合成氨条件的选择王勇

合成氨条件的选择28.（19分）I.合成氨工业对化学的国防工业具有重要意义。写出氨的两种重要用途

。II.实验室制备氨气，下列方法中适宜选用的是

。①

固态氯化铵加热分解

②

固体氢氧化钠中滴加浓氨水③

氯化铵溶液与氢氧化钠溶液共热

④

固态氯化铵与氢氧化钙混合加热III.为了在实验室利用工业原料制备少量氨气，有人设计了如下装置（图中夹持装置均已略去）。[实验操作]①

检查实验装置的气密性后，关闭弹簧夹a、b、c、d、e。在A中加入锌粒，向长颈漏斗注入一定量稀硫酸。打开弹簧夹c、d、e，则A中有氢气发生。在F出口处收集氢气并检验其纯度。②

关闭弹簧夹c，取下截去底部的细口瓶C，打开弹簧夹a，将氢气经导管B验纯后点燃，然后立即罩上无底细口瓶C，塞紧瓶塞，如图所示。氢气继续在瓶内燃烧，几分钟后火焰熄灭。③

用酒精灯加热反应管E，继续通氢气，待无底细口瓶C内水位下降到液面保持不变时，打开弹簧夹b，无底细口瓶C内气体经D进入反应管E，片刻后F中的溶液变红。回答下列问题：（1）检验氢气纯度的目的是

。（2）C瓶内水位下降到液面保持不变时，A装置内发生的现象是

，防止了实验装置中压强过大。此时再打开弹簧夹b的原因是

，C瓶内气体的成份是

。（3）在步骤③中，先加热铁触媒的原因是

。反应管E中发生反应的化学方程式是

。28.（19分）I.制化肥、制硝酸II.②④III.（1）排除空气，保证安全（2）锌粒与酸脱离

尽量增大氢气的浓度以提高氮气的转化率

N2H2（3）铁触媒在较高温度时活性增大，加快氨合成的反应速率假如你是合成氨工厂的工程师，你认为工业生产中最应考虑的是哪些问题？经济效益社会效益一，合成氨条件的选择基本要求：a、单位时间内产量高b、原料利用率高2NH4Cl(s)+Ca(OH)2(s)====CaCl2+2NH3↑+2H2OΔN2+3H2

2NH3高温高压催化剂`对于两个化学反应，从经济效益考虑，你认为选择哪个反应作工厂制氨原理？a、可逆反应b、正反应放热c、正反应是气体体积减小的反应。N2+3H2

2NH3(正反应为放热反应)1.反应原理：2.合成氨反应的特点你选择怎样的生产条件呢？不同条件下平衡混合气中氨的含量(体积分数)(原料其中N2和H2的体积比是1:3)31.457.579.892.698.81×108Pa23.142.265.284.295.46×107Pa9.119.138.264.286.42×107Pa4.510.625.152.081.51×107Pa13.826.447.071.089.93×107Pa0.050.10.42.215.31×105Pa

4000C

6000C

5000C

3000C

2000C压强氨含量温度3,合成氨条件的选择请同学们分析下表（48页表2—3）。分别从化学反应速率和化学平衡两个角度分析合成氨的合适条件。高温高压使用低温无影响填表高压工业合成氨的合适条件条件到底怎样？压强理论：越打越好实际：动力：压缩机耗能太多，增大成本材料20MPa—50MPa工业合成氨的合适条件条件到底怎样？温度理论：实际：催化剂活性与温度有关低温反应速率太小平衡催化剂：常用的催化剂有含铁和含锇两类，含铁的催化剂原料易得，价格便宜，催化剂活性适中，寿命较长。含锇的催化剂原料稀少，价格昂贵，催化剂活性最高，寿命很长。铁触媒：含铁为主的多种成分的混合物。铁触媒的催化能力温度200400600800500℃浓度：用过量氮气能否提高氢气转化率？工业合成氨是否采用此方法？1:11:21:31:41:51:60.60.50.40.30.20.1NH3%N2:H2工业合成氨的合适条件条件到底怎样？浓度生成物浓度：及时将生成的氨气分离出来工业合成氨的合适条件条件到底怎样？N2H2按一定配比（1:3)

反应物浓度：不断向循环其中补充N2H2保持一定浓度

浓度：不断向循环气中补充N2H2，及时将生成的氨气分离出来压强：20MPa~50MPa(有利于氨的合成,对动力、材料强度、设备制造要求适中)温度：500℃左右(速率较快,转化率适中催化剂活性最大)催化剂：铁触媒使反应较快的进行浓度：不断向循环气中补充N2H2

（1:3)

，及时将生成的氨气分离出来合成氨的适宜条件选择适宜生产条件的原则：（1）既要注意外界条件对速率，平衡影响的一致性，又要注意对两者影响的矛盾性。处理好矛盾的对立统一关系，矛盾的主次及转化关系。（2）注意催化剂的活性对温度的限制。（3）既要注意理论上的需要，又要注意实际可行性。例1：在硫酸工业中，有如下反应，此反应的合适温度为

2SO2+O2

2SO3+Q，1，你认为选择此温度的理由是：_________________________________________________2，为提高SO2

转化率，常用的做法是_________________催化剂400~500℃通入过量的空气加快反应速率，提高催化剂活性，温度过高不利于SO2生成3，此反应是气体体积缩小的反应，但工业上并未采取加压措施为什么？请大家分析下题找到原因。2SO2+O22SO3催化剂400~500℃将SO2

和O2以体积比1：3混合，与500

℃通过催化剂，平衡后，同温同压，下测得反应前与反应后混合气的密度比为71：80，求SO2的转化率？能否由此得到工业生产不采取加压措施的原因。98.397.796.794.992.985.6

5500C99.399.098.697.896.993.55000C99.799.699.599.298.697.54500C99.999.999.999.799.699.24000C100atm50atm25atm10

atm5atm1atmPTSO2转化率

2SO2+O22SO3

不同条件下SO2转化率

(原料其中SO2和空气的体积比是1:3)二、合成氨工业简述：1、原料：原料气制取净化压缩合成分离液氨2、主要设备：空气，水，一些原料合成塔3、生产过程：N2H2（1）原料气制取：空气压缩碳液态空气N2(先逸出)物理方法蒸发CO2(+N2)N2化学方法

分离出CO2制氮气:

制氢气:水蒸气CO+H2CO2+H2H2

炽热碳H2O(气)分离出CO2C(S)+H2O(g)CO(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)石油，天然气，焦炉气，炼厂气等燃料中的碳氢化合物跟氧，水蒸气作用合成氨厂的实地照片合成氨的工业流程1、压缩机、合成塔2、热交换过程3、氨的分离4、循环操作过程三，合成氨的发展前景：解放前我国只有两家规模不大的合成氨厂，解放后合成氨工业有了迅速发展。1949年全国氮肥产量仅0.6万吨，而1982年达到1021.9万吨，成为世界上产量最高的国家之一。近几年来，我国引进了一批年产30万吨氮肥的大型化肥厂设备。我国自行设计和建造的上海吴泾化工厂也是年产30万吨氮肥的大型化肥厂。这些化肥厂以天然气、石油、炼油气等为原料，生产中能量损耗低、产量高，技术和设备都很先进。最近，两位希腊化学家——Thessaloniki的阿里斯多德大学的GeorgeMarnellos和MichaelStoukides，发明了一种合成氨的新方法（Science，2.Oct.1998,p98）——电合成。在常压下，令氢与用氦稀释的氮分别通入一加热到570℃的以锶-铈-钇-钙钛矿多孔陶瓷（SCY）为固体电解质的电解池中，用覆盖在固体电解质内外表面的多孔钯多晶薄膜的催化，转化为氨，转化率达到78%；而几近一个世纪的哈伯法合成氨工艺通常转化率为10-15%！

化学模拟生物固氮国际上有关的研究成果认为，温和条件下的固氮作用一般包含以下三个环节：①络合过程。它是用某些过渡金属的有机络合物去络合N2，使它的化学键削弱；②还原过程。它是用化学还原剂或其他还原方法输送电子给被络合的N2，来拆开N2中的N—N键；③加氢过程。它是提供H+来和负价的N结合，生成NH3。目前，化学模拟生物固氮工作的一个主要困难是①络合过程，迫切需要从理论上深入分析，以便找出突破的途径。固氮酶的生物化学和化学模拟工作是这一工作的核心。

固氮酶由铁蛋白和钼铁蛋白这两种含过渡金属的蛋白质组合而成。铁蛋白主要起着电子传递输送的作用，钼铁蛋白是络合N2或其他反应物（底物）分子，并进行反应的活性中心所在之处。。1、合成氨的工业条件的选择——反应速率和化学平衡理论及实际成本等因素共同分析的结果2、合成氨原料的制备和工艺流程课堂总结哈伯法合成氨的发明者哈伯

FritzHaber1868一1934

在化学发展史上，有一位化学家，虽早已长眠地下，却曾给世人留下过关于他的功过是非的激烈争论。他就是本世纪初世界闻名的德国物理化学家、合成氨的发明者弗里茨·哈伯（FritzHaber）。

哈伯与诺贝尔化学奖为了使子孙后代免于饥饿，19世纪初，一些化学家就大胆的提出解决粮食问题的好办法-----大气固氮，哈伯就是从事合成氨的工艺条件试验和理论研究的化学家之一，哈伯的合成氨的设想终于在1913年得以实现，一个日产30吨的合成氨工厂建成并投产。合成氨生产方法的创立不仅开辟了获取固定氮的途径，更重要的是这一生产工艺的实现对整个化学工艺的发展产生了重大的影响。赞扬哈伯的人说：他是天使，为人类带来丰收和喜悦，是用空气制造面包的圣人。把诺贝尔化学奖授予哈伯是正确的。哈伯接受此奖也是当之无愧的。

1913年后的两年内哈伯不仅提高了合成氨的产率，而且合成了1000吨液氨，并且用它制造出3500吨烈性炸药TNT。法科学家认为，假若没有合成氨工业的建立，德国就没有足够的军火储备，军方就不敢贸然发动第一次世界大战。英、法科学界对哈伯的指责更多地集中在哈伯在第一次世界大战中的表现。

1914年世界大战爆发，他所领导的实验室成了为战争服务的重要军事机构，担任了大战中德国施行毒气战的科学负责人。根据哈怕的建议，1915年4月22日在德军发动的伊普雷战役中施放了180吨氯气英法军队约有15000人中毒。这是军事史上第一次大规模使用杀伤性毒剂的现代化学战的开始。诅咒他的人说：他是魔鬼，给人类带来灾难、痛苦和死亡，

晚年的喜与悲

1919年第一次世界大战以德国失败而告终。战后的一段时间里，哈伯曾设计了一种从海水中提取黄金的方案。希望能借此来支付协约国要求的战争赔款。遗憾的是海水中的含金量远比当时人们想象的要少得多，他的努力只能付诸东流。此后，通过对战争的反省，他把全部精力都投入到科学研究中。希特勒篡夺了德国的政权，建立了法西斯统治后，开始推行以消灭“犹太科学”为已任的所谓“雅利安科学”的闹剧。因为他是犹太人，和其他犹太人同样遭到残酷的迫害。哈伯被迫离开了为她热诚服务几十年的祖国，流落他乡。于1934年1月29日心脏病发作在瑞士