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1、第2章 第四节 化学反应条件的优化 工业合成氨,高中化学选修化学反应原理,1909年，成为第一个从空气中制造出氨的科学家，使人类从此摆脱了依靠天然氮肥的被动局面，加速了世界农业的发展，因此获得1918年瑞典科学院诺贝尔化学奖。,德国化学家 弗里茨哈伯,19111913年，合成了1000吨液氨，并且用它制造出3500吨烈性炸药TNT,讨论1：假如你是一个工厂的厂长，对工业生产你主要应考虑哪些问题？,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,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。,反应能否发生,反应方向,一 、反应方向,
2、1、请根据正反应的焓变和熵变， 分析K下合成氨反应能否自发进行？,资料：交流研讨,讨论2：请同学们写出合成氨的化学反应方程式，并讨论说明这个反应方程式有什么特点？,特点： a、可逆反应 b、正反应放热 c、正反应是气体体积减小的反应,N2+3H2 2NH3,（正反应放热）,V(N2):V(H2)=1:3 达到平衡时平衡混合物中NH3含量的体积分数,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？,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，又能使平衡正向移动，所以理论上压强越大越好。 但是压强越大，对设备的要求高、压缩H2和N2所需要的动力大
3、，因此选择压强应符合实际科学技术。,综合以上两点，实际生产中压强一般选择在1001000个大气压之间。,在合成氨工业中要使用催化剂，既然催化剂对化学平衡的移动没有影响，为什么还要使用呢？,催化剂对合成氨反应速率的影响,使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。,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？, 因为正反应方向是放热的反应，所以降低温 度有利于平衡正向移动。, 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。, 催化剂要在一定温度下催化活性最大。,综合以上因素，实际生产中温度一般选择在700K左右,思考,即使在500和30MP
4、a时，合成氨平衡混合物中NH3的体积分数也只有26.4%，转化率仍不够大，还可采取什么办法？,分析：保持一定的N2、H2浓度，减少氨气的浓度，可以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。,思考,即使在500和30MPa时，合成氨平衡混合物中NH3的体积分数也只有26.4%，转化率仍不够大，还可采取什么办法？,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),N2+3H2 2NH3,（正反应放热）,设想合成氨的发展前景,化学模拟生物固氮,豆科植物
5、根部长有根瘤，根瘤菌中存在固氮酶，所以豆科植物在常温常压下才能将空气中的氮气转化为氨。 固氮酶很怕氧，所以整个研究过程中必须严格无氧，这无疑给研究增加了难度。所以时至今日，固氮酶的固氮机理之谜还没解开。,如果小麦、水稻也能自行固氮，那将给人类带来哪些方面的好处？,可以减少农田施用氮肥的费用，降低粮食的生产成本； 可以减少氮肥的生产，既有利于节省能源，又有利于避免出现因过量施用氮肥而造成的水体富营养化。,思考,解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂，解放后合成氨工业有了迅速发展。1949年全国氮肥产量仅0.6万吨，而1982年达到1021.9万吨，成为世界上产量最高的国家之一。,解放前我国只有两家
6、规模不大的合成氨厂，解放后合成氨工业有了迅速发展。1949年全国氮肥产量仅0.6万吨，而1982年达到1021.9万吨，成为世界上产量最高的国家之一。,上海吴泾化工厂是年产30万吨氮肥的大型化肥厂,南京化工企业的大型氮肥厂,思考题,. 合成氨中，原料气（N2、H2及少量的CO、NH3混合气）在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜溶液来吸收原料气中的CO，其反应是：,（1）醋酸二氨合铜吸收CO的生产适宜条件应是_。 （2）吸收CO后的醋酸铜氨液经过适当处理又可再生，恢复其吸收的CO的能力以供循环使用。醋酸铜氨液再生的生产适宜条件应是_。,低温高压,(放热反应),高温低压,3、密闭容器中的可逆反应：CO
7、+ NO2 CO2 + NO （正反应为放热反应）。达到平衡后，只改变下列的一个条件，填写有关的空白：,增大容器的体积，平衡 ，c（NO2）将 ， 反应混合物的颜色 。 升高温度，平衡 ，体系的压强 。 加入催化剂，平衡 ，NO2的物质的量 。 通入O2，反应体系的颜色 ，NO的物质 的量 。 通入N2 ，体系压强 ，平衡 。,不移动,减小,变浅,逆向移动,不变,不移动,不变,先变深，后变浅,先减少，后增多,增大,不移动,C,2.下列事实中不能用勒夏特列原理来解释的是（ ）,A.工业制硫酸的过程中通入足量的空气,可以提高SO2的产率,B.加入催化剂有利于合成氨反应,C.高压有利于合成氨反应,D.500左右比室温更有利于合成氨反应,BD,A,B,C,D,D,D,D,、氨的合成反应，生产中采用的适宜条件是（ ）。,A、低温、高压、适当的催化剂,B、高温、常压,C、尽可能高温、高压,D、适当的温度、适当的高压、适宜催化剂,D,铁触媒催化能力,