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“虚拟”思维法(构造法)
• “虚拟”思维法是指在分析或解决问题时， 根据需要和可能，虚拟出能方便解决问题 的对象，并以此为中介，实现由条件向结 论转化的方法。如虚拟结果、数据、解题 守恒思维法 需要的条件、反应过程及某混合物的化学 式等. 在任何化学反应中，均存在某些守恒关 系，在化学反应中有时运用某种量守恒 能够很快得出正确答案。
• (1)合成氨反应的特点： (2)合成氨生产的要求： 合成氨反应是一个放 合成氨工业要求： ○1反应要有较大的反应速率； 热的、气体总体积缩 ○2要最大限度的提高平衡混合 小的可逆反应 物中氨气的含量
(3)合成氨条件选择的依据: 运用化学反应速率和化学平衡原理的有关知 识，同时考虑合成氨生产中的动力、材料、 设备等因素来选择合成氨的适宜生产条件。
2018/9/28Fra bibliotek假设思维法
• 在解题中，把一种状态与另一种状态平衡 时的情况(如转化率、物质的量浓度及含量 等)进行比较时，可以假设一个中间转化过 程，有利于顺利比较。 • (7)等效平衡思维法 • 等效平衡有“恒温恒容”平衡和“恒温恒 压”平衡两种情况，在前面已经对此问题 有较深刻的分析。
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增大压强 有利于增大化 有利于提高平衡混 压强增大，有利于氨的合成，但需要的动力大，对材料、设备等的要 学反应速率
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合成氨示意图
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解化学平衡题的几种思维方式
• (1)平衡模式思维法(三段思维法) • 化学平衡计算中，依据化学方程式列出 “起始”“变化”“平衡”时三段各物质 的量(或体积、或浓度)，然后根据已知条件 建立代数式等式而进行解题的一种方法。 • 如反应 ， • 令A、B的起始量为amol、bmol，达到平 衡后A的转化率为x。
工业合成氨流程图
工业合成氨
(1)简要流程
(1)简要流程
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原料气的制取
原料气的制取
N2：将空气液化、蒸发分离出N2或将空气中 的O2与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2。 H2：用水和燃料(煤、焦炭、石油、天然气)在 高温下制取。用煤和水制H2的主要反应为：
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合成氨条件的选择
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○1能量判据：放热过程常常容易进行；
• 熵判据：熵增的过程是自发过程。 • 在较多情况下，简单的仅用一个判据判断 同一个反应，可能得出相反的判断结果。 因此，由能量判据和熵判据组合的复合判 据将更合适所有的过程。凡是能使反应体 系能量降低、上增大的反应方向，就是化 学反应容易进行的方向。 • ○2过程的自发性只能用于判断过程的方向， 不能确定过程是否一定会发生和过程发生 的速率。如涂有防腐漆和未涂防腐漆的钢 制器件，其发生腐蚀过程的自发性是相同 的，但只有后者可以实现；装在气球中的 2018/9/28 气体和打开阀门后的气球中的气体一样，
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6.化学反应进行的方向
• (1)自发过程和自发反应 • 自发过程：在一定条件下，不需要外力作用就能自动进行 的过程。 • 自发反应：在该定的条件下，能自发的进行到显著程度的 反应。 • 非自发反应：不能自发进行，必须借助某种外力才能进行 的反应。 • (2)化学反应进行方向中的判据 • ○1能量判据：自发过程的体系趋向于从高能状态转化为 低能状态，由此而得的经验规律就是能量判据。 • 对于密闭体系，在恒压和不做其它功的条件下发生变化， 吸收或放出的热量等于体系的焓的变化
氮的固定
• 7.氮的固定 • 将空气中游离的N2分子转化为含氮化合物的反应叫“固氮反应”， 主要的固氮反应有： • (1)生物固氮：是一种主要的自然固氮反应。如植物在根瘤菌作用下直 接吸收空气中的N2转化为氨等，进一步合成蛋白质。 • (2)自然固氮：如闪电产生的巨大电压，其电火花可以击破氮分子的三 键，促使其与氧气反应生成NO，进而生成NO2和HNO3等。 • (3)化学固氮：合成氨反应，在放电条件下使氮气和氧气反应生成NO 等。 • (4)人工模拟生物固氮：通过化学方法，制备出类似生物“固氮菌”的 物质，使空气中的氮气在常温常压下于水及二氧化碳等反应，转化为 硝态或氨态氮。进而实现人工合成大量的蛋白质等，最终实现工厂生 产蛋白质食品。
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差量法
• 利用化学反应(或物理变化)中某化学量从始 态到终态的差量，作为已知量或未知量的 对应关系列比式进行计算的一种常用方法 (3) 极限思维法(极值法)
极值法是将可逆反应看作处于完全反应 和完全不反应的中间状态，接替使用这 两个极端点，根据题目巧设假设某一种 物质100%消耗,求出另一方的最大值(最 小值，从而得出可逆反应达到某平衡状 态时的取值(或取值范围)的方法。
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(4)合成氨条件的理论分析(见下表)：
反应条件 对化学反应速 对 平 衡 混 合 物 中 率的影响 NH3 的含量的影响 合物中 NH3 的产量 求高，因此，工业上一般采用 20MPa—50MPa 的压强 升高温度 有利于增大化 不利于提高平衡混 温度升高，化学反应速率增大，但不利于提高平衡混合物中 NH3 的含 学反应速率 合物中 NH3 的产量 量，因此合成氨时温度要适宜，工业上一般采用 500℃左右的温度(因 该温度时，催化剂的活性最强) 使用催化 有利于增大化 没有影响 剂 学反应速率 催化剂的使用不能使平衡发生移动，但能缩短反应达到平衡的时间， 工业上一般选用铁触媒作催化剂，使反应在尽可能低的温度下进行。 合成氨条件的选择
化学平衡的移动与平衡混合物的平均相对分子质量(M(—)) 之间的变化规律
• (1)对于反应物和生成物都是气体的可逆反应来说，当平衡体系的温度或压强 改变时，平衡移动的方向与平衡混合物的平均相对分子质量(M(—))的变化规 律是： ○1若平衡向气体体积缩小的方向移动，则平衡混合物的M(—)将增大； ○2若平衡向气体体积扩大的方向移动，则平衡混合物的M(—)将减小； ○3若反应前后气体体积不变，无论平衡移动与否，平衡混合物的M(—)将不 变。 (2)对于固体或液体参加或生成的可逆反应来说，平衡移动使平衡混合物的 M(—)发生变化与反应起始时物质的配比有关，此时平衡发生移动时，M(—) 可能增大，可能减小，也可能不变，需具体情况具体分析。 5.合成氨中的绿色化学 (1)比较少的资源(原料)生成较多的产品，提高原料的转化率； (2)某些原料包括催化剂的重复使用(防止催化剂中毒)； (3)节约能源，减小环境污染(催化剂的重复使用设计，氨分离，N2、H2回流 循环催化合成)实现了省资源、少污染，减少成本的要求。