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1、高三化学合成氨条件选择 氮氮转化化为化合化合态的氨的价的氨的价值N2NH3医医药炸炸药染料染料化肥化肥高三化学合成氨条件选择哈伯哈伯（）（） （1868-1934）1918年年 诺贝尔化学化学奖哈伯于哈伯于1908年年7月在月在实验室室用用N2 、H2在在600、200个大气个大气压，合成出氨，合成出氨, 产率率为2。19111913年短短两年合成出年短短两年合成出了了1000吨液氨。吨液氨。 并用它制造并用它制造3500吨吨TNT.高三化学合成氨条件选择 合成氨工合成氨工业的的发展展 用用N N2 2 、H H2 2为原料合成氨的工原料合成氨的工业生生产， 曾是一个很曾是一个很艰巨的巨的课题
2、。19001900年，法国化学家勒夏特列年，法国化学家勒夏特列认为， N N2 2、H H2 2可可以在高以在高压下直接化合成氨。但下直接化合成氨。但实验验证时发生生了爆炸，于是他了爆炸，于是他觉得有危得有危险，放弃了研究。，放弃了研究。稍后，德国化学家能斯特，通稍后，德国化学家能斯特，通过计算算认为合成氨不能合成氨不能实现。使合成氨又惨遭厄运。使合成氨又惨遭厄运。19311931年年诺贝尔化学化学奖颁给了德国化学家了德国化学家 波施（）。波施（）。 他他发现了合成氨廉价的催化了合成氨廉价的催化剂，使生，使生产效效率率显著提高，生著提高，生产成本明成本明显降低。降低。高三化学合成氨条件选择据不
3、完全据不完全统计，全世，全世界工界工业合成氮肥中的合成氮肥中的氮只占固氮氮只占固氮总质量的量的 20202020高三化学合成氨条件选择 氮的固定 氮的固定：将游离氮的固定：将游离态氮氮转化化为化合化合态氮的氮的 过程。程。固氮固氮人工固氮人工固氮自然固氮自然固氮生物固氮：根瘤菌生物固氮：根瘤菌雷雨、庄稼等雷雨、庄稼等化学模化学模拟生物固氮生物固氮合成氨等合成氨等1.人工合成氨：人工合成氨：化学固化学固氨法氨法。其条件要求高、。其条件要求高、成本高、成本高、转化率低、效化率低、效率低率低。2.根瘤菌，根瘤菌，生物固氨生物固氨。常温常常温常压下下进行。成本行。成本低、低、转化率高、效率高化率高、效
4、率高。 高三化学合成氨条件选择化学平衡化学平衡1.影响化学反影响化学反应速速率的因素有些？率的因素有些？2.影响化学平衡的影响化学平衡的条件有哪些？条件有哪些？根据关系式了解：根据关系式了解：应应用化学平衡原理，分析反用化学平衡原理，分析反用化学平衡原理，分析反用化学平衡原理，分析反应应：aA（g g）+bB(g)(g)cC(g)(g)+dD(g)(g)浓度度,温度温度,压强内因内因内因内因外因外因外因外因反反反反应应物本身性物本身性物本身性物本身性质质反反反反应历应历程程程程其他：溶其他：溶其他：溶其他：溶剂剂、表面、表面、表面、表面积积、外界条件、外界条件、外界条件、外界条件温度温度,浓度
5、度,压强,催化催化剂高三化学合成氨条件选择问题 据化学反据化学反应方程式分方程式分析析这个反个反应有什么特点？有什么特点？特点：特点：a、可逆反可逆反应。b、正反正反应为放放热反反应。c、正反正反应是气体体是气体体积缩 小的反小的反应。N2+3H2 2NH3(正反正反应为放放热反反应)1体体积3体体积2体体积高三化学合成氨条件选择1、增大、增大压强可提高反可提高反应速率速率.2、降低温度有利于平衡向生成氨的方向移、降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动.3、催化、催化剂对化学平衡没有影响，在合成氨工化学平衡没有影响，在合成氨工业 中是否需要使用催化中是否需要使用催化剂？合成氨条件的合成氨条件的选
6、择（正反应放热）要制得更多的氨，可以采用哪些措施？要制得更多的氨，可以采用哪些措施？催化催化剂降低反降低反应分子活化能，由于分子活化能，由于氮分子非常氮分子非常稳定，定， 与与氢的化合十分困的化合十分困难，即使采用了加，即使采用了加热与高与高压的条件，的条件，合成氨的反合成氨的反应还是十分是十分缓慢慢.为了加快了加快化合反化合反应速率，降低反速率，降低反应所需要的能所需要的能量，合成氨工量，合成氨工业普遍使用催化普遍使用催化剂。 高三化学合成氨条件选择 讨论讨论 根据外界条件根据外界条件根据外界条件根据外界条件对对化学反化学反化学反化学反应应速率的影响，速率的影响，速率的影响，速率的影响，说说
7、明要使合成氨的明要使合成氨的明要使合成氨的明要使合成氨的化学反化学反化学反化学反应应速率增大，速率增大，速率增大，速率增大，应应采取的措施。采取的措施。采取的措施。采取的措施。应应用化学平衡移用化学平衡移用化学平衡移用化学平衡移动动原理，原理，原理，原理，说说明要提高平衡混合物中氨气的含量，明要提高平衡混合物中氨气的含量，明要提高平衡混合物中氨气的含量，明要提高平衡混合物中氨气的含量，应应采取的措施。采取的措施。采取的措施。采取的措施。合成氨反合成氨反应N N2 2+3H+3H2 2 2NH 2NH3 3（正反（正反应为放放热反反应）使使NH3生成得快生成得快（从反（从反应速率分析）速率分析）
8、使使NH3生成得多生成得多（从化学平衡分析）（从化学平衡分析）压强温度温度催化催化剂浓度度目的目的选择条件条件高高压高温高温使用催化使用催化剂增大反增大反应物物浓度度高高压低温低温无影响无影响增大反增大反应物物浓度度 减小生成物减小生成物浓度度高三化学合成氨条件选择对比下表的比下表的实验数据，数据，检查自自己的理己的理论推断是否正确。推断是否正确。高三化学合成氨条件选择 N2+3H2 2NH3(放放热反反应) 压强怎么怎么选择？ 分析：分析：合成氨反合成氨反应是体是体积缩小的气体反小的气体反应，增大，增大压强既可以增大反既可以增大反应速率，又能提高平衡混合物中氨的速率，又能提高平衡混合物中氨的
9、含量，所以理含量，所以理论上上压强越大越好。越大越好。 综合以上两点，合以上两点，实际生生产中中压强一般一般选择在在20MPa-50MPa20MPa-50MPa之之间。 在在实际生生产中，中，压强越大，越大，对压缩氢和氮需要的和氮需要的动力越大，力越大，对材料的材料的强度和度和设备的制造要求也越高。的制造要求也越高。故故压强的的选择受受动力、材料、力、材料、设备等条件的限制。等条件的限制。高三化学合成氨条件选择 温度怎么温度怎么选择？ 因因为正反正反应方向是放方向是放热的反的反应，所以降低温度有利于提高平衡混合物中所以降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量。氨的含量。 可是温度越低，反可是温度
10、越低，反应速率越小，速率越小，达到平衡所需要的达到平衡所需要的时间越越长，因此温度，因此温度也不宜太低。也不宜太低。 温度温度对催化催化剂的影响的影响 温度高，反温度高，反应快，但氨的快，但氨的产率低。且温度越高，需要率低。且温度越高，需要消耗的燃料越多，消耗的燃料越多，对设备的保温和耐温能力要求越高。的保温和耐温能力要求越高。催化催化剂在温度高在温度高时可能会被破坏而失去活性；在温度低可能会被破坏而失去活性；在温度低时，催化，催化剂可能又起不了催化作用，反可能又起不了催化作用，反应速率慢。速率慢。铁触触媒媒催催化化能能力力温度温度/（）铁触触媒媒在在500 左左右右时的的活活性性最最大大高三
11、化学合成氨条件选择 浓度怎么定？度怎么定？ 增大反增大反应物的物的浓度可以增大反度可以增大反应速速率，减小生成物的率，减小生成物的浓度可以使平衡正向度可以使平衡正向移移动。因此可以用保持一定的氮、。因此可以用保持一定的氮、氢浓度，减少氨气的度，减少氨气的浓度的方法，提高合成度的方法，提高合成氨的效率和氨的效率和产量。量。 实际生生产中的中的处理方法：及理方法：及时将气将气态氨冷却液化而分离出去；及氨冷却液化而分离出去；及时补充氮充氮气和气和氢气，使其保持一定的气，使其保持一定的浓度。度。高三化学合成氨条件选择有利化学反有利化学反应速率角度：速率角度：有利化学反有利化学反应平衡角度：平衡角度：
12、增大反增大反增大反增大反应应物物物物浓浓度，度，度，度，高高高高压压、低温，平衡、低温，平衡、低温，平衡、低温，平衡时时生成物生成物生成物生成物NH3 3的含量的含量的含量的含量( ( ( (体体体体积积分数分数分数分数) ) ) )高。高。高。高。 可可见，增大反，增大反应物物浓度，增大度，增大压强，使用适宜的催化使用适宜的催化剂对反反应有利。有利。（正反（正反应放放热）高温高温 高高压催化催化剂 温度越高、温度越高、温度越高、温度越高、压强压强越大，化学反越大，化学反越大，化学反越大，化学反应应越快，越快，越快，越快， 使用合适使用合适使用合适使用合适的催化的催化的催化的催化剂剂，反，反，
13、反，反应应加快，加快，加快，加快，单单位位位位时间时间内生成的内生成的内生成的内生成的NHNH3 3越多越多越多越多；高三化学合成氨条件选择 工工业上合成氨，主要要考上合成氨，主要要考虑哪些因素？哪些因素？ 根据化学反根据化学反应速率的有关知速率的有关知识，思考，思考:， ， 都都可以使合成氨的化学反可以使合成氨的化学反应速率增大。速率增大。 增大增大压强 经济效益和社会效益：效益和社会效益： 速度要快，原料的利用率要高，速度要快，原料的利用率要高，单位位时间的的产量要高。另外量要高。另外还要考要考虑生生产中的消耗能源，原料中的消耗能源，原料,设备条件等因素。条件等因素。升高温度升高温度使用催
14、化使用催化剂高三化学合成氨条件选择合成氨实验装置 与与 快速推快速推进高三化学合成氨条件选择工业上合成氨的适宜条件 （实际应用）用）压强：21075 107Pa温度：温度： 500 左右左右催化催化剂：铁触媒做催化触媒做催化剂高三化学合成氨条件选择(二)、生产过程原料气制取、原料气制取、净化、化、压缩合成合成分离分离三三阶段段1、主要流程：原料原料气的气的制取制取净化化压缩合合成成分分离离液液氨氨除去除去除去除去杂杂质质气体、气体、气体、气体、粉粉粉粉尘尘等，等，等，等，防止催化防止催化防止催化防止催化剂剂“ “中毒中毒中毒中毒” ” 实际实际生生生生产产中，尽中，尽中，尽中，尽量提高反量提高
15、反量提高反量提高反应应物物物物浓浓度和度和度和度和想尽想尽想尽想尽办办法移去生成物法移去生成物法移去生成物法移去生成物以减小生成物以减小生成物以减小生成物以减小生成物浓浓度，度，度，度，促使平衡向正反促使平衡向正反促使平衡向正反促使平衡向正反应应方方方方向移向移向移向移动动高三化学合成氨条件选择2 2、原料气制取：原料气制取：蒸蒸发压缩液液态空气空气 N2(先逸出先逸出)碳碳CO2(+N2) N2分离出分离出CO2制制N2 :制制H2 :水蒸气水蒸气 CO + H2 CO2 + H2 H2 炽热炭炭H2O(气气)分离出分离出CO2 C(S) + H2O(g) CO(g) + H2 (g)CO(
16、g) + H2O(g) CO2 (g)+ H2 (g)物理方法物理方法化学方法化学方法空气空气高三化学合成氨条件选择 那么，从平衡混合气那么，从平衡混合气中分离出中分离出NH3，利用了氨，利用了氨气的什么性气的什么性质呢呢? 易液化易液化合成氨是在什么合成氨是在什么设备中中进行行的的? 合成塔。合成塔。有耐高有耐高压的厚壁；的厚壁；安放有厚安放有厚层的催化的催化剂；有有热交交换器。器。高三化学合成氨条件选择设想合成氨的发展前景生物中植物生物中植物对氮的需求；氮的需求；生物固氮的原理和条件；生物固氮的原理和条件；理想的人工固氮条件。理想的人工固氮条件。我国我国合成氨生合成氨生产情况怎情况怎样？我国我国有合成氨生有合成氨生产企企业570多家，多家，其中其中2004年年产量达量达30万吨以上的万吨以上的有有30家，超家，超过50万吨的已有万吨的已有4家。家。预计今年全国合成氨今年全国合成氨产量可能超量可能超过46004600万吨，万吨，产量位居世界第一量位居世界第一 高三化学合成氨条件选择
