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氨(NH3)的工业化生产
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2023.04.15 广东

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    哈伯,F. Fritz Haber 1868~1934,德国物理化学家。是合成氨法的发明者。因发明用氮气和氢气直接合成氨的方法, 获1918年诺贝尔化学奖。

    Fritz最大的成就是发明了合成氨工艺,合成氨工业化生产的出现,使粮食产量大幅度增加,解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿和死亡问题。

Nobel Prize - 1918

Nobel prize website

氮元素的普通存在

    热力学计算表明,低温、高压对合成氨反应是有利的,但无催化剂时,反应的自由能很高,反应几乎不发生。当采用铁催化剂时,由于改变了反应历程,降低了反应的活化能,使反应以显著的速率进行。合成氨反应的机理,首先是氮分子在铁催化剂表面上进行化学吸附,使氮原子间的化学键减弱。接着是化学吸附的氢原子不断地跟表面上的氮分子作用,在催化剂表面上逐步生成—NH、—NH2和NH3,最后氨分子在表面上脱吸而生成气态的氨。上述反应途径可简单地表示为:

  • xFe+N2→FexN

  • FexN+[H]吸→FexNH

  • FexNH+[H]吸→FexNH2

  • FexNH2+[H]吸FexNH3xFe+NH3 

    通俗来说,N2和H2反应合成NH3,机理并不负责,但是由于自由能的过高,氮和氢处于离子状态,无法有效形成NH3分子,通过催化剂的作用,两阶段改变自由能,确保NH3分子的形成。确切的说,Haber先生发现了催化的激励,然后发明了一种催化剂,同时也是催化剂这个行当的奠基人。

    催化剂是啥?为什么这么神奇。以前有个漂亮的女生,很多人追求她,结果眼光越来越高,谈了好多男朋友也安顿不下来。后来遇到一个帅哥多金的渣男,然后被无情的抛弃了,慢慢的年龄也大了,心也受伤了不想折腾了,最后找了个相貌平平,家境普通的老实人结婚了踏踏实实的过日子。这个女生的自由能就被催化剂改变了,这个渣男就是催化剂。

氨合成催化剂

合成氨的条件

氨的理化特性

氨的合成制备示意图

合成氨工厂

氨曲线图

氨的包装容器

氨的用途

频频闯祸的氨

遇到氨泄漏怎么办

电子级高纯氨举例

敬请多多批评指正,谢谢!

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