有哪些特点？
N2(g)+3H2(g) (1体积) (3体积)
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？
NH3%
NH3%
0.6 0.5 0.4 0.3
0.2
0.1
N2、H2体积比对产率的影响
1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6
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？
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
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
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
分析角度 反应条件
使合成氨的速 率快
正反应为 放热反应
使平衡混合物 中氨的含量高
压强
高压 一致 高压
温度
高温 矛盾 低温
催化剂
使用
不影响
1、压强怎么选？
3.分析催化剂对速率的影响
催化剂对合成氨反应速率的影响
条件
△E /KJ/mol
k(催)/k(无)
无催化剂 使用Fe催化剂
335 3.4×1012(700k)
167
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
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
作业
• 1.课本P71 4. 5. 选作6 • 2.查阅资料，了解弗里茨·哈
伯的生平。写出不少于300字 的点评
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 700K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；
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
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。
综合以上因素:实际生产中温度一般选择在 700K左右（主要考虑催化剂的活性）。
3、使用催化剂？
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。
N2:H2
二 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？
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
化学反应条件的优化 ——工业合成氨
复 影响化学反应速率和化学平衡 习 的重要因素有哪些?
化学反应速率
化学平衡
温度 气体压强
温度越高,反应速 率越大
压强越大,反应速 率越大
升高温度,平衡向吸 热方向移动
增大压强,平衡向气态物 质系数减小的方向移动
催化剂 浓度
正催化剂加快反应 速率
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
试一试？
已知2SO2(g)+O2(g)
2SO3 (g) △H＜0
(1) 应选用的温度是_4_5_0_℃__。
(2)应采用的压强是_常__压___，理由是因__为__常__压__下__S_O2 _的__转_化__率__已__经__很_高__，__若__采__用_较__大__压__强__，_S__O_2_的__转_化__率__ 提高__很__少__，__但_需__要__的__动_力__更__大__，__对_设__备__的__要__求_更__高__。_
应速率越大
衡正向移动
弗里茨·哈伯：
将
空
气
变
为
面
包
一 反应的自发性
合成氨反应是一个可逆反应: N2(g)+3H2(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下合成氨反应能否自发进行？
2NH3(g)
思考？
实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂 （铁触媒），它在700K时活性最高。
4、浓度怎么定？ N2 和H2的比例怎么定？
（阅读课本67-68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。
合成氨反应有哪些特点？
N2(g)+3H2(g) (1体积) (3体积)
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？
NH3%
NH3%
0.6 0.5 0.4 0.3
0.2
0.1
N2、H2体积比对产率的影响
1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6
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？
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
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
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
分析角度 反应条件
使合成氨的速 率快
正反应为 放热反应
使平衡混合物 中氨的含量高
压强
高压 一致 高压
温度
高温 矛盾 低温
催化剂
使用
不影响
1、压强怎么选？