高中化学（大纲版）第二册 第二章 化学平衡 第四节合成氨条件的选择(备课资料)VIP免费

●备课资料一、回顾合成氨催化反应20世纪初最惊心动魄的化学反应莫过于合成氨反应，当时合成氨反应对世界的震撼力不亚于现今的“超导材料”和“碳60”。在世纪之交的关键时刻，回顾本世纪最重要的化学反应之一——合成氨反应，对学习化学反应、理解化学反应、实践化学反应和发现化学反应都是非常有益的。在19世纪人们就知道合成氨反应在热力学上是可行的，寻找合适的催化剂是化学工作者的迫切任务。因此从两河流域到欧洲平原，从西奈半岛到非洲全境，从喜马拉雅山脉北麓到东海之滨广袤的土地上最需要的就是水分和氨肥。1909年7月2日FritzHaber领导的研究小组首次用金属锇粉作催化剂，在高温高压设备中成功地生产出90克氨，全世界为之震惊。BASF（BadischeAnilinundSodaFabrik）公司为了开发合成氨催化剂，抢先预订了全世界所有金属锇的购买权，总量约达100kg。出巨资资助此项研究工作。这足以看出当时BASF公司为开发合成氨催化剂决心之大、信心之足、心情之迫切。随后时间不长，Haber被推选担任在柏林新建立的物理化学与电化学研究所所长，他不得不停止在合成氨领域的开创性工作，从而使他获得了1919年的诺贝尔化学奖。紧接着，BASF公司把研究合成氨催化剂的工作交给了AlilinMittasch。他并没有一头扎进实验室，而是对过去的实验数据进行了全面的分析，对几百种试验的催化剂进行了分类和总结。竟然大胆地冲破许多理论权威的思想束缚，提出了一个未经证明的科学假设：1.寻找合适的催化剂，必须用相当多的元素和大批添加剂进行实验。2.催化反应要像哈伯的实验一样，必须在高温和高压条件下进行。3.需要进行极大量的成套试验。他们的研究队伍依据这样的理论假设，着手实验。从1909年到1912年的短时间内，完成的实验量是惊人的，在2500个不同的催化剂上大约进行了6500次试验，试验的次数超过了一万次，完成4000多个不同体系的研究工作。与此同时，全世界至少有30多个国家，几百个研究机构也都进行寻找和开发合成氨催化剂的研究工作。真可谓是如火如荼的时代。然而，以贵金属（金属锇等）为主催化剂，再添加其他化合物或元素的研究工作成效不大。根据Mittasch的假设，有人建议用天然矿石作催化剂试验，因为合成氨反应是高温高压下进行，有还原性气氛（H2），就可使矿石中金属氧化物发生还原反应生成多种金属的复杂物质可能会有催化性能。真是“踏破铁鞋无觅处，得来全不费功夫”，在大量试验矿石的过程中，发现瑞典磁铁矿得到相当满意的氨产量。经过化学分析瑞典磁铁矿和进一步验证，发现最好的催化剂就是纯铁和百分之几的氧化铝，少量的钾碱和石灰熔合，其组成与瑞典磁铁矿相近。现在全世界所有的合成氨催化剂都是依据这个发现制备的，只是性能和结构更趋于稳定和优良。在1913年9月9日实现了氨生产的工业化，兴建的装置是用285mm直径的反应器，催化剂体积90L，在200Pa压力下运转，起始氨的日产量只有3t～5t，但是生产量逐步增加，以致到1917年由Haber-Bosch生产过程所生产的氨年产量已超过60000t。人们对合成氨反应的研究堪称世界第一反应。时至今日仍然有许多科学家对合成氨催化剂结构、性能、反应动力学做更深入的研究工作。在化学界把合成氨反应已看成经典反应，任何一个催化新理论，任何一个催化动力学模型，任何一个化学反应新概念，都要用合成氨反应来检验和证明。今天，回顾合成氨反应的这一段历史，缅怀为开发合成氨反应的先驱们那种百折不挠的精神，以对我们的学习和工作有所帮助。（摘自《中学化学教学参考》1999年7～8期作者：张虎勤）二、化学反应速率和化学平衡在工业生产中的应用化学反应速率的快慢是关系到能否将化学反应应用于生产的一个很重要的因素，因此化工生产上总是研究采用最合适的条件。提高反应速率，强化生产过程。例如空气中氮的固定(转化为化合态氮)，N2、02可化合成NO，但是反应条件不合适,反应速率极慢，没有实际意义。NO和CO都是空气污染物，它们之间可以发生反应生成无毒害的CO2和N2，但是反应速率太慢,以至于它们能共存于大气之中,共同为害。解决NO、CO转化为CO2和N2，消除由其带来的污染必须解决的问题，仍然是增大反应速率。石油中大量存在甲基环己...