1、第4节化学反应条件优化工业合成氨,第二章 化学反应的方向、限度与速率,饥饿的苏丹,十九大报告指出，到2020年我国现行标准下农村贫困人口实现脱贫，贫困县全部摘帽，解决区域性整体贫困，做到脱真贫、真脱贫。,弗里茨哈伯：,给人类带来丰收和喜悦的天使，用空气制造面包的圣人。,德国化学家哈伯带领科研团队也从1902年开始研究氨的直接合成。但直到1913年才实现了氨的工业生产。,自1784年发现氨以后，人们一直在研究如何利用化学方法由氮气和氢气合成氨。,合成氨反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),假如你是一个合成氨工厂的老板，对工业生产你会考虑哪些问题？,加快化学反应速率,单位时间内产率高,
2、增大化学反应限度,原料的利用率要高,另外还要考虑生产中的能源消耗、原料来源、设备条件、环境保护等因素。,反应的可能性要强,化学反应的方向性,【一、反应的自发性】,合成氨反应是一个可逆反应: N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),已知298K时: H= -92.2KJmol-1S = -198.2JK-1mol-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.（molL-1)-2,H-TS = -33.14 kJmol-10 自发,结论：降低温度、增大压强有利于氨的合成,二 、化学反应限度,N2、H2体积比对产率的影响,结论： N2、
3、H2体积比为1:3时平衡混合气中NH3含量最高,【三、化学反应速率】,你认为可以通过控制哪些条件来提高合成氨的反应速率？,提高速率：增大浓度、增大压强、升高温度、加入催化剂,【三 、化学反应速率】,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:, =C(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？,浓度：增c(N2）、c(H2)，减小c(NH3),1、浓度的要求：,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。但是压强越大
4、，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:根据反应器钢材质量及综合指标，一般选择中压生产。,2、压强的选择,使用催化剂可使合成氨的反应速率提高 上万亿倍。, =C(N2)C1.5(H2)C-1(NH3),3、催化剂的选择,工业生产中的选择,一般选择中压：2050 MPa,适宜温度700K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,在中压的工艺条件下，合成氨厂出口气中的氨含量一般为13%14%，那么剩余的N2和H2该如何处理呢？,P69合成氨工业生产流程示意图,我国合成氨工业的发展情况：
5、我国合成氨工业开始于20世纪30年代，1949年新中国成立时合成氨厂只有3家，年生产能力不到0.6万吨。经过几十年的努力，我国已经拥有多种原料、不同流程的大、中、小合成氨厂1000多家；到2016年，合成氨年产量达到8000多万吨，从生产能力和产量上都位居世界前列。,为了提高合成氨的生产能力，还可以在哪些方面做进一步改进？,寻找抗毒能力强的新型催化剂,寻找更耐压的金属材料,仿生固氮酶课题的突破,思考：,化学反应的方向,化学反应的限度,化学反应的速率,合成氨反应能否自发进行,怎样能促使化学平衡向合成氨方向移动,怎样能提高合成氨反应速率,适宜的合成氨条件,工艺流程,化学工艺学,高压对设备材质、 加
6、工制造的要求、温度 的催化剂活性的影响等,【总结】,1909年，哈伯成为第一个从空气中制造出氨的科学家，使人类从此摆脱了依靠天然氮肥的被动局面，加速了世界农业的发展，因此获得1918年瑞典科学院诺贝尔化学奖。一战中，哈伯担任德国化学兵工厂厂长时负责研制、生产氯气、芥子气等毒气，并使用于战争之中，造成近百万人伤亡，遭到了美、英、法、中等国科学家们的谴责。1934年1月29日，哈伯因突发心脏病逝世于瑞士的巴塞尔。,哈伯的功与过：,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（ ） （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
7、1075107Pa的压强,练一练：,BC,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（ ） A、增大压强 B、降低温度 C、增大CO浓度 D、增大水蒸气浓度,BD,3、关于氨的合成工业的下列说法正确的是 （ ） (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 - 50MPa ，是因该条件下催化剂的活性最好,B,4.已知2SO2(g)+O2(g) 2SO3 (g) H0。催化剂V2O5在400500 时催化效果最好。,(1) 应选用的温度是_。,应采用的压强是_，理由是_ _,450,常压,5、在合成氨反应中，入口气体体 积比 N2:H2:NH3 为6:18:1，出口 气体体积比为9:27:8，则H2的转 化率为_。,25%,谢谢！,
