1、通過工業合成氨適宜條件的選擇與優化認識化學反應速率和化學平衡綜合調控在生產生活和科學研究中的重要作用。2、在合成氨適宜條件的討論中，形成多角度分析化學反應和化工生產條件的思路，體會化學反應原理的應用價值。合成氨反應中化學反應速率和化學平衡綜合調控。形成多角度調控化學反應的思路。我們對化學反應的調控并不陌生。例如，為了滅火，可以采取隔離可燃物、隔絕空氣或降低溫度等措施；為了延長食物儲存時間，可以將它們保存在冰箱中。1、合成氨的應用（固氮）：18世紀末，英國化學家克魯克斯“先天下之憂而憂”，率先發出為了使子孫后代免于饑餓“向空氣要氮肥”的號召。一、工業合成氨N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g)已知298K時：ΔH＝－92.4kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1。

(1)可逆性：反應為可逆反應。(2)體積變化：正反應是氣體體積縮小的反應。(3)焓變：ΔH<0，熵變：ΔS<0。(4)自發性：常溫(298K)下，ΔH－TΔS<0，能自發進行。

2、合成氨反應的特點1、合成氨的原理分析：據合成氨反應的特點，應如何選擇反應條件，以增大合成氨的反應速率、提高平衡混合物中氨的含量？對合成氨反應的影響影響因素濃度溫度壓強催化劑增大合成氨的反應速率

提高平衡混合物中氨的含量

增大增大升溫降溫增大增大正催化劑不影響N2(g)＋3H2(g)?

2NH3(g)

ΔH＝－92.4kJ·mol－1思考與討論2、合成氨反應的數據分析：下表的實驗數據是在不同溫度、壓強下，平衡混合物中氨的含量的變化情況(初始時氮氣和氫氣的體積比是1：3)。溫度/℃氨的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.113.823.131.4若追求速率，怎么選條件？若追求產率，怎么選條件？壓強越大，NH3%越大。溫度越低，NH3%越大。實驗數據表明應采取的措施與理論一致。思考與討論①升高溫度，氨的含量降低，化學反應速率加快。兩者矛盾；②增大壓強，氨的含量增大，化學反應速率加快。兩者一致。那么實際生成中到底選擇哪些適宜的條件呢？3、合成氨反應的結論分析：N2(g)＋3H2(g)?

2NH3(g)

ΔH＝－92.4kJ·mol－1思考與討論1、壓強①原理分析：合成氨時壓強越大越好；②實際分析：但壓強大，對材料的強度和設備的制造要求就越高，需要的動力也越大，這將會大大增加生產投資，并可能降低綜合經濟效益。③結論：目前，一般采用的壓強為10MPa~30MPa。二、尋找工業合成氨的適宜條件

400℃下平衡時氨的體積分數隨壓強的變化示意圖壓強/MPaNH3的體積分數/%80604020406080100200①原理分析：根據平衡移動原理，合成氨應采用低溫以提高平衡轉化率。②實際分析：但溫度降低會使反應速率減小，達到平衡時間變長，這在工業生產中是很不經濟的。③結論：目前，一般采用的溫度為400~500℃。二、尋找工業合成氨的適宜條件2、溫度90200溫度／℃4003006005008070604030502010010MPa下平衡時氨的體積分數隨溫度的變化示意圖NH3的體積分數/%

①原理分析：使用催化劑能改變反應歷程，降低反應活化能，使反應物在較低溫度時能較快地進行反應。目前合成氨工業中普遍使用的是鐵觸媒。②實際分析：鐵觸媒在500℃左右時活性最大，這也是合成氨一般選擇400~500℃進行的重要原因?；煊械碾s質使催化劑“中毒”，原料氣必須經過凈化二、尋找工業合成氨的適宜條件3、催化劑鐵觸媒①原理分析：為提高平衡轉化率，工業上采取迅速冷卻的方法，使氨氣變成液氨并及時分離減小生成物濃度，平衡向正向移動，提高氨的產率。②實際分析：分離后的原料氣N2和H2，并及時補充循環使用，使反應物保持一定的濃度。二、尋找工業合成氨的適宜條件4、濃度綜上所述，工業上通常采用鐵觸媒、400～500℃、10～30Mpa、N2和H2的投料比為1∶2.8，及時分離氨，原料氣循環使用。哈伯（1918年）合成氨的基礎開發工

博施（1931年）實現了合成氨的工業化

埃特爾（2007年）揭開了合成氨的“天機”合成氨與三次諾貝爾化學獎

“合成氨”里的中國人：2016年中科院大連化學物理研究所研究團隊研制合成了一種新型催化劑，將合成氨的溫度、壓強分別降到了350℃、1MPa。

更加節能、降低成本知識拓展三、合成氨工業流程1、干燥、凈化：除去原料氣中的雜質，防止催化劑“中毒”而降低或喪失催化活性。2、壓縮機加壓：增大壓強干燥凈化N2+H2液態NH3壓縮機加壓10MPa~30MPa鐵觸媒400~500℃冷卻熱交換N2+H2N2+H2N2+H2N2+H2NH3+N2+H2NH3+N2+H2三、合成氨工業流程4、冷卻：NH3的液化需較低溫度，迅速冷卻使氣態氨變成液氨后及時從平衡混合物中分離，促使平衡向生成NH3的方向移動。干燥凈化N2+H2液態NH3壓縮機加壓10MPa~30MPa鐵觸媒400~500℃冷卻熱交換N2+H2N2+H2N2+H2N2+H2NH3+N2+H2NH3+N2+H23、熱交換：合成氨為放熱反應，反應體系溫度逐漸升高，為原料氣反應提供熱量，故熱交換可充分利用能源，提高經濟效益。三、合成氨工業流程干燥凈化N2+H2液態NH3壓縮機加壓10MPa~30MPa鐵觸媒400~500℃冷卻熱交換N2+H2N2+H2N2+H2N2+H2NH3+N2+H2NH3+N2+H25、循環使用原料氣：因合成氨為可逆反應，平衡混合物中含有原料氣，將NH3分離后的原料氣循環利用，并及時補充N2和H2，使反應物保持一定的濃度，以利于合成氨反應，提高經濟效益。1、影響化學反應進行的因素（1）內因：參加反應的物質的組成、結構和性質等本身因素；（2）外因：溫度、壓強、濃度、催化劑等反應條件。四、化學反應條件的控制2、化學反應的調控（1）含義：通過改變反應條件使一個可能發生的反應按照某一方向進行。（2）考慮實際因素

a、結合設備條件、安全操作、經濟成本等情況，綜合考慮影響化學反應速率和化學平衡的因素，尋找合適的生產條件。

b、根據環境保護及社會效益等方面的規定和要求做出分析，權衡利弊，才能實施生產。明確目的可行性確定反應原理分析實驗摸索找條件設備可行成本核算如何為一個化學反應選擇適宜的生產條件？影響因素調控反應化學平衡反應速率最佳效果化學反應的調控(1)溫度越高越利于合成氨反應平衡正向移動。(

)(2)合成氨反應中,壓強越大越利于增大反應速率和平衡正向移動。(

)(3)使用催化劑能提高合成氨反應物的平衡轉化率。(

)(4)充入的N2越多越有利于NH3的合成。 ()(5)恒容條件下充入稀有氣體有利于NH3的合成。 ()(6)工業合成氨的反應是熵增加的放熱反應，在任何溫度下都可自發進行。()練習1、判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)××√×××練習3、有關合成氨工業的說法中,正確的是(

)A、增大H2的濃度,可提高H2的轉化率B、由于氨易液化,N2、H2在實際生產中會循環使用,所以總體來說氨的產率很高C、合成氨工業的反應溫度控制在400~500℃,目的是使化學平衡向正反應方向移動D、合成氨廠采用的壓強是10MPa~30MPa,因為該壓強下鐵觸媒的活性最大B練習4、有平衡體系:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

ΔH<0。為了增加甲醇(CH3OH)的產量,應采取的正確措施是(

)A、高溫，高壓B、適宜溫度，高壓，催化劑C、低溫，低壓D、高溫，高壓，催化劑B練習5、工業上合成氨一般采用400~500℃的溫度，其原因是(

)①適當提高氨的合成速率②提高H2的轉化率③提高氨的產率④催化劑在500℃左右活性最大A、只有①

B、只有①②

C、②③④

D、只有①④D練習6、在一定條件下，可逆反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)(正反應是放熱反應)達到平衡,當單獨改變下列條件后,有關敘述錯誤的是(

)A、加催化劑,v(正)、v(逆)都發生變化且變化的倍數相等B、加壓,v(正)、v(逆)都增大，且v(正)增大的倍數大于v(逆)增大的倍數C、降溫,v(正)、v(逆)都減小，且v(正)減小的倍數小于v(逆)減小的倍數D、等容條件下加入氬氣，v(正)、v(逆)都增大，且v(正)增大的倍數大于v(逆)增大的倍數D

練習7、某工業生產中發生反應:2A(g)+B(g)2M(g)

ΔH<0。下列有關該工業生產的說法正確的是(

)A、工業上合成M時，一定采用高壓條件,因為高壓有利于M的生成B、若物質B價廉易得，工業上一般采用加入過量的B以提高A和B的轉化率C、工業上一般采用較高溫度合成M，因溫度越高,反應物的轉化率越高D、工業生產中常采用催化劑，因為生產中使用催化劑可提高M的日產量D

1×105Pa1×106Pa5×106Pa1×107Pa450℃97.5%99.2%99.6%99.7%550℃85.6%94.9%97.7%98.3%壓強

溫度轉化率練習8、

在硫酸工業中,通過下列反應使SO2氧化成SO3:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

ΔH=-198kJ·mol-1。(已知催化劑是V2O5,在400~500℃時催化效果最好)下表為不同溫度和壓強下SO2的轉化率(%):1、根據化學理論分析,為了使二氧化硫盡可能轉化為三氧化硫，應選擇的條件是什么?2、在實際生產中,選定400~500℃作為操作溫度,其原因是什么?提示:低溫、高壓。

提示:兼顧速率和平衡,且在此溫度下催化劑的活性最高。

1×105Pa1×106Pa5×106Pa1×107Pa450℃97.5%99.2%99.6%99.7%550℃