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(共15张PPT)
2.4 化学反应的调控
很多植物不能直接从自然界中吸收氮气，只能吸收某些含氮元素的盐。
如何从空气中要氮肥？
①N2(g)＋O2(g) 2NO(g)
②N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
常温 K＝5.0×10－31
常温 K＝4.1×106
任务一：选择反应
我们如何解决合成氨工业化的难题？
适宜的合成氨条件
理论分析
提高生产效率
合成氨能否自发进行
怎样提高合成氨反应的产率
怎样提高合成氨反应的速率
化学反应的方向
化学反应的限度
化学反应速率
任务二、寻找工业合成氨的适宜条件
合成氨反应是一个可逆反应，化学方程式为：
在298 K时，ΔH=－92.4 kJ·mol-1，ΔS=－198.2 J·K-1·mol-1。
任务二、寻找工业合成氨的适宜条件
1. 自发性判断
高中化学
理论分析——合成氨反应有什么样的特点？如何通过选择反应条件提高平衡混合物中氨的含量？
对合成氨反应的影响 影响因素
浓度 温度 压强
提高平衡混合物中氨的含量
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H ＝－92.4 kJ/mol
2. 从化学平衡分析
任务二、寻找工业合成氨的适宜条件
n(N2):n(H2)≈1:3
及时移走产生的氨
降低
增大
高中化学
①温度
n(N2):n(H2) ≈ 1:3 10 MPa
实践探索——通过实验验证理论
n(N2):n(H2) ≈ 1:3 400 ℃
②压强
思考：为什么不能在常温合成氨？合成氨难在哪儿？还有什么因素制约氨的合成？
高中化学
1.合成氨反应为什么慢？
3. 从化学反应速率分析
——活化能高
思考：如何增大合成氨的化学反应速率？
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
增大
升高
增大
使用
2.怎样降低反应的活化能？
——改变反应历程
任务二、寻找工业合成氨的适宜条件
思考：
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 增大 升高 增大 使用
提高平衡混合物中氨的含量 n(N2):n(H2)≈1:3 及时移走产生的氨 降低 增大 无影响
4. 综合分析
10 MPa~30 MPa
一般400~500 ℃
思考： 在温度与压强的最佳条件下，平衡混合物中氨的含量仍不高，怎么办？
高中化学
合成氨常用的生产条件：
使用催化剂
温度：400~500 ℃
压强: 10 MPa~30 MPa
将氨及时分离出来
原料气循环使用
二、寻找工业合成氨的适宜条件
高中化学
任务三：化工生产中调控反应的一般思路
1.选取恰当的反应
影响因素
调控反应
反应
化学平衡
反应速率
最佳效果
2.分析调控方法
高中化学
任务三：化工生产中调控反应的一般思路
1.选取恰当的反应
2.分析调控方法
3.探索最佳工艺
哈伯：锇（剧毒）作催化剂，17.5 MPa~20.0 MPa、500~600 ℃，氨含量6%
博施：铁作催化剂；开发了适合高温、高压下的合成设备；设计了获得大
量廉价原料气的方法
埃特尔：在合成氨反应初期，氮、氢分子被吸附在铁催化剂表面。进而确定吸附的氮原子和氢原子是反应活性物，整个反应就是氮原子逐步加氢最终生成氨分子的过程，并给出了每步反应的活化能。
原料用量n(N2):n(H2)：理论值为1:3 实际为1:2.8
高中化学
任务三：化工生产中调控反应的一般思路
1.选取恰当的反应
2.分析调控方法
3.探索最佳工艺
4.不断技术创新
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化剂，将合成氨的温度、压强分别降到了350 ℃、1 MPa 。
更加节能、降低成本
情景：我们为什么要合成氨？如何解决合成氨工业化的难题？
明确目的
可行性
确定
反应
原理分析
实验摸索
找条件
化学平衡
反应速率
设备可行
成本核算
如何为一个化学反应选择适宜的生产条件？
1.可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，ΔH<0,达到平衡后，为了使H2的转化率增大，下列选项中采用的三种方法都正确的是( )
A.升高温度，减小压强，增加氮气
B.降低温度，增大压强，加入催化剂
C.升高温度，增大压强，增加氮气
D.降低温度，增大压强，分离出部分氨
2.某温度下，发生反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，ΔH=-92.4kJ/mol,N2的平衡转化率(a)与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.将1molN2和3molH2置于1L密闭容器中发生
反应，放出的热量为92.4kJ
B.平衡状态由A到B时，平衡常数K(A)C.上述反应在达到平衡后，增大压强，H2的
转化率增大
D.升高温度，平衡常数K增大

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