氯化铵和熟石灰反应装置氯化铵和熟石灰( 二 ) _小知识

1898年，德国化学家首次用化学方法完成了氨的合成。具体合成方法是将电石(电石)和氮气在1000℃加热合成氰氨化钙，用热水蒸汽水解，分解为碳酸钙和氨。这种方法在20世纪前10年非常流行，年产量约为50万吨。但是，这种方法的缺陷还是很大的。电石不便宜，反应温度高。反应停止后，碳酸钙将作为废物使用。
由于上述方法的明显缺陷， 20世纪初，科学家们希望通过氢气和氮气的反应来获得氨。使用的手腕可以说是多种多样的，包括但不限于催化剂或高压电弧的应用等。，特别是对于后者，重要的愿望是通过模仿自然固氮过程来合成氨。但无一例外，这些把戏最终都失败了。人们甚至一度认为合成氨不可行。
就在全人类开始迷茫的时候，我们上几节课讲的热力学终于出现了。热力学在19世纪中期得到了很大的发展，其中热力学第二定律对于预测热力学系统的变化方向和可达到的水平非常重要。经过一系列的努力，人们开始尝试用热力学来预测化学反应的可能性和水平。吉布斯和亥姆霍兹在这方面做出了杰出的贡献，他们相继提出了自由能的概念。

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我们来看看合成氨的反应。首先这个反应的吉布斯自由能变得小于0 ，说明这个反应在热力学上无疑是可行的，但是反应速度很慢。同时，通过一系列计算可以发明这种反应应该在高温高压下进行。

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【氯化铵和熟石灰反应装置氯化铵和熟石灰】合成氨的突破是在1908年，而合成氨可以说是笔尖下预言的反应。德国化学家哈伯通过一系列计算预测了不同温度和压力下合成氨的转化率和平衡浓度，然后通过大量实验进行了验证。通过以上工作，哈伯认识到，过去氮氢的直接合成并不能取得很好的效果，这主要归因于以下几个原因。
首先，由于热力学的限制，这个反应的单向转化率很低。为了提高整体转化率，需要对反应气体进行高压高温循环，同时在循环过程中寻找分离氨气的方法。
其次，反应活化能很高，反应速度很慢。因此，必须配合有效的催化剂，才能经济地进行合成氨反应。
这一系列的试验是在1910年左右完成的，但工程化还是很难实现。重要的是氨合成是一个高温高压的反应，设备和压缩机的选择非常困难。
合成氨的初始运行温度为175 kg和550℃ ，相当于2000米左右深海的水压， 550℃的温度足以融化铅。众所周知，八大行星中金星恶劣的表面环境可以说是地球上的地狱，但表面的温度和压力(90公斤， 400度)可以说与合成氨反应器相比相形见绌。
然而，用压实机在这种温度和压力下循环气体对压实机的密封和材料强度是一个巨大的挑战。这是一个直到今天都很难回答的问题。此外，还有高效催化剂的问题。最初的催化剂是锇和碳化铀，但它们逐渐演变成铁基催化剂。这项工作最终由哈伯与著名的巴斯夫合作完成。这座工厂建于1911年，年产量为9000吨。哈伯本人因在合成氨领域的杰出贡献获得了1918年诺贝尔化学奖。