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第4节 化学反应条件的优化 ———工业合成氨 学习目标 1. 使学生理解如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件。 2. 使学生了解应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法。 学习过程： [引入] 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年才建成了大型合成氨厂。为什么合成氨的工业化生产会经历如此漫长的发展过程呢？今天我们来学习工业合成氨生产条件的选择。 思考： 1. 在化学必修—2中我们已经学习了工业合成氨的反应原理，是什么呢？ 2. 合成氨反应的特点？ 3. 选择生产条件的目的是什么？ 4. 选择生产条件的依据是什么？ 答案： 1 原理：N2 + 3H2 ( 2NH3 （正反应为放热反应） 2 反应特点：① 可逆反应 ② 正反应气体体积缩小 ③ 正反应是放热反应 3尽可能加快反应速率和提高产物产率 4外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响 练习： 运用所学有关知识填写下表： 使氨生产快 （速率分析） 使氨生产多 （平衡分析） 实际生产中 适宜条件 原因 压强 温度 催化剂 浓度 教师讲解： 1．压强。增大压强，有利于的合成，但在实际市产中，压强不可能无限制的增大，因为压强越大，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1×107Pa），中压（2×107Pa—3×107Pa），高压（8.5×107Pa—1×108Pa）三种类型。 　　2．温度。合成氨为放热反应，低温有利于氨的生成。但是温度越低，反应速率就慢，到达平衡所需要的时间越长，因而单位时间内产量低，这在工业生产中是很不经济的。综合考虑各种因素，在实际生产上，采用700K的温度。 3．。N2 分子非常稳定，N2 和H2的化合十分困难，即使采用了加热与高压的条件，合成氨的反应还是十分缓慢。为了加快反应速率，降低反应所需要的能量，合成氨工业普遍使用铁触媒作催化剂，使反应物在较低温度下较快的进行反应。 4． 。N2 、H2（增大反应物的浓度），采取迅速冷却的方法（减小生成物的浓度），使气态氨变成液态氨后及时从平衡混合物中分离出去，以促使化学平衡不断地向着生成NH3的方向移动。 板书设计： 第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨 （一）工业合成氨 1 原理：N2 + 3H2 ( 2NH3 （正反应为放热反应） 2 反应特点：① 可逆反应 ② 正反应气体体积缩小 ③ 正反应是放热反应 3 使氨生产快 （速率分析） 使氨生产多 （平衡分析） 实际生产中 适宜条件 原因 压强 高压 高压 1×107Pa—1×108Pa 有利于氨的合成,对动力、材料强度、设备制造要求适中 温度 高温 低温 700K 速率较快,转化率适中催化剂活性最大 催化剂 加快 无影响 铁触媒 使反应速率加快 浓度 增大浓度 增大N2 、H2浓度，减小NH3浓度 N2 ：H2=1：2.8，及时将NH3分离出去 适当提高N2的比例，加快反应速率，有利于NH3的生成 4 生产过程简介 　　（1）原料气的制备： 来自空气， 来自水中 　　　　 　　　 　　再通过 水除 ： 　　　　 　　得原料气? 。 根瘤菌，生物固氨。常温常压下进行。成本低、转化率高、效率高。 模拟生物的功能，把生物的功能原理用于化学工业生产，借以改善现有的并创造崭新的化学工艺过程。