人教版高二化学第三节 合成氨工业复习教案7页

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第三节 合成氨工业
【知识导学】
应用化学反应速率和化学平衡移动原理，解释合成氨工业的适宜条件的选择理由。
（1）工业生产中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，提高单位时间产率.以上两点是选择反应条件的出发点
（2）当二者发生矛盾时，要结合具体情况辩证分析，找出最佳反应条件.
一、合成氨反应条件的选择原理：
1.选择根据： N2(g) +3H2(g) 2NH3(g) + 92.4kJ，
反应特点：
①N2极不活泼，通常条件下反应难以进行.
②是一个气体体积缩小的反应.
③是一个放热反应.
2. 可供选择的条件：
反应条件 加快反应速率的措施 增大反应程度的措施
①浓度和压强 高压 高压
②温度 高温 降温
③催化剂 铁触媒 ____
④其它 ______ 及时分离出氨
3.选择条件时综合考虑的因素：
(1)高压：合成氨反应是有气体参加的反应，加压可加快反应速率 ；合成氨反应是气体
体积缩小的反应，加压可促进平衡向正反应方向移动，提高 N2和 H2的转化率.从上表可看出
只有高压既有利于加快速率，又利于增大反应程度，提高 NH3 的产率.但增压受到动力、设
备耐压程度等的限制，结合实际生产条件，通常选择 20M～50MPa 气压.
(2)升温与恒温：
①因 N2 非常不活泼，必须在高温下才能与氢气发生反应，因此升温有利于加快反应速
度 ；②合成氨反应是放热反应，降温使平衡向正反应方向移动，有利于增大反应程度，因
此，生产中必须使用热交换器，将反应放出的热量传出(如给原料预热等)，使体系保持恒定
的温度；③同时，由于催化剂铁触媒在 500℃左右时才具有最大的催化活性.
因此，综合考虑各因素，合成氨反应选择 500℃左右的温度.即需加热至 500℃时开始反应；
反应进行到一定程度时，放出热量会使体系温度升高，需及时将多余热量通过热交换器给原
料气预热，以保持恒温.
(3)使用催化剂：催化剂只改变反应速率，不会影响平衡移动，不会影响产率，但使用催
化剂可以使合成氨生产在较低温度下达到较高的速率，有利于 N2、H2 的转化，提高 NH3 的
单位时间产量.因此催化剂解决了升温不利于获得较高 N2、H2 转化率的矛盾.
掌握催化剂的如下特点：
①选择性：不同的反应选择不同的催化剂.如合成氨选择了铁触媒.每一种催化剂都是对
特定的反应有催化作用，并非能改变任何反应的速率.不同的反应使用的催化剂一般是不同的.

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如有机反应醇→醛→酸的催化氧化，铜作催化剂只能催化第一步氧化反应，醋酸锰作催化剂
只能催化第二步氧化反应.
②灵敏性：催化剂中混有杂质，常常会失去催化作用，称催化剂“中毒”，因此合成氨
反应气体进入反应器前必须净化.
③催化剂只有在活化温度时才能起催化作用，如铁触媒活化温度为 500℃，因此该温度
为合成氨的最适宜温度.
在实际生产中，还需要将生成的降温使氨气液化，及时从混合物中分离出来，以提高原料的
利用率.并且不断向循环气中补充 N2和 H2，使其充分被利用，以提高反应物的浓度.
总结： N2 +3H2 2NH3 +92.4kJ
对比思考：(1)2SO2+O22SO3+Q，反应中为什么不采取加压的方法?
答：此反应在常压下已达到很高的转化率(450℃、1 大气压时 SO2的转化率高达 97.5%，
450℃、100 大气压时 SO2的转化率仅为 99.7%).故生产中不加压.
(2)为什么 2SO2+O2 2SO3+Q 反应中，工业上使用过量的空气?而合成氨工业生产中
又不采用一种反应物过量?
答：工业上常使价廉的原料过量来提高另一原料的利用率.空气过量能提高 SO2的转化率.
而合成氨的 N2、H2原料的制备成本相近，故按体积比 1∶3 配料.
二、合成氨生产的工艺流程
制气 → 净...