预测情况
预测理想状态
- 我们之前已经看到氨气是用哈伯的过程
- 氢和氮在下面反应生成氨可逆反应:
N2(g) + 3H2(g)⇌2 nh3.(g)∆H= -92 kJ mol-1
- 氨的形成是放热的,所以根据勒夏特列原理我们可以预测
- 低温反应会产生更高的产率
- 使用高压可以增加产率,因为方程右边的气体比左边的气体少
达到平衡
- 平衡发生在可逆反应过程中,即正向反应的速率=逆反应的速率
- 这意味着正向反应中产物的生成速度和逆向反应中反应物的生成速度一样快
- 在以下情况下以较快的速度达到:
- 一个更高的压力是用的比较多吗成功的碰撞
- 一个更高的温度是用作颗粒有较大的吗动能能源
- 一个更高的浓度是用的吗更多的粒子在给定的体积下,会有更多的碰撞
- 一个催化剂是用来加速率使它更快地达到平衡
考试技巧
记住,勒夏特列原理告诉我们,一个处于平衡状态的系统的任何变化都会导致平衡的反应与变化的影响相反。冷却放热反应会导致平衡向放热方向移动(产生更多的热量并提高温度)。压力的增加导致平衡向气体分子较少的一侧移动(以降低气体压力)。
选择条件
经济因素
- 像所有的行业一样,制造和销售化学产品的公司这样做是为了盈利
- 工业流程的一部分是关于如何以及在哪里设计和实现制造现场的经济决策
- 的可用性和成本原材料在做出任何决定之前,这是一个必须充分研究的主要考虑因素吗
- 在哈伯工艺中,原料易于获得且价格低廉:
- 氮-来自空气
- 氢——从天然气
- 如果原料的提取成本太高或无法获得,那么该过程就不再存在经济上可行的
- 许多工业过程需要大量的热而且压力维护哪个非常昂贵
- 除了原材料问题,生产能源成本也是一个需要仔细考虑的因素
温度:450ºC
- 一个更高的温度有利于逆反应,因为它是吸热的(吸收热量),因此产率较高反应物会被做成
- 如果一个较低的温度的使用有利于正反应,因为它是放热(释放热量),因此产率较高产品将会做出
- 然而,在较低的温度下,反应的速度是非常慢
- 所以450ºC是一个折衷温度低收益率但生产速度更快
压力:200atm
- 一个较低的压力将有利于反向反应,因为系统将试图通过产生更多的分子(4分子的气态反应物)来增加压力,从而获得更高的产率反应物将会做出
- 一个更高的压力将有利于正向反应,因为它将试图通过产生更少的分子(2分子的气态产物)来降低压力,从而获得更高的产率产品将会做出
- 然而,高压可能是危险的,需要非常昂贵的设备
- 200atm等于a妥协压力之间的较低产量的产品正在作出安全而且在经济上
选择哈伯法的条件
催化剂
- 催化剂的存在可以不影响平衡的位置,但它确实增加了率达到平衡时
- 这是因为催化剂提高了反应速率这两个正向和反向反应减少了相同的量(通过提供另一种需要的途径)活化能降低)
- 结果,浓度反应物和生成物之间的关系是相同在没有催化剂时的平衡状态。
所以使用催化剂,因为它可以帮助反应更快地达到平衡
- 它允许一个可接受的产量,以达到在较低的温度通过降低所需活化能
- 如果没有它,这个过程将不得不在同一水平上进行更高的温度,增加成本和减少收益率随着温度的升高分解更多的nhh3.分子
显示催化剂对平衡位置影响的图表
考试技巧
Haber法所选择的反应条件在产率方面并不理想,但在产品产率、反应速率和生产成本之间提供了平衡。这些被称为妥协的条件因为他们的选择给出了一个很好的妥协之间的收益,率和成本。