工业合成氨条件的选择

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？
（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。
0.3
0.2
0.1
1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 n(N2):n(H2)
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？
化学反应条件的优化 ——工业合成氨
复 习
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
生成物氨的浓度
使NH3生产得快 速率分析
使NH3生产得多 平衡分析
高压 高温 使用 增大浓度 减小浓度
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
正反应为 放热反应 使合成氨的速 使平衡混合物 率快 中氨的含量高
压强 温度 催化剂
高压
高温 使用
高压 一致
矛盾
低温 不影响
1、压强怎么选？
200 300
400
15.3 81.5 86.4 2.2 52.0 64.2
0.4 25.1 38.2 0.1 10.6 19.1 0.05 4.5 9.1
95.4 98.8 84.2 92.6
65.2 79.8 42.2 57.5 23.1 31.4
500
600
26.4
13.8
试一试？
已知2SO2(g)+O2(g) 2SO3 (g) △H＜0
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。
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）。
温度
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 2NH3(g)
△S = -198.2J· K-1· mol-1
请根据正反应的焓wk.baidu.com和熵变分析:
298K(25℃)下合成氨反应能否自发进行？
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 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 压强 温度 催化剂 反应物的浓度
450℃ 。 (1) 应选用的温度是______ SO2 常压 ，理由是因为常压下 (2) 应采用的压强是______ ___________ 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。 _______________________________________
600
0.05
温 度 升81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 高 ，52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 氨 压强增大，氨的含量增大 的25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 含 量10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 降 低 4.5 9.1 13.8 23.1 31.4
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。
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
0.1 15.3 2.2 0.4 0.1
10
20
30
60
100
200 300 400 500
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
N2、H2物质的量比对产率的影响
NH3% 0.6 0.5 0.4
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？
NH3含 量/% 温度 /℃ 压强 /MPa
0.1
10
20
30
89.9 71.0
47.0
60
100
研讨的结果
外部条件 压强 温度 催化剂 浓度 工业合成氨的适宜条件
根据反应器可使用的钢材质量及 综合指标来选择压强
适宜温度 500℃左右 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
【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； 选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大 的温度；
（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。 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。