高三化学合成氨条件选择.ppt

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％。1911—1913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 化学模拟生物固氮 合成氨等 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 内因 外因 反应物本身性质 反应历程 其他：溶剂、表面积、外界条件 温度,浓度, 压强,催化剂 [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。 合成氨反应 N2+3H2 2NH3（正反应为放热反应） 使NH3生成得快 （从反应速率分析） 使NH3生成得多 （从化学平衡分析） 压强 温度 催化剂 浓度 目的 选择 条件 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？ ①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。 ②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。 温度对催化剂的影响 温度高，反应快，但氨的产率低。且温度越高，需要消耗的燃料越多，对设备的保温和耐温能力要求越高。催化剂在温度高时可能会被破坏而失去活性；在温度低时，催化剂可能又起不了催化作用，反应速率慢。 铁触媒催化能力 温度/（℃） 铁