1、化学反应条件的优化化学反应条件的优化 -工业合成氨工业合成氨 弗里茨弗里茨哈伯哈伯 （ 德国）德国）用空气制造面包的圣人用空气制造面包的圣人获获19181918年诺贝尔奖年诺贝尔奖N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)【交流研讨一交流研讨一】1.1.工业合成氨的反应工业合成氨的反应: N: N2 2(g)+3H(g)+3H2 2(g) 2NH(g) 2NH3 3(g) (g) H0H0有哪些特点？有哪些特点？可逆反应可逆反应; ; 气体体积减小的放热反应；气体体积减小的放热反应；熵减小反应。熵减小反应。2.2.已知在已知在298K298K时，时，H H92.2 kJmol92.2 kJmol
2、1 1， S S198.2 JK198.2 JK1 1molmol1 1。请根据反应的焓变和熵变分析在请根据反应的焓变和熵变分析在298K298K时合成氨反应能否时合成氨反应能否正向自发进行？正向自发进行？ G G= =H HT TS S = = 33.14 kJmol33.14 kJmol1 10 0，可以自发，可以自发 K K(298K)(298K)=4 =4 10 106 6, ,接近完全接近完全假如你是合成氨的工程师，工业生产时主要考虑的问题？假如你是合成氨的工程师，工业生产时主要考虑的问题？（3）省（4）好（环境、设备等）（环境、设备等）（2）快（1）多即提高氨的含量即提高氨的含量化
3、学平衡问题化学平衡问题即提高单位时间里氨的产量即提高单位时间里氨的产量 化学反应速率问题化学反应速率问题【思考.交流】 N N2 2(g)+3H(g)+3H2 2(g) 2NH(g) 2NH3 3(g)(g)N2: 空气中分离；空气中分离；H2: C+H2O(g)=CO+H2【交流研讨二交流研讨二】 “多多”1.1.利用化学平衡移动的知识，分析什么条件有利于氨的合利用化学平衡移动的知识，分析什么条件有利于氨的合成，提高氨的产率？成，提高氨的产率？外界条件外界条件化学平衡角度化学平衡角度（增大（增大NHNH3 3的含量）的含量）浓度浓度N N2 2、H H2 2NHNH3 3温度温度压强压强催化
4、剂催化剂n(Nn(N2 2):n(H):n(H2 2) )【资料卡片资料卡片】：NHNH3 3含量的实验测定结果含量的实验测定结果 图图1:平衡混合物中氨的含量与温度、压强的关系平衡混合物中氨的含量与温度、压强的关系温度升高，氨的含量降低温度升高，氨的含量降低压强增大，氨的含量增大压强增大，氨的含量增大图图2 2：NHNH3 3的平衡体积分数随的平衡体积分数随投料比变化的曲线投料比变化的曲线高压、低温n(N2):n(H2)=1:3最优【交流研讨三交流研讨三】 “快快”1.1.可以通过控制哪些反应条件来提高合成氨反应的速率？可以通过控制哪些反应条件来提高合成氨反应的速率？2.2.结合以下资料，分
5、析具体可以采取哪些措施来提高反应结合以下资料，分析具体可以采取哪些措施来提高反应速率？速率？外界条件外界条件反应速率角度反应速率角度（提高合成（提高合成NHNH3 3的速率的速率）浓度浓度N N2 2、H H2 2NHNH3 3温度温度压强压强催化剂催化剂n(Nn(N2 2):n(H):n(H2 2) )吸附分解吸附分解：N2(g) N2 2N (Ea最大）最大） H2(g) 2H 表面反应表面反应： N +H NH NH +H NH 2 NH2 +H NH 3脱附脱附： NH3 NH 3（g) n(N2):n(H2)=1 : 2.8 最优合成氨的各步反应历程为（ 表示吸附态）：【交流研讨四交
6、流研讨四】 合成氨的适宜条件合成氨的适宜条件序号序号影响因素影响因素选择条件选择条件1温度温度反应温度控制在反应温度控制在700K左右左右2物质的量物质的量N2、H2投料比投料比12.83压强压强11071108 Pa4催化剂催化剂选择铁做催化剂选择铁做催化剂5浓度浓度使使NH3液化并及时分离出去，液化并及时分离出去，及时补充及时补充N2、H2合成氨厂出口气中氨的含量仍只有15%，转化率仍不够大，还可采取什么办法？【交流研讨五】【交流研讨五】工业生产条件的选择思路：工业生产条件的选择思路：u总原则：总原则： 寻找以较高的反应速率获取适当的转化率。寻找以较高的反应速率获取适当的转化率。u温度的选
7、择：温度的选择：催化剂活性最大的温度催化剂活性最大的温度u压强的选择：压强的选择：既要考虑化学反应速率和化学平既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。衡，还要考虑动力、材料、设备等。u催化剂：催化剂：一般要使用。提高生产效率，也提高一般要使用。提高生产效率，也提高了经济效益；了经济效益；【学以致用学以致用】【视野拓展视野拓展】合成氨工艺流程：合成氨工艺流程：合成氨的发展：合成氨的发展：【课堂小结课堂小结】利用化学反应解决实际问题的思路利用化学反应解决实际问题的思路：N2(g)3H2(g) 2NH3(g)铁触媒700K，10-100MPa1.1.确定反应，了解反应2.应用速率、平衡理论， 调控反应3.综合生产实际 ,优化反应条件谢谢观看
