課題2

人工固氮技術(shù)——合成氨目標定位1．使學生理解如何應(yīng)用化學反應(yīng)速率和化學平衡原理，選擇合成氨的適宜條件。2．了解合成氨生產(chǎn)的一般流程和反應(yīng)原理、反應(yīng)條件等。3．介紹合成氨，體現(xiàn)化工生產(chǎn)的過程，體現(xiàn)實驗室研究與實際生產(chǎn)之間轉(zhuǎn)化過程。

在新疆與青海交界處有一山谷，人稱魔鬼谷。每當人畜進入后，經(jīng)常電閃雷鳴，狂風暴雨，把人畜擊斃。然而谷內(nèi)卻是牧草茂盛，四季常青。請解釋原因。

N2+O2

====2NO放電或高溫2NO

+O2=2NO2

3NO2+H2O=2HNO3+NO雷雨發(fā)莊稼神秘的魔鬼谷基礎(chǔ)梳理農(nóng)作物需從土壤中攝取大量_____________，必須施加氮肥。含氮化合物還用于制造染料、人造纖維、油漆、炸藥等。地殼中含氮量0.04%，大氣中氮氣占空氣體積的78%。氮的固定指的是________________________________。含氮化合物將游離態(tài)氮轉(zhuǎn)變?yōu)榛蠎B(tài)氮的方法氮的固定將游離態(tài)氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)氮的方法叫氮的固定．(一)合成氨的反應(yīng)原理由氮氣與氫氣直接合成氨的化學原理為:二、合成氨反應(yīng)條件的選擇1、合成氨反應(yīng)的特點：a、可逆反應(yīng)b、正反應(yīng)放熱c、正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)。N2(g)+3H2(g)2NH3

(g)

高溫高壓催化劑(放熱)合成氨反應(yīng)使氨生成的快(從化學反應(yīng)速率分析)使氨生成的多(從化學平衡分析)壓強溫度是否要用催化劑N2(g)+3H2(g)2NH3(g)+92.4kJ分析角度反應(yīng)要求外界條件高溫高壓高壓低溫使用不影響問題3：請同學們分析下表，分別從化學反應(yīng)速率和化學平衡兩個角度分析合成氨的合適條件。

填表工業(yè)上合成氨的合適條件到底怎樣？使用催化劑：鐵觸媒（以Fe為主體的多成分催化劑）這樣可以大大加快化學反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟效益；選擇合適的溫度：400℃~500℃左右，該溫度是為合成氨催化劑的活性溫度；選擇合適的壓強：10MPa~30MPa，該壓強下進行生產(chǎn)，對動力、材料、設(shè)備等來說正合適。合成氨的適宜條件N2+3H22NH3

鐵觸媒450℃10～30MPa一、合成氨的反應(yīng)原理1．如下圖合成氨裝置加熱試管中的鐵絲絨至紅熱后注入氫氣和氮氣的混合氣體，可以看到濕潤的pH試紙變___色。藍放熱

鐵400～500

10～30三個生產(chǎn)過程:(三)工業(yè)合成氨的三個生產(chǎn)過程:造氣,凈化，合成二、合成氨的基本生產(chǎn)過程1．制備合成氨的原料氣(1)制取N2：物理方法為將空氣_______，蒸發(fā)分離出氧氣。化學方法為碳在空氣中燃燒，O2充分反應(yīng)后除去CO2制取______。(2)制取H2：①用水蒸氣通過赤熱的煤層，使水蒸氣與碳反應(yīng)制得。主要反應(yīng)為

_______________________。②也可用石油、天然氣、焦爐氣、煉廠氣中的碳氫化合物與水蒸氣在催化劑作用下制備。主要反應(yīng)為CH4＋H2O===3H2＋CO，CH4＋2H2O===4H2＋CO2。液化氮氣C＋H2O===CO＋H22．原料氣凈化處理(1)原料氣凈化的原因是有些雜質(zhì)可使催化劑“中毒”。(2)用稀氨水吸收H2S雜質(zhì)：NH3·H2O＋H2S===NH4HS＋H2O。(3)使CO變成CO2_____________________。(4)除去CO2(用K2CO3吸收)：______________________________。CO＋H2O===CO2＋H2K2CO3＋CO2＋H2O===2KHCO33．將原料氣合成氨與分離從合成塔出來的混合氣體，氨氣占總體積的______，要把混合氣體通過冷凝器、________，再導入液氨貯灌。15%分離器三、合成氨工業(yè)的發(fā)展1．原料及原料氣的凈化原料氣之一的氮氣來自______，目前氫氣主要通過不同的固態(tài)(煤和焦炭)、____態(tài)(石油中提煉的石腦油、重油)、____態(tài)(天然氣、焦爐氣)可燃物為原料制取。2．催化劑的改進多年來一直用________作催化劑，目前有采用____為基礎(chǔ)活性物質(zhì)的新型催化劑。空氣液氣磁鐵礦釕3．環(huán)境保護(1)廢渣：可用作原料。(2)廢氣：主要是______和______等有害氣體，對H2S的處理，可用__________法(選擇性催化氧化)、______法(用溶劑吸收濃縮)，CO2可用來生產(chǎn)尿素和碳銨等。H2SCO2直接氧化循環(huán)(3)廢液：主要是含________和含氨的污水，處理含氰化物污水主要有______、加壓水解、氧化分解、______沉淀、______回爐等方法。處理含氨廢水可用______的方法回收，也可用____________治理。生化化學反吹蒸餾離子交換法氰化物課堂互動探究要點合成氨工業(yè)生產(chǎn)及適宜條件的選擇(4)“三廢”處理①廢渣：主要是煤渣和炭黑，可用作肥料的原料和建筑材料。②廢氣：主要是H2S和CO2等有害氣體。H2S可用直接氧化法、循環(huán)法等回收技術(shù)處理，CO2可作為生成尿素和碳銨的原料。③廢液：主要是含氰化物和含氨的污水。處理氰化物主要有生化、化學沉淀、反吹回爐等方法。處理含氨的廢水可用蒸餾回收和離子交換等方法。(3)催化劑使用催化劑可加快化學反應(yīng)速率，但不影響化學平衡?采用以鐵為主的催化劑。(4)循環(huán)操作合成氨轉(zhuǎn)化率較低，要采用循環(huán)操作。混合氣體通過冷凝器，使氨液化，將氨分離出來，并將沒有完全反應(yīng)的N2和H2經(jīng)過循環(huán)壓縮機，再送入合成塔，使其被充分利用。特別提醒①合成氨原料中的氮氣來源廣泛，擴大氫氣原料的來源以降低成本。②反應(yīng)過程中的工藝條件常決定于催化劑的性能。研究高效的新型催化劑，以改變反應(yīng)條件。