合成氨课件
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50MPa ，是因该条
5.下列反应达到平衡时，哪种条件下生成物 的含量最高：X2(g)+2Y2 (g) （正反应为放热反应）( A.高温 高压 C.高温 低压
D )
X2Y4 (g)
B.低温 低压 D.高压 低温
6.对于反应: 2SO2(g)+O2 (g) 下列判断正确的是( BC )
2SO3 (g)
A.2体积SO2和足量O2反应,必定生成2体积SO3 B.其他条件不变,增大压强,平衡向右移动
C.平衡时, SO2消耗速率必定等于O2的生成速率
的两倍
D.平衡时, SO2浓度必定等于O2浓度的两倍.
7.已知2SO2(g)+O2(g) 实验数据见表
2SO3 (g) △H＜0其
450℃ (1) 应选用的温度是______。 常压 因为常压下SO (2)应采用的压强是______，理由是___________ 2 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。 _______________________________________。
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 700K左右
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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
【总结】
二、合成氨工业简述：
1、主要流程：
原料气制取
（造气）
净化
A、增大压强 B、降低温度
C、增大水蒸气浓度
D、增大CO浓度
3、在合成氨时，可以提高H2转化率的措施是（ C ）
(A)延长反应时间 (C)充入过量N2 (B)充入过量H2 (D)升高温度
4、关于氨的合成工业的下列说法正确的是 （ B ）
(A)从合成塔出来的气体，其中氨一般占15%，所 以生产氨的工业的效率都很低 (B)由于NH3易液化，N2、H2可循环使用，则总的说 来氨的产率很高 (C)合成氨工业的反应温度控制在500 ℃左右，目 的是使平衡向正反应方向进行 (D)合成氨工业采用20 MPa 件下催化剂的活性最好
【交流·研讨】
研讨的内容
1、既然增大压强既可提 高反应速率，又可提高氨 的产量，那么在合成氨工 业中压强是否越大越好？ 2、既然降低温度有利于 平衡向生成氨的方向移动 ，那么生产中是否温度越 低越好？
3 、催化剂对化学平衡的移动 没有影响， 在合成氨工业中 要不要使用催化剂，为什么？
P67
研讨的问题 压强怎么定？
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--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。 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。即N2和H2的物质的量比为1：2.8
第4节
化学反应条件的优化 ----工业合成氨
复 习
温度 气体压强 催化剂 浓度
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 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
催化剂加快反应速率
催化剂对平衡无影响
增大反应物浓度,平 衡正向移动
反应物浓度越大,反 应速率越大
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 --铁，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。
我国合成氨工业的发展情况：
解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂；
1949年全国氮肥产量仅0.6万吨；
2012年达到5363.7万吨，成为世界上产量最 高的国家之一。拥有多种原料、不同流程的大、中 、小合成氨厂1000多家.
例题
： 能使合成氨反应限度增大的方法是 A、升高温度 B 、降低压强 C、使用催化剂 D 、及时分离出氨气
【交流· 研讨】
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
书P65
2NH3(g)
△S = -198.2J· mol-1 K-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？ 298K下合成氨反应的平衡常数 K为４.１×１０６（mol· -1)-2 L
温度怎么选择？
要不要用催化 剂？
1、压强怎么选？
分析： 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。实际生产中压强一般选择在100～ 1000大气压之间。
2、温度怎么选择？
分析： 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、用不用催化剂？
D
练一练：
1．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列变 化过程不能使平衡向右移动的是（ BC ）
（A）不断将NH3分离出来 （B）使用催化剂 （C）采用700K左右的高温 （D）采用2×107～5×107Pa的压强
2、合成氨所需的H2可由煤和水蒸气反应 而制得，其中一步的反应为：
CO(g)+H2O（g） CO2(g)+H2(g)（正反应放 热），下列措施中，能提高CO转化率的 是（ BC ）
合成氨反应的特点：
N2(g)+3H2(g)
(1体积) (3体积) ①可逆反应 ②熵减小的反应
2NH3(g) △H ＝-92.2kJ/mol
(2体积) △S = -198.2J· mol-1 K-1·
③正反应气态物质系数减小 ④正反应是放热反应
一、合成氨反应的限度 【交流· 研讨】
书P65
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．
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)
k(催)/k(无)
167
1.升高温度 2.增大压强 3.增大N2、H2浓度,将 氨及时从混合气中 分离出去 4.使用催化剂
（净化）
压缩
合成
分离
液氨
（合成氨）
2、原料气制取： 制氮气:
压缩
液态空气 CO2(+N2)
蒸发
N2(先逸出) 物理方法 N2 化学方法
空气
碳
分离出CO2
制氢气:
天然气
H2O(气)
CO+H2
H2O(气)
CO2+H2
分离出CO2
H2
CH4(g)+H2O(g) CO(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g) CO2(g)+H2(g)
NH3%
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
1:1
1:2
1:3
1:4
1:5
1:6
N2:H2
降低 增大 ___温度、___压强有利于化学平衡向 生成氨的方向移动，N2、H2体积比为 1：3 _____时平衡混合物中氨的含量最高。
二、合成氨反应的速率
【交流· 研讨】
书P66
1、你认为可以通过控制那些反应 条件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的物质的浓 度的关系为: ν =κC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)
50MPa ，是因该条
5.下列反应达到平衡时，哪种条件下生成物 的含量最高：X2(g)+2Y2 (g) （正反应为放热反应）( A.高温 高压 C.高温 低压
D )
X2Y4 (g)
B.低温 低压 D.高压 低温
6.对于反应: 2SO2(g)+O2 (g) 下列判断正确的是( BC )
2SO3 (g)
A.2体积SO2和足量O2反应,必定生成2体积SO3 B.其他条件不变,增大压强,平衡向右移动
C.平衡时, SO2消耗速率必定等于O2的生成速率
的两倍
D.平衡时, SO2浓度必定等于O2浓度的两倍.
7.已知2SO2(g)+O2(g) 实验数据见表
2SO3 (g) △H＜0其
450℃ (1) 应选用的温度是______。 常压 因为常压下SO (2)应采用的压强是______，理由是___________ 2 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。 _______________________________________。
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 700K左右
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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
【总结】
二、合成氨工业简述：
1、主要流程：
原料气制取
（造气）
净化
A、增大压强 B、降低温度
C、增大水蒸气浓度
D、增大CO浓度
3、在合成氨时，可以提高H2转化率的措施是（ C ）
(A)延长反应时间 (C)充入过量N2 (B)充入过量H2 (D)升高温度
4、关于氨的合成工业的下列说法正确的是 （ B ）
(A)从合成塔出来的气体，其中氨一般占15%，所 以生产氨的工业的效率都很低 (B)由于NH3易液化，N2、H2可循环使用，则总的说 来氨的产率很高 (C)合成氨工业的反应温度控制在500 ℃左右，目 的是使平衡向正反应方向进行 (D)合成氨工业采用20 MPa 件下催化剂的活性最好
【交流·研讨】
研讨的内容
1、既然增大压强既可提 高反应速率，又可提高氨 的产量，那么在合成氨工 业中压强是否越大越好？ 2、既然降低温度有利于 平衡向生成氨的方向移动 ，那么生产中是否温度越 低越好？
3 、催化剂对化学平衡的移动 没有影响， 在合成氨工业中 要不要使用催化剂，为什么？
P67
研讨的问题 压强怎么定？
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--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。 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。即N2和H2的物质的量比为1：2.8
第4节
化学反应条件的优化 ----工业合成氨
复 习
温度 气体压强 催化剂 浓度
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 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
催化剂加快反应速率
催化剂对平衡无影响
增大反应物浓度,平 衡正向移动
反应物浓度越大,反 应速率越大
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 --铁，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。
我国合成氨工业的发展情况：
解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂；
1949年全国氮肥产量仅0.6万吨；
2012年达到5363.7万吨，成为世界上产量最 高的国家之一。拥有多种原料、不同流程的大、中 、小合成氨厂1000多家.
例题
： 能使合成氨反应限度增大的方法是 A、升高温度 B 、降低压强 C、使用催化剂 D 、及时分离出氨气
【交流· 研讨】
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
书P65
2NH3(g)
△S = -198.2J· mol-1 K-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？ 298K下合成氨反应的平衡常数 K为４.１×１０６（mol· -1)-2 L
温度怎么选择？
要不要用催化 剂？
1、压强怎么选？
分析： 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。实际生产中压强一般选择在100～ 1000大气压之间。
2、温度怎么选择？
分析： 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、用不用催化剂？
D
练一练：
1．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列变 化过程不能使平衡向右移动的是（ BC ）
（A）不断将NH3分离出来 （B）使用催化剂 （C）采用700K左右的高温 （D）采用2×107～5×107Pa的压强
2、合成氨所需的H2可由煤和水蒸气反应 而制得，其中一步的反应为：
CO(g)+H2O（g） CO2(g)+H2(g)（正反应放 热），下列措施中，能提高CO转化率的 是（ BC ）
合成氨反应的特点：
N2(g)+3H2(g)
(1体积) (3体积) ①可逆反应 ②熵减小的反应
2NH3(g) △H ＝-92.2kJ/mol
(2体积) △S = -198.2J· mol-1 K-1·
③正反应气态物质系数减小 ④正反应是放热反应
一、合成氨反应的限度 【交流· 研讨】
书P65
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．
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)
k(催)/k(无)
167
1.升高温度 2.增大压强 3.增大N2、H2浓度,将 氨及时从混合气中 分离出去 4.使用催化剂
（净化）
压缩
合成
分离
液氨
（合成氨）
2、原料气制取： 制氮气:
压缩
液态空气 CO2(+N2)
蒸发
N2(先逸出) 物理方法 N2 化学方法
空气
碳
分离出CO2
制氢气:
天然气
H2O(气)
CO+H2
H2O(气)
CO2+H2
分离出CO2
H2
CH4(g)+H2O(g) CO(g)+H2O(g)
CO(g)+3H2(g) CO2(g)+H2(g)
NH3%
0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
1:1
1:2
1:3
1:4
1:5
1:6
N2:H2
降低 增大 ___温度、___压强有利于化学平衡向 生成氨的方向移动，N2、H2体积比为 1：3 _____时平衡混合物中氨的含量最高。
二、合成氨反应的速率
【交流· 研讨】
书P66
1、你认为可以通过控制那些反应 条件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的物质的浓 度的关系为: ν =κC(N2)C1.5(H2)C-1(NH3)