人工固氮技術(shù)-合成氨

課題2

人工固氮技術(shù)——合成氨目標(biāo)定位1．使學(xué)生理解如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)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(guò)程，體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室研究與實(shí)際生產(chǎn)之間轉(zhuǎn)化過(guò)程。

在新疆與青海交界處有一山谷，人稱魔鬼谷。每當(dāng)人畜進(jìn)入后，經(jīng)常電閃雷鳴，狂風(fēng)暴雨，把人畜擊斃。然而谷內(nèi)卻是牧草茂盛，四季常青。請(qǐng)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?dú)庹伎諝怏w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?dú)馀c氫氣直接合成氨的化學(xué)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(diǎn)：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(xué)反應(yīng)速率分析)使氨生成的多(從化學(xué)平衡分析)壓強(qiáng)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(wèn)題3：請(qǐng)同學(xué)們分析下表，分別從化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡兩個(gè)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(xué)反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟(jì)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(qiáng)：10MPa~30MPa，該壓強(qiáng)下進(jìn)行生產(chǎn)，對(duì)動(dòng)力、材料、設(shè)備等來(lái)說(shuō)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?dú)獾幕旌蠚怏w，可以看到濕潤(rùn)的pH試紙變___色。藍(lán)放熱

鐵400～500

10～30三個(gè)生產(chǎn)過(guò)程:(三)工業(yè)合成氨的三個(gè)生產(chǎn)過(guò)程:造氣,凈化，合成二、合成氨的基本生產(chǎn)過(guò)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?；瘜W(xué)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(guò)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?fàn)t氣、煉廠氣中的碳?xì)浠衔锱c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?dú)釩＋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(lái)的混合氣體，氨氣占總體積的______，要把混合氣體通過(guò)冷凝器、________，再導(dǎo)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?dú)鈦?lái)自______，目前氫氣主要通過(guò)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?fàn)t氣)可燃物為原料制取。2．催化劑的改進(jìn)多年來(lái)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(hù)(1)廢渣：可用作原料。(2)廢氣：主要是______和______等有害氣體，對(duì)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(lái)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(xué)反吹蒸餾離子交換法氰化物課堂互動(dòng)探究要點(diǎn)合成氨工業(yè)生產(chǎn)及適宜條件的選擇(4)“三廢”處理①?gòu)U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(xué)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(xué)反應(yīng)速率，但不影響化學(xué)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(guò)冷凝器，使氨液化，將氨分離出來(lái)，并將沒有完全反應(yīng)的N2和H2經(jīng)過(guò)循環(huán)壓縮機(jī)，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?dú)鈦?lái)源廣泛，擴(kuò)大氫氣原料的來(lái)源以降低成本。②反應(yīng)過(guò)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。