工业合成氨条件的选择
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
【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。
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。
工业合成氨的条件
工业合成氨的条件工业合成氨是一种重要的化学反应过程，它是利用化学方法将氮气和氢气合成氨气。
合成氨广泛应用于农业肥料和化工领域。
本文将介绍工业合成氨的条件。
工业合成氨的条件包括适宜的温度、压力、催化剂和气体比例。
首先，合成氨的反应温度通常在300-500摄氏度之间。
在低温下，反应速率较慢，而在高温下，反应速率较快，但同时伴随着副反应的增加。
因此，选择适中的反应温度可以提高合成氨的产率和选择性。
合成氨的反应压力也是一个重要的条件。
氮气和氢气在高压下更容易发生反应生成氨气。
一般来说，较高的压力有利于提高反应速率和产氨量。
然而，过高的压力会增加设备的成本和能耗。
因此，需要根据实际情况选择合适的反应压力。
催化剂是合成氨反应的关键条件之一。
铁、铑、钼等金属催化剂广泛应用于合成氨反应中。
催化剂能够加速反应速率，降低反应活化能，提高反应选择性。
催化剂的选择应考虑其活性、稳定性和成本等因素。
氮气和氢气的比例也是影响合成氨反应的重要条件。
通常采用3:1的氮气和氢气比例进行反应，这是因为氮气和氢气在此比例下反应最为充分，能够达到最高的产氨效率。
如果比例不合适，将导致氮气或氢气的浪费，降低反应效率。
除了上述条件，反应器的设计和操作也对合成氨的产率和选择性产生影响。
合理的反应器设计可以提高反应效率和热能利用率。
同时，合适的操作条件，如适宜的进料速率、混合程度和反应时间等，也能够改善反应效果。
总结起来，工业合成氨的条件包括适宜的温度、压力、催化剂和气体比例。
合理选择这些条件可以提高合成氨的产率和选择性，降低生产成本，推动氨工业的发展。
工业合成氨的过程是复杂而重要的，需要综合考虑各个条件的影响，以实现高效、可持续的氨气生产。
名师教学设计《工业合成氨条件选择》完整教学教案
引入：播放2014年化学若贝奖尔颁奖视频，和所以若贝尔奖获奖人图片。
阅读资料一：认识哈伯
设计意图：引入新课，激发兴趣。
创设问题情境，引发思考。
思考1:
平衡状态下氨的物质的量分数与温度、压强存在怎样的关系用平衡移动原理可以得出什么结论
思考2：
可逆反应:
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
已知298K时: △H= - mol
△S = - (K·mol)
请根据正反应的焓变和熵变分析常温（25℃）时合成氨反应能否自发进行交流研讨一：
一、氮气和氢气反应生成氨气的反应特点。
①可逆反应
②熵减小的反应
③常温可以自发进行
④正反应气态物质系数和减小
⑤正反应是放热反应
设计意图：培养读图能力。
使学生体会一般的研究思路：第一步是进行热力学分析，先判断反应的方向。
为讨论合成氨适宜生产条件作准备。
交流研讨二：
二、理论上合成氨的适宜条件
外界
条件
反应速率
使NH3生
产得快
化学平衡
使NH3生产
得多
压强增大压强增大压强
温度升高温度降低温度。
工业合成氨的适宜条件(教案)
工业合成氨的适宜条件
设计思想
本课是在学习了化学反应速率和化学平衡的基础上，了解简单的工业合成氨的生产过程。
在教学设计中突出化学反应速率和化学平衡移动原理等理论对工业生产实践的指导作用，使学生懂得工业生产中提高经济效益必须依靠科学和技术。
本节课重点通过讨论合成氨的适宜条件，体现了化学反应速率和勒夏特列原理等理论对工业生产实践的指导作用，同时在运用理论的过程中，也可进一步加深学生对所学理论的理解。
引导学生充分运用化学反应速率和勒夏特列原理等知识，并考虑合成氨生产中动力、设备、材料等实际情况，合理地选择合成氨适宜的生产条件。
此外，在教学中，使学生建立化工生产条件的选择应以提高综合经济效益和减少环境污染为目的的思想。
一．教学目标
1、能应用化学速率和化学平衡的有关原理，特别是勒夏特列原理综合分析合成氨的适宜条件，培养分析推理和实际应用能力。
2、通过研究图表，提高分析问题、解决问题的能力
3、通过合成氨工业生产的学习，认识化学原理在化工生产中的重要应用。
4、通过合成氨生产中动力、设备等条件的讨论，认识工业生产上反应条件的选择过程。
5、感悟化学原理对生产实践的指导作用，并懂得一定的辩证思维和逻辑思维。
6、培养勇于创新的科学精神
二．教学重点和难点
1、重点
选择合成氨适宜的生产条件
2、难点
分析工业生产中设备、反应条件等的选择和应用原理
1、教学过程
表1
表2 合成氨平衡时混合物中氨的含量（体积分数）
表3 理论和实际生产条件的对比。
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。
合成氨工业(xxt)
4 合成氨反应，3H2＋N2 合成氨反应， 2NH3 (1)若体积为 升的容器中充入 若体积为1升的容器中充入 若体积为 升的容器中充入amolH2，bmolN2，在某条 若起始压强为P， 件下反应达平衡，生成cmolNH3.若起始压强为 ，平衡时 件下反应达平衡，生成 若起始压强为 压强为___________. 压强为 (a+b-c)p/(a+b) (2)若容器内气体体积比 VN 2 VH 2 1:3，在某条件下达化 若容器内气体体积比 : ＝ ， 学平衡，测得NH3占有体积 占有体积12%，则H2占有的体积分数 学平衡，测得 ， 为 66% N2的转化率为 21.4% ， 的转化率为______. 占有体积仍为12%， (3)若起始 VN 2 : VH 2 1:4，平衡时 若起始 ＝ ，平衡时NH3占有体积仍为 ， 则平衡时H ,N2的转化率 . 则平衡时 2的体积分数
（1）自然固氮 ） 雷雨固氮 生物固氮（豆科植物的根瘤菌） 生物固氮（豆科植物的根瘤菌） 合成氨工业等
（2）工业固氮 ）
1、在标准状况下，某混合气中含有N2和H2，其 、在标准状况下，某混合气中含有 密度为0.554g/L，取0.5mol此混合气体在体积固 密度为 ， 此混合气体在体积固 定的容器中发生反应N NH3。达平衡 定的容器中发生反应 2+3H2 容器中的压强是同温度时反应前压强的0.8倍 时，容器中的压强是同温度时反应前压强的 倍， 则此平衡混合气中NH3的体积分数为 则此平衡混合气中 。 25％ ％
1.原料气的制备，净化和压缩： 1.原料气的制备，净化和压缩： 原料气的制备 Ａ、制备 制备： Ａ、制备： 液化， N2 液化，蒸发 N2：空气 O2+C CO2 N2 H2：水，燃料（煤，石油，天然气） 燃料（ 石油，天然气） C+H2O(g)=CO+H2 CO+H2O(g)=CO2+H2 CH4+H2O(g)=CO+3H2 CH4+2H2O(g)=CO2+4H2
工业合成氨的适宜条件
工业合成氨的适宜条件工业合成氨的适宜条件引言工业合成氨是生产化肥等重要化学品的关键步骤。
了解适宜的条件对于提高氨的产量和质量至关重要。
本文将介绍工业合成氨的适宜条件，以帮助读者理解氨的生产过程。
反应物合成氨的主要反应物是氮气和氢气。
在合成氨过程中，需要确保两种气体的供应充足和稳定，以保证反应顺利进行。
合成氨的反应物还包括催化剂，常用的催化剂包括铁、铑等金属。
合适的催化剂选择对于提高反应速率和产氨效率非常重要。
温度温度是合成氨反应中的重要参数。
一般来说，较高的温度可以提高反应速率，但同时也会加大能量消耗。
适宜的反应温度可以在保证产氨速率的同时达到能源的平衡。
工业合成氨一般在摄氏度的温度下进行。
高温下的反应通常能够提高产氨速率，但也容易引起副反应的发生。
因此，在确定合适的反应温度时需要综合考虑反应速率和副反应的影响。
压力合成氨反应通常在高压条件下进行。
高压可以增加氢气和氮气的溶解度，促使反应物充分接触，从而提高反应速率。
一般来说，合成氨的反应压力在 atmospheres之间。
适宜的反应压力可以根据具体反应情况和技术要求确定。
反应时间合成氨的反应时间与反应温度、压力等因素密切相关。
反应时间需要足够长以保证充分的反应进行，但同时也需要控制反应时间，以避免产生过多的副反应。
反应时间的长短一般在几小时到几十小时之间。
具体的反应时间需要根据实际情况和反应器的设计加以确定。
总结合成氨的生产是一个复杂的过程，需要合适的反应物、温度、压力和反应时间等因素相互配合。
了解合适的条件对于提高氨的产量和质量非常重要。
希望本文可以帮助读者更好地理解工业合成氨的适宜条件。
操作条件在工业合成氨的过程中，除了反应条件外，还需要关注一些操作条件，如以下所示：1.气体供应：确保氮气和氢气的供应充足和稳定，以维持反应的连续进行。
2.催化剂活性：定期检查和替换催化剂，以保持其活性和稳定性。
3.控制副反应：通过调整反应温度、压力和催化剂的选择，尽量减少副反应的发生，避免产生不必要的废品。
工业合成氨反应条件。
工业合成氨反应条件。
“合成氨反应式如下：(该反应为可逆反应，等号上反应条件为：“高温高压”，下为：“催化剂”)催化机理热力学计算表明，低温、高压对合成氨反应是有利的，但无催
化剂时，反应的活化能很高，反应几乎不发生。
当采用铁催化剂时，由于改变了反应历程，降低了反应的活化能，使反应以显著的速率进行。
”
氨是重要的无机化工产品之一，在国民经济中占有重要地位，其中约有80%氨用来生
产化学肥料，20%为其它化工产品的原料。
氨主要用于制造氮肥和复合肥料，例如尿素、
硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。
氨作为工业原料和氨
化饲料，用量约占世界产量的1/2。
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
都须要轻易以氨为原料。
液氨常用作制冷剂，贮运商品氨中有一部分是以液态由制造厂运往外地。
此外，为确保制造厂内合成氨和氨加工车间之间的供需平衡，避免因短期事故而停工，须要设置液氨库。
液氨库根据容量大小相同，存有不冷藏、半冷藏和全冷藏三种类型。
液
氨的运输方式存有海运、驳船运、管道运、槽车运、卡车运。
第七讲 合成氨工业条件的选择
暑假新高二预习第7讲合成氨工业条件的优化一合成氨反应的限度、速率【基础梳理】思考：1．合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)＋3H2(g)≒2NH3(g)。
已知298 K时：ΔH＝－92.2 kJ·mol－1；ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。
请根据正反应的焓变和熵变分析298 K 下合成氨反应能否自发进行？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？3．利用条件对反应速率的影响分析。
(1)利用温度、增大压强、反应物浓度、使用催化剂来提高合成氨反应的速率。
(2)实验研究表明，在特定条件下，合成氨反应的速率与反应中各物质浓度的关系为v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，根据关系式分析：①各物质的浓度对反应速率的影响是合成氨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，与氨气浓度的1次方成。
②可以采取增大浓度，将及时从混合气中分离出去的措施来提高反应速率。
(3)有、无催化剂对合成氨反应速率影响的对比说明了使用可以使合成氨反应的速率提高上万亿倍。
[归纳总结]使NH3生产得快和使NH3生产得多的条件[即时练习]1．能使合成氨反应进行程度增大的方法是()A．升高温度B．降低压强C．使用催化剂D．及时分离出氨气2．合成氨反应中，可以提高N2转化率的措施是()A．尽可能延长反应时间B．通入过量的N2C．通入过量的H2D．升高温度3．可以判断化学平衡发生移动的是( )A．正、逆反应速率的改变B．加入催化剂C．增大压强D．反应转化率的改变4．一定量的混合气体，在密闭容器中发生如下反应：x A(g)＋y B(g) z C(g)，达到平衡后测得A气体的浓度为0.5 mol·L－1，当恒温下将密闭容器的容积扩大到2倍再达到平衡后，测得A的浓度为0.2 mol·L－1，则下列叙述不正确的是() A．平衡向正反应方向移动B．x＋y<zC．C的体积分数降低D．B的转化率提高5．在恒容密闭容器中，进行合成氨反应，达到平衡后，将平衡体系中的各物质的浓度都增加到原来的2倍，则产生的结果是()A．平衡向正反应方向移动B．平衡向逆反应方向移动C．平衡不发生移动D．氨的质量分数减小二合成氨的适宜条件【基础梳理】工业合成氨对各种外界条件选择的原因1．压强：高压50-70MPa理由：合成氨反应是正反应气态物质系数减小的气体反应，增大压强既可以反应速率，又能使平衡向移动，所以理论上压强越大越好。
工业合成氨的条件及原因
工业合成氨的条件及原因
工业合成氨是一项重要的工业化学工艺，在制 fertilizers、化工原料和其他领域中广泛应用。
它使用 N2 和 H2 的反应来生成氨，并需要一个特别的工业环境来促进这种反应的发生，以下是工业合成氨的条件及原因：
1. 高温：该过程需要高温反应，通常需要在400°C 至500°C 的高温下进行。
这是因为当温度较高时，N2 和 H2 分子的动能较高，它们将更有可能发生化学反应，形成氨分子。
2. 高压：除了高温外，该过程需要高压。
这是由于高压会增加氮气和氢气分子之间的相互作用力，从而使反应往氨的方向推进。
通常，需要使用 100 至 200 atm 的高压，以确保反应可行。
3. 催化剂：合成氨需要使用催化剂来加速反应过程。
通常使用铁、钴和镍等元素的氧化物作为催化剂，它们能够有效地降低反应所需的起始温度。
4. 比例：合成氨反应的成功还需要 N2 和 H2 的比例的正确比例。
通常情况下，需要三份氢气和一份氮气进行反应。
以上四个条件共同作用，实现了高效的工业合成氨，提供了足够的氨气，以满足各种需求。
总之，工业合成氨是一种非常复杂的化学反应，并需要特定的条件来
使它成功进行。
经过多年的研究和发展，现代工业合成氨过程已变得
非常成熟，可用于各种应用领域，为人类的生活和经济发展提供支持。
工业合成氨
工业合成氨的适宜条件
“用空气制造 面包的圣人”
第二章 第4节（第3课时）
工业合成氨的适宜条件
假设你是一个氨厂的厂长，对于合成 氨工业生产你将主要考虑哪些问题？
分析：合成氨反应有怎样的特点呢？
BC
学无止境
请同学们课下上网查阅资料，了解合成氨的具体 工业流程。
得出结论
温度如何选择？
2、高温反应速率快，低温平衡转化率高，究竟温 度如何选择？
不是
适宜温度 700K 左7右
7
此时速率较快,转化率适中，催化剂活性最大。
得出结论 3、在合成氨工业中要不要使用催化剂？为 什么？
使用铁触媒作催化剂
使用催化剂可使工业合成氨反应的速
率提高上万亿倍。
浓度怎么定？ N2 和H2的比例怎么定？
反应速率
反应物浓度 反应速率
化学平衡
1：3 平衡转化率最大
氮气和氢气的物质的量比
1：2.8 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。
归纳小结
外部条件
工业合成氨的适宜条件
压强
高压107~108 Pa （据反应器的钢材质量及综合指标）
反 可逆反应
应 特
正反应为 放热反应
点 正反应为气体体积减小
应用化学反应速率和平衡原理综合考虑：
合成氨的反应
分析角度 反应条件
压强 温度 催化剂 反应物浓度
反应速率分析
平衡分析
（使NH3产生的快） （使NH3产生的多）
高压
工业制氨气选400-500
工业制氨气选400-500
工业合成氨最适宜的条件是：
压强
有研究表明，在400°C，压强超过200MPa时，不使用催化剂，氨便可以顺利合成，但实际生产中，太大的压强需要的动力就大，对材料要求也会增高，这就增加了生产成本，因此，受动力材料设备影响，目前我国合成氨厂一般采用20MPa~50MPa.
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，反应速率会很小，并且在500°C时催化剂铁触媒的活性最大，故在实际生产中，一般选用500°C。
催化剂
采用铁触媒（以铁为主，混合的催化剂），铁触媒在500°C时活性最大，这也是合成氨选在500°C的原因。
最后，制得的氨量也不算多，还可以采取迅速冷却，使气态氨变为液态氨。
也可原料重复利用。
但对于合成氨反应中的铁催化剂，O2、CO、CO2和水蒸气等都能使催化剂中毒。
但利用纯净的氢、氮混合气体通过中毒的催化剂时，催化剂的活性又能恢复，因此这种中毒是暂时性中毒。
相反，含P、S、As的化合物则可使铁催化剂永久性中毒。
催化剂中毒后，往往完全失去活性，这时即使再用纯净的氢、氮混合气体处理，活性也很难恢复。
催化剂中毒会严重影响生产的正常进行。
工业上为了防止催化剂中毒，要把反应物原料加以净化，以除去毒物，这样就要增加设备，提高成本。
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。
工业合成氨
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？
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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。
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；
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
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？
（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。
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
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。 _______________________________________温度 Nhomakorabea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) 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
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）。
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
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？
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
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
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