第四节 化学反应条件的优化--工业合成氨

1.了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异；

2．通过对合成氨适宜条件的分析，认识化学反应速率和化学平衡的控制在工业生产中的重要作用。

一、合成氨反应的限度

1.合成氨反应的特点

　　合成氨反应是一个可逆反应，化学方程式为N2(g)＋3H2(g)≒2NH3(g)。在298 K时ΔH＝－92.2 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·K－1·mol－1，该反应是一个放热反应，同时又是一个熵减小(填"增大"或"减小")的反应。

2．合成氨的自发性

　　在298 K时，合成氨是自发进行的反应。

3．合成氨反应的限度

降低温度、增大压强将有利于化学平衡向生成氨气的方向移动，在一定温度和压强下，反应物氮气与氢气的体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。

二、 合成氨反应

1.浓度对合成氨反应速率的影响

　　由v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)知，合成氨反应的速率与氮气浓度的1次方成正比，与氢气浓度的1.5次方成正比，与氨气浓度的1次方成反比。在反应过程中，随着氨气浓度的增加反应速率会逐渐降低，因此为了保证足够高的反应速率，应该适时将氨从混合物中分离出来。

2．催化剂对反应速率的影响

　　加入适宜的催化剂可以改变反应的历程，降低反应的活化能，从而增大反应速率。在其他条件相同的情况下，使用催化剂可使合成氨的速率提高上万亿倍。

3．温度

　　温度越高，合成氨反应进行得越快。

三、合成氨反应的适宜条件

1.合成氨反应条件的选择

　　工业生产中，必须从反应速率和反应限度两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。

2．合成氨的适宜条件

反应条件 对化学反应速率的影响 对平衡混合物中氨的含量的影响 合成氨条件的选择