第4节 化学反应条件的优化———工业合成氨 1．了解合成氨反应的特点以及外部条件对合成氨反应的影响。(重点) 2．了解工业生产条件选择的依据和原则。 3．知道化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域的重要作用。 授课提示：对应学生用书第39页 知识点一 合成氨反应的限度 1．反应原理 合成氨反应的化学方程式为： N2(g)＋3H2(g)??2NH3(g) ΔH<0，ΔS<0。 2．影响因素 (1)结合化学平衡移动规律可知，降低温度、增大压强，有利于化学平衡向生成氨的方向移动。 (2)在一定的温度和压强下，反应物中氮气和氢气的体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。 [自我诊断] 在298 K时，合成氨反应的ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·K－1·mol－1，该温度下，合成氨反应能否自发进行？ [提示] ΔG＝ΔH－TΔS ＝－92.2 kJ·mol－1＋298 K×0.198 2 kJ·K－1·mol－1 ＝－33.1 kJ·mol－1<0，故能自发进行。 知识点二 外界因素对合成氨反应速率的影响 1．浓度 在特定条件下，合成氨反应的速率与参加反应的物质的浓度的关系式为v＝kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)，由关系式可知，增大N2或H2的浓度，降低NH3的浓度，都有利于提高合成氨的速率。 2．温度 温度越高，反应进行得越快。 3．催化剂 加入适宜的催化剂能降低合成氨反应的活化能，使化学反应速率提高上万亿倍。 4．压强 压强越大，反应速率越快。 [自我诊断] (1)工业合成氨压强越高越好。(×) (2)合成氨反应加入催化剂能增大产率。(×) 知识点三 合成氨的适宜条件 1．合成氨反应条件的选择依据 工业生产中，必须从反应速率和反应限度两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。 提高反应的平衡转化率 提高化学反应速率 性质 措施 性质 措施 放热 低温 活化能高 适当提高N2的比例 分子数减小 高压 低温时反应速率低 高温 反应可逆 原料循环使用 原料气浓度增加能提高反应速率 增大原料气浓度 氨气浓度增加能降低反应速率 分离氨 2.实际生产中合成氨的适宜条件 (1)压强：加压有利于提高反应速率和原料的转化率，但要考虑设备和技术条件等，实际选择压强为1×107_Pa～1×108_Pa。 (2)温度：高温有利于提高反应速率，低温有利于提高原料的转化率，还要考虑催化剂的活性，实际选择温度为700 K左右。 (3)催化剂：铁。 (4)浓度：①及时补充N2和H2，增大反应物浓度。 ②及时分离出NH3，减小生成物浓度。 [自我诊断] 即使采用高压合成氨反应，平衡后的混合气体中，NH3的体积分数也仅占到14%～17%，那工业上是如何提高原料转化率的？ [提示] 一方面把已平衡的混合气体降温，使氨液化分离出来；另一方面把分离出NH3后的N2、H2重新输送入合成氨塔，进行循环使用，以提高原料利用率。 授课提示：对应学生用书第40页 要点一 合成氨的工业流程及反应条件的分析与选择 [典例1] 有关合成氨工业的说法中，正确的是( ) A．从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占15%，所以生产氨的工厂的效率都很低 B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中是循环使用，所以总体来说氨的产率较高 C．合成氨工业的反应温度控制在700 K左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动 D．合成氨厂采用的压强是2×107 Pa～5×107 Pa，因为该压强下铁的活性最大 解析：合成氨的反应在适宜的生产条件下达到平衡时，原料的平衡转化率并不高，但生成的NH3分离出后，再将未反应的N2、H2循环利用，这样处理后，可使氨的产率较高，据此可知A项错误，B项正确；合成氨工业选择700 K左右的温度，是综合了多方面的因素而确定的。因合成氨的反应是放热反应，低温才有利于平衡向正反应方 ... ...
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