要实现合成氨的工业化生产，要尽可能加快反应 速率和提高产物产率，所以必须从反应限度和反 应速率两个方面选择合成氨的反应条件
化学反应的 方向 合成氨反应 能否自发进 行 怎样能促使 化学平衡向 合成氨方向 移动
化学反应的 限度
化学反应的 速率
怎样能提 高合成氨 反应速率
适 宜 的 合 成 氨 条 件
工 艺 流 程
2.合成氨反应的限度和平衡转化率：
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
在298K时，△H
＝-92.4kJ/mol
△S ＝-198.4J/（K· mol）
1）.根据正反应的焓变和熵变分析298K下合成氨反 应能否自发进行
△H－T· △S ＝－33.34kJ/mol 在298K时，反应可以自发进行
N2+3H2
2NH3(放热反应)
2)、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，因而单位时间内产量低，因此温度也不宜太低。
③催化剂要在一定温度下效果最好。 实际生产中温度一般选择在700K （主要考虑催化剂 的活性）左右。
适宜条件: 温度: 700K (速率较快,转化率适中催化剂活性最大) 压强: 2×10 ～5×10 Pa（ 20MPa---50MPa ） (有利于氨的合成,对动力、材料强度、 设备制造要求适中) 催化剂：铁触媒(以铁为主体的多成分催化剂) 使反应物在较低温度下较快的进行反应。 浓度：将生成的氨及时从混合气中分离出来， 且向循环气中不断补充 N2、H2（1:2.8)。
2）.利用化学平衡的知识分析什么条件有利于氨的 合成 降低温度、增大压强有利于化学平衡向生产氨的 方向移动
3.合成氨反应的速率
哪些因素可以提高合成氨的反应速率？浓度、温度、催化剂
1）浓度：研究表明，在特定的条件下，合成氨的速率与参与反 应的物质的浓度的关系为：v=k·c(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)， 分析各物质的浓度对反应速率有哪些影响？可以采取哪些措 施来提高反应速率？ 增大反应物的浓度，减少生成物的浓度
化学反应条件的优化
——工业合成氨
合成氨的发展历程
1774年，普利斯特里首先收集到氨，1784年，贝 托莱分析确定氨是由氮元素和氢元素组成的。19世 纪，很多化学家试图利用氮气和氢气来合成氨，但 一直未能成功。1904年，哈伯进行实验，合成了少 量的氨，后来他经过反复的研究，设计出一套高温、 高压、催化剂合成氨的实验装置。后来德国的化学 工程师博施找到了理想的铁催化剂，设计出能够耐 高温、高压的合成氨装置。到1910年，德国建立了 世界上第一座合成氨的实验工厂，1913年，又建立 了规模生产的合成氨工厂，从此以后，合成氨工业 便迅速发展起来。
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二、合成氨工业简介：
1、合成氨工业的流程
N2 H2
原料气的制取—净化—压缩—合成—分离 —液氨 原料气的制取 N2：液化空气，蒸发分离出氮气
H2：用水和燃料在高温下制取。如： C + H2O（g） CO+H2， CO+H2O（g） CO2+H2
2、氨的合成：
（1）主要设备：合成塔
高温高压
催化剂
2）温度对反应速率的影响？ 温度升高，反应速率越大 3）催化剂对反应速率的影响
催化剂可以显著提高反应速率
各因素对合成氨反应的影响
使氨生产快 （速率分析）
压强 温度 催化剂
使氨生成多 (平衡分析）
高压
高压
高温
使用
低温
不影响
在选择合成氨的条件时，速度要快，原料的 利用率要高，单位时间的产量要高。另外还要 考虑生产中的消耗能源，原料，设备条件等因 素。
（2）反应原理：N2+3H2
2NH3
练习
1．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列变 化过程不能使平衡向右移动的是（ BC ）
（A）不断将NH3分离出来 （B） 使用催化剂 （C） 采用700K左右的高温 （D）采用2×107～5×107Pa的压强
2、在合成氨时，可以提高H2转化率的措施是（ C ）
高压 低 温 不影响
温度
催化剂
适宜条件: 温度: 700K 压强: 2×10 ～5×10 Pa（ 20MPa---50MPa ） 催化剂：铁触媒(以铁为主体的多成分催化剂) 使反应物在较低温度下较快的进行反应。 浓度：将生成的氨及时从混合气中分离出来， 且向循环气中不断补充 N2、H2（1:2.8)。
N2+3H2
1)、压强怎么选？ຫໍສະໝຸດ 2NH3(放热反应)在实际市产中，压强越大，需要的动力越大，对材 料的强度和设备的制造要求也越高，势必增大生产成本， 降低综合经济效益。 因此，受动力、材料、设备等条件的限制，目 前我国合成氨厂一般采用的压强为低压 （1×107Pa），中压（2×107Pa—3×107Pa），高 压（8.5×107Pa—1×108Pa）三种类型。
N2+3H2
3)、催化剂
2NH3(放热反应)
使用催化剂能否提高合成氨的转化率？
使用催化剂对反应速率有何影响？
实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触 媒），它在700K时活性较高。
N2+3H2
2NH3(放热反应)
4)、浓度的选择，H2和N2的比例怎么定？
增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小生成 物的浓度可以使平衡正向移动。因此可以用保持一定 的氮、氢浓度，减少氨气的浓度的方法，提高合成氨 的效率和产量。 实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化 而分离出去；及时补充氮气和氢气，使其保持一定的 浓度。
4.关于氨的合成工业的下列说法正确的是 （ B
(A)从合成塔出来的气体，其中氨一般占15%，所 以生产氨的工业的效率都很低
）
(B)由于NH3易液化，N2、H2可循环使用，则总的说 来氨的产率很高 (C)合成氨工业的反应温度控制在500 ℃左右，目 的是使平衡向正反应方向进行 (D)合成氨工业采用20 MPa 件下催化剂的活性最好
(A)延长反应时间 (C)充入过量 N2 (B)充入过量H2 (D)升高温度
3、合成氨所需的H2可由煤和水蒸气反应而制 得，其中一步的反应为：
CO(g)+H2O（g） CO2(g)+ H2(g) （正反应放 热），下列措施中，能提高CO转化率的是 （BC ）
A.增大压强 C.增大水蒸气浓度 B.降低温度 D.增大CO浓度
1.5×3 H2转化率= 18 ×100%=25%
总结 1.合成氨反应的特点 N2(g)+3H2(g)
① 可逆反应 ② 正反应气体体积缩小 ③ 正反应是放热反应 2NH3(g)
2.从反应限度和反应速率两个方面选择合成氨的 反应条件
使氨生产快 （速率分析） 压强
高压 高 温 使用
使氨生成多 (平衡分析）
自1784年发现氨气以后，人们一直在研究如何利
用化学方法由N2 和H2合成NH3，但直到1913年 才实现了合成氨的工业化生产。
化学反应N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)看起来十分的简单，
为什么合成氨的工业化生产会经历如此漫长的过
程？
1.合成氨反应的特点
N2(g)+3H2(g) ① 可逆反应 ② 正反应是放热反应 ③ 正反应气体体积缩小 2NH3(g) △H< 0
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二、氨的合成工业介绍
1、合成氨工业的流程
N2 H2
原料气的制取—净化—压缩—合成—分离 —液氨
原料气的制取 N2：液化空气，蒸发分离出氮气
H2：用水和燃料在高温下制取
2.主要设备：合成塔
作业：
讲义上的课后练习
谢 谢 ！
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50MPa ，是因该条
5、在合成氨反应中，入口气体体 积比 N2:H2:NH3 为6:18:1，出口 气体体积比为9:27:8，则H2的转 25% 化率为________ 。
N2+3H2 起始 6 18 变化 X 3X 平衡 6-X 6-X : 1+2X=9:8 2NH3 1 2X 1+2X X=1.5