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ハーバーボッシュ法の高圧はなぜ必要なのか？
以前あった質問を答えていたら、新たな疑問が浮かんできました。 http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=481467 こちらをご覧下さい。 有名なハーバーボッシュ法によるアンモニアの合成ですが、この問題によると 圧平衡定数は圧力にかかわらず一定であることがわかりました。 だとすると、どうして２００気圧もの高圧が必要になるのでしょうか？ １気圧でも平衡定数は同なのに。 ただ分子同士がぶつかる確率を上げ、平衡に達するまでの時間を短縮するためでしょうか？
- kohichi
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圧平衡定数に限らず，通常の（濃度の）平衡定数の場合も温度一定ならば平衡定数は一定ですが，外から加えた変化に対し平衡の移動の有無とその向きはルシャトリエの原理に従って決まるのでした． 平衡定数は温度一定ならば一定でも平衡そのものは条件により移動します． ＞平衡に達するまでの時間を短縮するためでしょうか？ これについては， N2＋３H2＝２NH3＋92.2KJ という式からも明らかですが，NH3が生成する反応は発熱反応で，平衡の点，つまりNH3の最終生成量を多くするには低温が適しているのにもかかわらず，低温だと平衡に達するまでに非常に多くの時間がかかるため，実際にはかなりの高温が使われます． これが「平衡に達するまでの時間を短縮するため」に当たります（平衡の点では不利であるにもかかわらず）．
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- energy
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反応の前後で気体の総物質量に変化が無い場合には平衡状態は全圧の変化に無関係ですが、総物質量に変化のある反応では、外からの圧力を増加すると、物質量が減少する方向に平衡が移動します。 N2＋３H2→←２NH3 において、 圧平衡定数Kpは、 Kp＝(pNH3^2)/(pN2pH2^3)です。全圧をｎ倍すると、各成分気体の分圧もｎ倍になり、 [(npNH3)^2]/[npN2(npH2)^3]＝1/n^2×[(pNH3^2)/(pN2pH2^3)] となります。これがKpと等しくなるためには正反応が進み、pN2pH2^3が減少し、pNH3^2が増加しなければなりません。 このような理由から高圧にしているのだと思います。 ちょっと式がよみにくいかもしれませんがご容赦を。
お礼
回答いただきありがとうございました。 なるほど平衡状態にある反応気体をさらに圧縮すると平衡が崩れていますね。 そこが分かっていませんでした。ありがとうございました。
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