合成氨條件的選擇王勇

合成氨條件的選擇28.（19分）I.合成氨工業(yè)對化學(xué)的國防工業(yè)具有重要意義。寫出氨的兩種重要用途

。II.實驗室制備氨氣，下列方法中適宜選用的是

。①

固態(tài)氯化銨加熱分解

②

固體氫氧化鈉中滴加濃氨水③

氯化銨溶液與氫氧化鈉溶液共熱

④

固態(tài)氯化銨與氫氧化鈣混合加熱III.為了在實驗室利用工業(yè)原料制備少量氨氣，有人設(shè)計了如下裝置（圖中夾持裝置均已略去）。[實驗操作]①

檢查實驗裝置的氣密性后，關(guān)閉彈簧夾a、b、c、d、e。在A中加入鋅粒，向長頸漏斗注入一定量稀硫酸。打開彈簧夾c、d、e，則A中有氫氣發(fā)生。在F出口處收集氫氣并檢驗其純度。②

關(guān)閉彈簧夾c，取下截去底部的細(xì)口瓶C，打開彈簧夾a，將氫氣經(jīng)導(dǎo)管B驗純后點燃，然后立即罩上無底細(xì)口瓶C，塞緊瓶塞，如圖所示。氫氣繼續(xù)在瓶內(nèi)燃燒，幾分鐘后火焰熄滅。③

用酒精燈加熱反應(yīng)管E，繼續(xù)通氫氣，待無底細(xì)口瓶C內(nèi)水位下降到液面保持不變時，打開彈簧夾b，無底細(xì)口瓶C內(nèi)氣體經(jīng)D進(jìn)入反應(yīng)管E，片刻后F中的溶液變紅?；卮鹣铝袉栴}：（1）檢驗氫氣純度的目的是

。（2）C瓶內(nèi)水位下降到液面保持不變時，A裝置內(nèi)發(fā)生的現(xiàn)象是

，防止了實驗裝置中壓強(qiáng)過大。此時再打開彈簧夾b的原因是

，C瓶內(nèi)氣體的成份是

。（3）在步驟③中，先加熱鐵觸媒的原因是

。反應(yīng)管E中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式是

。28.（19分）I.制化肥、制硝酸II.②④III.（1）排除空氣，保證安全（2）鋅粒與酸脫離

盡量增大氫氣的濃度以提高氮氣的轉(zhuǎn)化率

N2H2（3）鐵觸媒在較高溫度時活性增大，加快氨合成的反應(yīng)速率假如你是合成氨工廠的工程師，你認(rèn)為工業(yè)生產(chǎn)中最應(yīng)考慮的是哪些問題？經(jīng)濟(jì)效益社會效益一，合成氨條件的選擇基本要求：a、單位時間內(nèi)產(chǎn)量高b、原料利用率高2NH4Cl(s)+Ca(OH)2(s)====CaCl2+2NH3↑+2H2OΔN2+3H2

2NH3高溫高壓催化劑`對于兩個化學(xué)反應(yīng)，從經(jīng)濟(jì)效益考慮，你認(rèn)為選擇哪個反應(yīng)作工廠制氨原理？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+3H2

2NH3(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))1.反應(yīng)原理：2.合成氨反應(yīng)的特點你選擇怎樣的生產(chǎn)條件呢？不同條件下平衡混合氣中氨的含量(體積分?jǐn)?shù))(原料其中N2和H2的體積比是1:3)31.457.579.892.698.81×108Pa23.142.265.284.295.46×107Pa9.119.138.264.286.42×107Pa4.510.625.152.081.51×107Pa13.826.447.071.089.93×107Pa0.050.10.42.215.31×105Pa

4000C

6000C

5000C

3000C

2000C壓強(qiáng)氨含量溫度3,合成氨條件的選擇請同學(xué)們分析下表（48頁表2—3）。分別從化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡兩個角度分析合成氨的合適條件。高溫高壓使用低溫?zé)o影響填表高壓工業(yè)合成氨的合適條件條件到底怎樣？壓強(qiáng)理論：越打越好實際：動力：壓縮機(jī)耗能太多，增大成本材料20MPa—50MPa工業(yè)合成氨的合適條件條件到底怎樣？溫度理論：實際：催化劑活性與溫度有關(guān)低溫反應(yīng)速率太小平衡催化劑：常用的催化劑有含鐵和含鋨兩類，含鐵的催化劑原料易得，價格便宜，催化劑活性適中，壽命較長。含鋨的催化劑原料稀少，價格昂貴，催化劑活性最高，壽命很長。鐵觸媒：含鐵為主的多種成分的混合物。鐵觸媒的催化能力溫度200400600800500℃濃度：用過量氮氣能否提高氫氣轉(zhuǎn)化率？工業(yè)合成氨是否采用此方法？1:11:21:31:41:51:60.60.50.40.30.20.1NH3%N2:H2工業(yè)合成氨的合適條件條件到底怎樣？濃度生成物濃度：及時將生成的氨氣分離出來工業(yè)合成氨的合適條件條件到底怎樣？N2H2按一定配比（1:3)

反應(yīng)物濃度：不斷向循環(huán)其中補(bǔ)充N2H2保持一定濃度

濃度：不斷向循環(huán)氣中補(bǔ)充N2H2，及時將生成的氨氣分離出來壓強(qiáng)：20MPa~50MPa(有利于氨的合成,對動力、材料強(qiáng)度、設(shè)備制造要求適中)溫度：500℃左右(速率較快,轉(zhuǎn)化率適中催化劑活性最大)催化劑：鐵觸媒使反應(yīng)較快的進(jìn)行濃度：不斷向循環(huán)氣中補(bǔ)充N2H2

（1:3)

，及時將生成的氨氣分離出來合成氨的適宜條件選擇適宜生產(chǎn)條件的原則：（1）既要注意外界條件對速率，平衡影響的一致性，又要注意對兩者影響的矛盾性。處理好矛盾的對立統(tǒng)一關(guān)系，矛盾的主次及轉(zhuǎn)化關(guān)系。（2）注意催化劑的活性對溫度的限制。（3）既要注意理論上的需要，又要注意實際可行性。例1：在硫酸工業(yè)中，有如下反應(yīng)，此反應(yīng)的合適溫度為

2SO2+O2

2SO3+Q，1，你認(rèn)為選擇此溫度的理由是：_________________________________________________2，為提高SO2

轉(zhuǎn)化率，常用的做法是_________________催化劑400~500℃通入過量的空氣加快反應(yīng)速率，提高催化劑活性，溫度過高不利于SO2生成3，此反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)，但工業(yè)上并未采取加壓措施為什么？請大家分析下題找到原因。2SO2+O22SO3催化劑400~500℃將SO2

和O2以體積比1：3混合，與500

℃通過催化劑，平衡后，同溫同壓，下測得反應(yīng)前與反應(yīng)后混合氣的密度比為71：80，求SO2的轉(zhuǎn)化率？能否由此得到工業(yè)生產(chǎn)不采取加壓措施的原因。98.397.796.794.992.985.6

5500C99.399.098.697.896.993.55000C99.799.699.599.298.697.54500C99.999.999.999.799.699.24000C100atm50atm25atm10

atm5atm1atmPTSO2轉(zhuǎn)化率

2SO2+O22SO3

不同條件下SO2轉(zhuǎn)化率

(原料其中SO2和空氣的體積比是1:3)二、合成氨工業(yè)簡述：1、原料：原料氣制取凈化壓縮合成分離液氨2、主要設(shè)備：空氣，水，一些原料合成塔3、生產(chǎn)過程：N2H2（1）原料氣制?。嚎諝鈮嚎s碳液態(tài)空氣N2(先逸出)物理方法蒸發(fā)CO2(+N2)N2化學(xué)方法

分離出CO2制氮氣:

制氫氣:水蒸氣CO+H2CO2+H2H2

熾熱碳H2O(氣)分離出CO2C(S)+H2O(g)CO(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)石油，天然氣，焦?fàn)t氣，煉廠氣等燃料中的碳?xì)浠衔锔?，水蒸氣作用合成氨廠的實地照片合成氨的工業(yè)流程1、壓縮機(jī)、合成塔2、熱交換過程3、氨的分離4、循環(huán)操作過程三，合成氨的發(fā)展前景：解放前我國只有兩家規(guī)模不大的合成氨廠，解放后合成氨工業(yè)有了迅速發(fā)展。1949年全國氮肥產(chǎn)量僅0.6萬噸，而1982年達(dá)到1021.9萬噸，成為世界上產(chǎn)量最高的國家之一。近幾年來，我國引進(jìn)了一批年產(chǎn)30萬噸氮肥的大型化肥廠設(shè)備。我國自行設(shè)計和建造的上海吳涇化工廠也是年產(chǎn)30萬噸氮肥的大型化肥廠。這些化肥廠以天然氣、石油、煉油氣等為原料，生產(chǎn)中能量損耗低、產(chǎn)量高，技術(shù)和設(shè)備都很先進(jìn)。最近，兩位希臘化學(xué)家——Thessaloniki的阿里斯多德大學(xué)的GeorgeMarnellos和MichaelStoukides，發(fā)明了一種合成氨的新方法（Science，2.Oct.1998,p98）——電合成。在常壓下，令氫與用氦稀釋的氮分別通入一加熱到570℃的以鍶-鈰-釔-鈣鈦礦多孔陶瓷（SCY）為固體電解質(zhì)的電解池中，用覆蓋在固體電解質(zhì)內(nèi)外表面的多孔鈀多晶薄膜的催化，轉(zhuǎn)化為氨，轉(zhuǎn)化率達(dá)到78%；而幾近一個世紀(jì)的哈伯法合成氨工藝通常轉(zhuǎn)化率為10-15%！

化學(xué)模擬生物固氮國際上有關(guān)的研究成果認(rèn)為，溫和條件下的固氮作用一般包含以下三個環(huán)節(jié)：①絡(luò)合過程。它是用某些過渡金屬的有機(jī)絡(luò)合物去絡(luò)合N2，使它的化學(xué)鍵削弱；②還原過程。它是用化學(xué)還原劑或其他還原方法輸送電子給被絡(luò)合的N2，來拆開N2中的N—N鍵；③加氫過程。它是提供H+來和負(fù)價的N結(jié)合，生成NH3。目前，化學(xué)模擬生物固氮工作的一個主要困難是①絡(luò)合過程，迫切需要從理論上深入分析，以便找出突破的途徑。固氮酶的生物化學(xué)和化學(xué)模擬工作是這一工作的核心。

固氮酶由鐵蛋白和鉬鐵蛋白這兩種含過渡金屬的蛋白質(zhì)組合而成。鐵蛋白主要起著電子傳遞輸送的作用，鉬鐵蛋白是絡(luò)合N2或其他反應(yīng)物（底物）分子，并進(jìn)行反應(yīng)的活性中心所在之處。。1、合成氨的工業(yè)條件的選擇——反應(yīng)速率和化學(xué)平衡理論及實際成本等因素共同分析的結(jié)果2、合成氨原料的制備和工藝流程課堂總結(jié)哈伯法合成氨的發(fā)明者哈伯

FritzHaber1868一1934

在化學(xué)發(fā)展史上，有一位化學(xué)家，雖早已長眠地下，卻曾給世人留下過關(guān)于他的功過是非的激烈爭論。他就是本世紀(jì)初世界聞名的德國物理化學(xué)家、合成氨的發(fā)明者弗里茨·哈伯（FritzHaber）。

哈伯與諾貝爾化學(xué)獎為了使子孫后代免于饑餓，19世紀(jì)初，一些化學(xué)家就大膽的提出解決糧食問題的好辦法-----大氣固氮，哈伯就是從事合成氨的工藝條件試驗和理論研究的化學(xué)家之一，哈伯的合成氨的設(shè)想終于在1913年得以實現(xiàn)，一個日產(chǎn)30噸的合成氨工廠建成并投產(chǎn)。合成氨生產(chǎn)方法的創(chuàng)立不僅開辟了獲取固定氮的途徑，更重要的是這一生產(chǎn)工藝的實現(xiàn)對整個化學(xué)工藝的發(fā)展產(chǎn)生了重大的影響。贊揚哈伯的人說：他是天使，為人類帶來豐收和喜悅，是用空氣制造面包的圣人。把諾貝爾化學(xué)獎授予哈伯是正確的。哈伯接受此獎也是當(dāng)之無愧的。

1913年后的兩年內(nèi)哈伯不僅提高了合成氨的產(chǎn)率，而且合成了1000噸液氨，并且用它制造出3500噸烈性炸藥TNT。法科學(xué)家認(rèn)為，假若沒有合成氨工業(yè)的建立，德國就沒有足夠的軍火儲備，軍方就不敢貿(mào)然發(fā)動第一次世界大戰(zhàn)。英、法科學(xué)界對哈伯的指責(zé)更多地集中在哈伯在第一次世界大戰(zhàn)中的表現(xiàn)。

1914年世界大戰(zhàn)爆發(fā)，他所領(lǐng)導(dǎo)的實驗室成了為戰(zhàn)爭服務(wù)的重要軍事機(jī)構(gòu)，擔(dān)任了大戰(zhàn)中德國施行毒氣戰(zhàn)的科學(xué)負(fù)責(zé)人。根據(jù)哈怕的建議，1915年4月22日在德軍發(fā)動的伊普雷戰(zhàn)役中施放了180噸氯氣英法軍隊約有15000人中毒。這是軍事史上第一次大規(guī)模使用殺傷性毒劑的現(xiàn)代化學(xué)戰(zhàn)的開始。詛咒他的人說：他是魔鬼，給人類帶來災(zāi)難、痛苦和死亡，

晚年的喜與悲

1919年第一次世界大戰(zhàn)以德國失敗而告終。戰(zhàn)后的一段時間里，哈伯曾設(shè)計了一種從海水中提取黃金的方案。希望能借此來支付協(xié)約國要求的戰(zhàn)爭賠款。遺憾的是海水中的含金量遠(yuǎn)比當(dāng)時人們想象的要少得多，他的努力只能付諸東流。此后，通過對戰(zhàn)爭的反省，他把全部精力都投入到科學(xué)研究中。希特勒篡奪了德國的政權(quán)，建立了法西斯統(tǒng)治后，開始推行以消滅“猶太科學(xué)”為已任的所謂“雅利安科學(xué)”的鬧劇。因為他是猶太人，和其他猶太人同樣遭到殘酷的迫害。哈伯被迫離開了為她熱誠服務(wù)幾十年的祖國，流落他鄉(xiāng)。于1934年1月29日心臟病發(fā)作在瑞士