課題2　人工固氮技術(shù)──合成氨

1、含氮化合物在生活中的意義：氮是植物生長必不可少的元素之一。農(nóng)作物每年從土壤中吸收大量含氮化合物。導(dǎo)入新課含氮化合物的作用：制造染料制造人造纖維制造油漆制造炸藥自然界中的氮循環(huán) 氮的固定：將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)氮的方法 土壤中含氮化合物的主要來源：1.雷雨放電；2.生物固氮；3.動物的排泄物或腐敗尸體中含氮化合物進入土壤。 在大氣中，氮的含量為78%，卻不能被人類呼吸利用，如何有效地利用廉價的自然資源生產(chǎn)含氮的化合物？1.合成氨的反應(yīng)原理2.合成氨的基本生產(chǎn)過程3.合成氨的工業(yè)生產(chǎn)第二節(jié)：人工固氮技術(shù)合成氨1.了解合成氨的反應(yīng)原理2.了解合成氨的基本生產(chǎn)過程3.了解合成工業(yè)發(fā)展中需要解決的問題

2、教學(xué)目標知識與能力情感與態(tài)度過程與方法 利用多媒體動畫、電腦圖片等學(xué)習(xí)有研究合成氨的一般步驟和方法。充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。培養(yǎng)學(xué)生勤于觀察、勤于總結(jié)思考的科學(xué)態(tài)度。提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。合成氨的反應(yīng)原理合成氨生產(chǎn)的適宜條件合成氨生產(chǎn)的適宜條件教學(xué)重難點重點難點N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)高溫、高壓催化劑 通常以鐵為主的催化劑。 在400500和10 30MPa的條件下最適宜。 一.合成氨的反應(yīng)原理注意1 1.合成氨反應(yīng)中催化劑的主要作用是什么？ 鐵做催化劑可以顯著提高反應(yīng)速率。2.合成氨方案的主要優(yōu)點是什么？反應(yīng)物中氮氣和氫氣都可以從大氣中獲得。想一想 3.合成氨反應(yīng)是一個可逆、

3、放熱、氣體分子總數(shù)減少的反應(yīng)，根據(jù)勒夏特列原理分析工業(yè)適宜的反映條件。 根據(jù)勒夏特列原理，溫度越低，壓強越大，該反應(yīng)的平衡體系中氨的含量越高；但降低溫度則反應(yīng)速率降低，因此，適宜的條件才能適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)。 4.從原料、能源、設(shè)備等方面分析和推測合成氨反應(yīng)在實際生產(chǎn)中可能遇到的問題？ 從經(jīng)濟上考慮：產(chǎn)品的市場前景如何，物料的使用和轉(zhuǎn)運、能耗、設(shè)備的投入和產(chǎn)出是否合理；提示： 從環(huán)境影響考慮：廠址的選定、原料的處理、生產(chǎn)過程及“三廢”的處理 還要考慮設(shè)備和技術(shù)條件能否合理，操作是否安全可靠，能否實現(xiàn)自動控制等。設(shè)備：二、合成氨的基本生產(chǎn)過程三步驟：造氣 制備合成氨的原料氣凈化 原料氣的凈化處理 合成

4、 使原料氣進行反應(yīng)合成氨制備合成氨的原料氣 氮氣的來源:取自空氣，一是將空氣液化后蒸發(fā)分離出氧氣而獲得氮氣;另一是將空氣中的氧氣與碳作用生成二氧化碳,再除去二氧化碳得氮氣. 氫氣的來源:碳與水的作用或碳氫化合物與水的作用.C + H2O = CO + H2石油天然氣焦爐氣煉廠氣含有大量碳氫化合物石油例CH4+H2O=3H2+COCH4+2H2O=4H2+CO原料氣凈化處理： 在制取原料其的過程中，常混有一些雜質(zhì)，其中某些雜質(zhì)會使合成氨的催化劑“中毒”，必須出去的過程。例用稀氨水吸收 H2S雜質(zhì)：NH3H2O+H2S =NH4HS+H2O原料氣中將CO轉(zhuǎn)化為CO2的方法：CO+H2O=CO2+H

5、2將CO2吸收的方法：K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3用醋酸、銅和氨配制成的溶液吸收CO、CO2、O2、H2S等少量有害氣體。氨的合成與分離凈化氣體壓縮機氨合成塔冷凝器分離器高溫高壓循環(huán)二、合成氨的基本生產(chǎn)過程三步驟：造氣 制備合成氨的原料氣凈化 原料氣凈化處理 合成 使原料氣進行化學(xué)反應(yīng)合成氨為什么要循環(huán)操作？1.可以充分利用原料，降低成本。 2.有利于實現(xiàn)全封閉、連續(xù)化生產(chǎn)、有利于減少工序、控制廢棄物的排放。想一想 說明合成氨工業(yè)可以進行的聯(lián)合生產(chǎn)有或深加工有那些？ 合成氨與硝銨、碳銨等氮肥生產(chǎn)的聯(lián)合； 石油精煉廠與合成洗滌劑廠的聯(lián)合生產(chǎn)。三、合成氨工業(yè)的發(fā)展1.原料及原料氣的凈化

6、 原料中氮氣在空氣中是取之不盡用之不竭的； 早期：以焦炭和水為原料生產(chǎn)水煤氣制得氫。 現(xiàn)在：用不同的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的可燃物為原料制得氫。2.催化劑的改進 催化劑的性質(zhì)往往決定化學(xué)反應(yīng)的條件，催化劑的突破可以徹底改變工藝流程。3.環(huán)境保護廢渣 主要來自造氣階段。 例：以煤為原料的產(chǎn)生的煤渣，以中有為原料產(chǎn)生的炭黑等，大都用于建材和肥料的原料。廢氣 主要是H2S和CO2等有害氣體 H2S用直接接觸法或循環(huán)法回收 CO2不是有害氣體，但過多會導(dǎo)致溫室效應(yīng)，可作為尿素、碳銨等原料。廢液 主要是含氰化物和氨的污水 可以用生化、加壓水解、氧化分解、化學(xué)沉淀、反吹回爐等方法處理含氰化物?？捎谜麴s法回收含氨

7、廢水。工業(yè)合成氨的原理是什么？ 氫氣和氮氣在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氨氣。N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)高溫、高壓催化劑課堂小結(jié)工業(yè)合成氨的反映條件是什么？高溫 400500高壓 10 30MPa催化劑 Fe合成氨使用的催化劑工業(yè)合成氨的生產(chǎn)過程是什么？造氣 制備合成氨的原料氣凈化 原料氣凈化處理 合成 使原料氣進行化學(xué)反應(yīng)合成氨工業(yè)合成氨中產(chǎn)生的三廢如何處理？廢氣 H2S用直接接觸法或循環(huán)法回收;CO2不是有害氣體，但過多會導(dǎo)致溫室效應(yīng)，可作為尿素、碳銨等原料。廢渣 做建材和肥料的原料廢液生化、加壓水解、氧化分解、化學(xué)沉淀、反吹回爐等方法處理含氰化物。蒸餾法回收含氨廢水 1.回答合成氨生產(chǎn)中的各種措施的主要作用是什么？（1）及時將生產(chǎn)出的氨從混合氣體中分離出來。 作用：提高原料的利用率。（2）在設(shè)備允許的條件下采用高壓。作用：提高混合氣體中氨的含量。課堂練習(xí)（3）使用鐵為主的催化劑。作用：提高反應(yīng)速率。（4）除去原料氣中的有害物質(zhì)。作用：防止催化劑中毒。（5）不采用很高的溫度。作用：提高混合氣體中氨的含量。CA增大壓強 B降低溫度C增大水蒸氣濃度 D