高中化学,第二章 化学平衡,第四节 合成氨条件的选择 -杨文槐,氮转化为化合态的氨的价值,N2,NH3,医药,炸药,染料,化肥,哈伯（F.Haber） （1868-1934）,1918年 诺贝尔化学奖,哈伯于1908年7月在实验室用N2 、H2在600、200个大气压，合成出氨, 产率为2。19111913年短短两年合成出了1000吨液氨。 并用它制造3500吨TNT.,合成氨工业的发展,用N2 、H2为原料合成氨的工业生产， 曾是一个很艰巨的课题。,1900年，法国化学家勒夏特列认为， N2、H2可以在高压下直接化合成氨。但实验验证时发生了爆炸，于是他觉得有危险，放弃了研究。,稍后，德国化学家能斯特，通过计算认为合成氨不能实现。使合成氨又惨遭厄运。,1931年诺贝尔化学奖颁给了德国化学家 波施（C.Bosch）。,他发现了合成氨廉价的催化剂，使生产效率显著提高，生产成本明显降低。,据不完全统计，全世界工业合成氮肥中的氮只占固氮总质量的 20,氮的固定,氮的固定：将游离态氮转化为化合态氮的 过程。,固氮,人工固氮,自然固氮,生物固氮：根瘤菌,雷雨、庄稼等,1.人工合成氨：化学固氨法。其条件要求高、成本高、转化率低、效率低。2.根瘤菌，生物固氨。常温常压下进行。成本低、转化率高、效率高。,化学平衡,1.影响化学反应速率的因素有些？,2.影响化学平衡的条件有哪些？,根据关系式了解：,应用化学平衡原理，分析反应： aA（g） +bB(g) cC(g) +dD(g),浓度,温度,压强,问题 据化学反应方程式分析这个反应有什么特点？,特点：,a、可逆反应。,b、正反应为放热反应。,c、正反应是气体体积缩 小的反应。,N2+3H2 2NH3,(正反应为放热反应),1体积 3体积 2体积,1、增大压强可提高反应速率.,2、降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动.,3、催化剂对化学平衡没有影响，在合成氨工业 中是否需要使用催化剂？,合成氨条件的选择,（正反应放热）,要制得更多的氨，可以采用哪些措施？,催化剂降低反应分子活化能，由于氮分子非常稳定， 与氢的化合十分困难，即使采用了加热与高压的条件，合成氨的反应还是十分缓慢.为了加快化合反应速率，降低反应所需要的能量，合成氨工业普遍使用催化剂。,讨论 根据外界条件对化学反应速率的影响，说明要使合成氨的化学反应速率增大，应采取的措施。应用化学平衡移动原理，说明要提高平衡混合物中氨气的含量，应采取的措施。,高压,高温,使用催化剂,增大反应物浓度,高压,低温,无影响,增大反应物浓度 减小生成物浓度,对比下表的实验数据，检查自己的理论推断是否正确。,N2+3H2 2NH3(放热反应),压强怎么选择？,分析：合成氨反应是体积缩小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能提高平衡混合物中氨的含量，所以理论上压强越大越好。,综合以上两点，实际生产中压强一般选择在20MPa-50MPa之间。,在实际生产中，压强越大，对压缩氢和氮需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高。故压强的选择受动力、材料、设备等条件的限制。,温度怎么选择？,因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量。,可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。,铁触媒在500 左右时的活性最大,浓度怎么定？,增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。因此可以用保持一定的氮、氢浓度，减少氨气的浓度的方法，提高合成氨的效率和产量。,实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化而分离出去；及时补充氮气和氢气，使其保持一定的浓度。,增大反应物浓度，高压、低温，平衡时生成物NH3的含量(体积分数)高。,可见，增大反应物浓度，增大压强，使用适宜的催化剂对反应有利。,温度越高、压强越大，化学反应越快， 使用合适的催化剂，反应加快，单位时间内生成的NH3越多；,工业上合成氨，主要要考虑哪些因素？,根据化学反应速率的有关知识，思考:， ， 都可以使合成氨的化学反应速率增大。,增大压强,经济效益和社会效益：,速度要快，原料的利用率要高，单位时间的产量要高。另外还要考虑生产中的消耗能源，原料,设备条件等因素。,升高温度,使用催化剂,合成氨实验装置,与,快速推进,工业上合成氨的适宜条件 （实际应用）,压强：21075 107Pa,温度： 500 左右,催化剂：铁触媒做催化剂,(二)、生产过程,1、主要流程：,原料气的制取,净化,压缩,合成,分离,液氨,实际生产中，尽量提高反应物浓度和想尽办法移去生成物以减小生成物浓度，促使平衡向正反应方向移动,2、原料气制取：,制N2 :,制H2 :,物理方法,化学方法,空气,那么，从平衡混合气中分离出NH3，利用了氨气的什么性质呢?,易液化,合成氨是在什么设备中进行的?,合成塔。,有耐高压的厚壁；安放有厚层的催化剂；有热交换器。,设想合成氨的发展前景,生物中植物对氮的需求；生物固氮的原理和条件；理想的人工固氮条件。,我国合成氨生产情况怎样？,我国有合成氨生产企业570多家，其中2004年产量达30万吨以上的有30家，超过50万吨的已有4家。预计今年全国合成氨产量可能超过4600万吨，产量位居世界第一,