化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化

----工業(yè)合成氨

弗里茨·哈伯（德國(guó)）

用空氣制造面包的圣人獲1918年諾貝爾獎(jiǎng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)【交流研討一】1.工業(yè)合成氨的反應(yīng):N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H<0有哪些特點(diǎn)？①可逆反應(yīng);②氣體體積減小的放熱反應(yīng)；③熵減小反應(yīng)。2.已知在298K時(shí)，ΔH＝－92.2kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·K－1·mol－1。請(qǐng)根據(jù)反應(yīng)的焓變和熵變分析在298K時(shí)合成氨反應(yīng)能否正向自發(fā)進(jìn)行？△G=△H－T△S=－33.14kJ·mol－1＜0，可以自發(fā)

K(298K)=4×106,接近完全假如你是合成氨的工程師，工業(yè)生產(chǎn)時(shí)主要考慮的問(wèn)題？（3）?。?）好（環(huán)境、設(shè)備等）（2）快（1）多即提高氨的含量——化學(xué)平衡問(wèn)題即提高單位時(shí)間里氨的產(chǎn)量——化學(xué)反應(yīng)速率問(wèn)題【思考.交流】

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)N2:空氣中分離；H2:C+H2O(g)=CO+H2【交流研討二】“多”1.利用化學(xué)平衡移動(dòng)的知識(shí)，分析什么條件有利于氨的合成，提高氨的產(chǎn)率？外界條件化學(xué)平衡角度（增大NH3的含量）濃度N2、H2NH3溫度壓強(qiáng)催化劑n(N2):n(H2)【資料卡片】：NH3含量的實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果

圖1:平衡混合物中氨的含量與溫度、壓強(qiáng)的關(guān)系溫度升高，氨的含量降低壓強(qiáng)增大，氨的含量增大圖2：NH3的平衡體積分?jǐn)?shù)隨投料比變化的曲線高壓、低溫n(N2):n(H2)=1:3最優(yōu)【交流研討三】“快”1.可以通過(guò)控制哪些反應(yīng)條件來(lái)提高合成氨反應(yīng)的速率？2.結(jié)合以下資料，分析具體可以采取哪些措施來(lái)提高反應(yīng)速率？外界條件反應(yīng)速率角度（提高合成NH3的速率）濃度N2、H2NH3溫度壓強(qiáng)催化劑n(N2):n(H2)吸附分解：N2(g)→N2

※→2N

※

(Ea最大）

H2(g)→2H

※表面反應(yīng)：N※+H

※→NH

※

NH

※+H※

→

NH2※

NH2

※+H

※→NH3※脫附：

NH3

※→NH3（g)

n(N2):n(H2)=1:2.8最優(yōu)合成氨的各步反應(yīng)歷程為（※表示吸附態(tài)）：【交流研討四】合成氨的適宜條件序號(hào)影響因素選擇條件1溫度反應(yīng)溫度控制在700K左右2物質(zhì)的量N2、H2投料比1∶2.83壓強(qiáng)1×107～1×108Pa4催化劑選擇鐵做催化劑5濃度使NH3液化并及時(shí)分離出去，及時(shí)補(bǔ)充N2、H2合成氨廠出口氣中氨的含量仍只有15%，轉(zhuǎn)化率仍不夠大，還可采取什么辦法？【交流研討五】工業(yè)生產(chǎn)條件的選擇思路：總原則：

尋找以較高的反應(yīng)速率獲取適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)化率。溫度的選擇：催化劑活性最大的溫度壓強(qiáng)的選擇：既要考慮化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡，還要考慮動(dòng)力、材料、設(shè)備等。催化劑：一般要使用。提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟(jì)效益；【學(xué)以致用】【視野拓展】合成氨工藝流程：合成氨的發(fā)展：【課堂小結(jié)】利用化學(xué)反應(yīng)解決實(shí)際問(wèn)題的思路：N2(g)＋3H2(g)