(
课件网) 第四节 化学反应的调控 第二章 化学反应速率与化学平衡 引课视频 工业合成氨的发展 阅读课本P47 合成氨———实验室研究与工业化生产 氮短缺事关人类的存亡，某一天将会有一位化学家寻找出一种方法，将成对的氮原子间三键打破，制出一种能为植物吸收的氮的化合物。 ———威廉 克鲁克斯（英国） 学习目标 1、认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要意义，能讨论化学反应条件的选择和优化。 2、能从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。 工业生成需要考虑的问题 速率 产率 经济 成本 设备 条件 安全条件 N2+O2 2NO 放电 或高温 ====== ①电弧法固氮： ②人工合成氨 N2+3H2 2NH3 高温、高压 催化剂 NO3－ 用空气制造面包的圣人———弗里茨·哈伯因发明用氮气和氢气合成氨的方法获得1918年诺贝尔化学奖 如何从空气中获得肥料？ N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) △H＝－92.2kJ mol-1 S＝－198.2J K-1 mol-1 请根据反应的焓变和熵变分析在298K时合成氨反应能否正向自发进行？ △ G=△H－T△S = －33.14 kJ·mol－1＜0，可以自发 K(298K)=4 × 106,接近完全 先合成氨，再进一步将之转化为铵盐或者硝酸盐，变成了土壤可吸收的形式。最好的原料是空气，因为它其中富含氮元素。 ———卡尔 ·博施 一、合成氨反应条件的原理分析 1.反应原理： 2.反应特点 课本P44思考与讨论： ①可逆反应; ②气体体积减小的放热反应； ③熵减小反应。 3、反应条件的选择 对合成氨反应的影响 影响因素 浓度 温度 压强 催化剂 增大合成氨的反应速率 提高平衡混合物中氨的含量 增大反应物浓度 增大反应物浓度 升高温度 降低温度 增大压强 增大压强 使用催化剂 无影响 以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中按的含量 温度/℃ 氨的含量/% 0.1MPa 10 MPa 20 MPa 30 MPa 60 MPa 100 MPa 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4 二、合成氨反应的数据分析 温度升高，氨的含量降低，产率减小，但反应速率快。 压强增大，氨的含量提高，产率增加，反应速率也快。 三、合成氨反应条件的控制 1、压强 但是对材料的强度和设备的 制造要求也越高， 需要的动力也越大， 这将会大大增加生产投资， 并可能降低综合经济效益。 目前，我国的合成氨厂 一般采用的压强为10～30MPa 压强越大，速率、转化率都大 综合分析 2、温度 综合分析 低温能提高平衡转化率，但速率慢，到达平衡时间长，经济效益差， 高温温能提高速率，但转化率小，且催化剂在500 ℃时活性最大 目前，一般采用的温度为400 ~ 500 ℃ 3、催化剂 催化剂，改变反应历程，降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快地进行反应。 弗里茨·哈伯：锇或用———碳化铀作催化剂 锇：效果好，但储量极少且锇蒸汽有剧毒。铀：价格昂贵 ，性质过于敏感 卡尔 ·博施：寻找廉价、安全、稳定的催化剂。 6500次试验，2500种不同配方，最终选用活化温度700K左右的含铅镁促进剂的铁触媒。 铁触媒 格哈德·埃特尔 2007年诺贝尔化学奖———证实了氢气与氮气在铁催化剂表面合成氨的反应过程 图2：催化剂不同温度下的催化能力 ②混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化 注意： ①催化剂铁触媒在500 ℃左右时的活性最大 哈伯 （1918年） 合成氨的基础开发工作 合成氨与三次诺贝尔化学奖 博施 （1931年） 实现了合成氨的工业化 埃特尔 （2007年） 揭开了合成氨的“天机” “合成氨”里的中国人：2016年中科院大连化学物理研究所研究团队研制合成了一种新型催 ... ...
