物理化学与合成氨教学

上传者：郝振
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上传时间：2015-05-10
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物理化学与合成氨教学

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物理化学与合成氨教学
王晓钰 ,梁宇
(新乡师范高等专科学校化学系 ,河南新乡 453000)
摘要 :以化学工艺学中合成氨的教学过程为例 ,揭示了物理化学与化学工艺学这两门学科的内在联系。
关键词 :物理化学 ;化学工艺学 ;合成氨
中图分类号 :642 文献标识码 :A 文章编号 :100827613 (2002) 0420078202
0 引言
物理化学与化学工艺学是高师化学教育专业的
两门专业基础课 ,在教学内容上既有学科的明确分
工 ,又有必然的内在联系。化学工艺学的内容涉及
的基本理论均离不开物理化学 ,其中化学热力学与
化学动力学几乎渗透于化学工艺学的全部内容之
中。化学工艺过程中的物料衡算、能量衡算、平衡关
系、过程速率等均是以物理化学理论为基础的化工
理论。因此 ,正确认识物理化学与化学工艺学的内
在联系是达到教学目标的基础和保证。本文以物理
化学与合成氨教学的有机结合来解释这两门学科的
内在联系及物理化学原理对化学工艺学的指导作
用。
1 由诸多物理化学状态方程中选择适宜的状态方
程 - 合成氨化学平衡常数、方程式的选择
物理化学中化学平衡常数的表示方法有 3 种 ,
0 . 5 N2 ( g) + 1 . 5 H2 ( g) N H3 ( g)
此反应为可逆、放热、体积缩小的反应 ,其平衡常数
为 :
0 . 5 1 . 5
KP = PN H Π( P N ·P H )
3 2 2
2 合成氨速率方程式数学表达式的导入
物理化学在讨论化学反应动力学时 ,对反应速
率方程作了如下描述 :用以表示反应速率与反应物、
产物和催化剂、浓度之间的关系式 : r = f ( CA 、CB 、
CC ) 称为速率方程式或微分动力学方程式。将反
应速率与浓度的关系简化后 ,其动力学方程式表示
为如下形式 :
a b c
r = k CA ·CB ·CC
式中 : CA 、CB 、CC 分别代表参与反应的物质浓
度 ; a 、b 、c 代表反应级数。
若将上述参与反应物质的浓度用生成物的增长
率和反应物的浓度递减率表示 ,并以分压表示浓度 ,
则可导入合成氨的净反应速率表达式
若计量方程为 : aA + bB = lL +
摩尔浓度表示的平衡常数 K
C
为 :
m M 则 :用体积
3 2 2
l m a b
= k
1
· p
N
( p
H
Πp
N H
)α -
2
k2 ( pN H Π rN H KC = CL ·CM Π( CA ·CB )
用物质的量分数表示的平衡常数
3 2 3 3
3 1 - α
p )
KX 为 :
式中 : 为合成氨反应的净速率 ,它是正 rN H H
2 3
l m a b
KX = X L ·X MΠ( X A ·XB )
用分压表示的平衡常数 KP 为 :
3 2 α
向反应速率 [ k1 ·pN ( p Πp ] 与逆向反应速率 )
H N H
2 2 3
2 3 1 - α 3
[ k2 ( pN H Πp H ) ] 之差 , 其单位为 kmolΠ( m ·h) ,
l m a b 3 2
KP = pL ·pM Π( pA ·pB )
在化学工艺学合成氨的教学中 ,根据合成氨的反应
方程和工业生产的状态特点 ,一般使用分压表示的
化学平衡常数公式 ,便于选择生产工艺条件 ,制定生
产工艺目标。氨合成反应的计量方程式为 :
k1 、k2 分别为正、逆反应速率常数 , p H 、pN 、pN H 分
2 2 3
别为 N2 、H2 、N H3 的分压 ,α 为实验测得的常数 , 与
催化剂、反应条件有关。
Ξ 收稿日期 :2001211215
作者简介 :王晓钰 (19712) ,男 ,河南新乡人 ,新乡师专讲师。
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