1、化学条件的优化化学条件的优化 工业合成氨工业合成氨化学反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)看起来十分的简单，为什么合成氨的工业化生产会经历如此漫长的过程？合成氨工厂为什么需要那么庞大而复杂的生产设备和特殊的生产条件？合成氨技术的发明使工业化人工固氮成为现实。要实现合成氨的工业化生产，必须从化学热力学和化学动力学两个方面选择合成氨的反应条件。联想联想 质疑质疑 经济效益和社会效益 ：增大化学反应速率单位时间内产率高增大化学反应限度原料的利用率高【 问题 】 分析工业生产主要要考虑哪些问 题？另外还要考虑生产中的 消耗能源 、 原料来源、 设备条件 、 环境保护 等因素。复习影响化学反应
2、速率和化学平衡的重要因素有哪些 ?化学反 应 速率 化学平衡温度气体 压 强催化 剂浓 度温度越高 ,反应速率越大压强越大 ,反应速率越大正催化剂加快反应速率反应物浓度越大 ,反应速率越大升高温度 ,平衡向吸热反应方向移动增大压强 ,平衡向气体体积减小的方向移动催化剂对平衡无影响增大反应物浓度 ,平衡正移动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-1 S=-198.2J K-1mol-11、请根据正反应的焓变和熵变分析 298K下合成氨反应是否自发进行。2、请利用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的合适条件。【 交流 研
3、讨】一、 合成氨的反应限度氢氮比平衡时NH3含量不同条件下平衡混合气中氨的含量 (体积分数 )(原料其中 N2和 H2的体积比是 1:3 )31.457.579.892.698.81108Pa23.142.265.284.295.46107Pa9.119.138.264.286.42107Pa4.510.625.152.081.51107Pa13.826.447.071.089.93107Pa0.050.10.42.215.3 1105Pa4000C6000C5000C3000C2000C压强氨 含量温 度二 、 合成氨反应的速率交流 研讨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
4、率 ?2、实验表明，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？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 E /KJ/mol K(催 )/k(无 )无催化 剂 335 3.41012(100k)使用 Fe催化 剂 1671、催化剂能降低反应的活化能、增大速率常数2、使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。第 67页1、填写表格2、请尝试为合成氨选择合适的条件【 交流 研讨 】三、合成氨的适宜
5、条件的选择三、合成氨的适宜条件的选择提高反应的平衡转化率性 质 措 施放热反应正向分子数减小反应可逆 未参与反应的原料气应循环使用加压有利 ,反应器材质要求高低温有利 ,热量回收 ,综合利用提高化学反应速率活化能高低温时反应速率低原料气增加能提高反应速率氨气浓度增加能降低反应速率研究提高氮活性的催化剂升高反应温度增加原料气浓度 ,此反应为加压及时将氨气移走生成 氨的浓度反应物的浓度催化剂温度压强速率分析提高反应速率外界条件高压高温使用增大浓度减小浓度平衡分析提高转化率高压低温无影响增大浓度减小浓度小结：选择适宜生产条件的原则：(1)既要注意外界条件对二者影响一致性 ,又要注意对二者影响的矛盾性
6、。(2)既要注意温度、催化剂对速率影响的一致性 ,又要注意催化剂的活性对温度的限制。(3)既要注意理论上的需要 ,又要注意实际可能性。【 交流交流 研讨研讨 】研 讨 的内容 研 讨 的 问题 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？压强怎么定？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？温度怎么选择？要不要用催化剂？浓度怎么定？ H2和 N2的比例怎么定？讨论： 能否用过量氮气提高氢气转化率？工业合成氨是否采用此方法？1:1 1:2 1:3 1:4 1:5 1:6 0.60.50.40.30.20.1NH3%N2:H2外部条件 工 业 合成氨的适宜条件压 强温度催化 剂浓 度研讨的结果适宜温度700K左右使用铁触媒作催化剂1107 1108Pa氮气与氢气投料比： 1:2.8氨气及时分离，氮氢原料气循环使用并不断补充。已知 2SO2(g)+O2(g) 2SO3 (g) H 0其实验数据见 下表(1)应选用的温度是 _。(2)应采用的压强是 _，理由是_。
