化學(xué)及技術(shù)選講(2) 合成氨

走進(jìn)化學(xué)工業(yè)化學(xué)與技術(shù)選講（二）人工固氮技術(shù)──合成氨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。請解釋原因。

N2+O2

====2NO2NO

+O2=2NO2

3NO2+H2O=2HNO3+NO雷雨發(fā)莊稼神秘的魔鬼谷氮的固定將游離態(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（1）原理由氮?dú)馀c氫氣直接合成氨的化學(xué)原理為:N2(g)+3H2(g)2NH3

(g)

高溫高壓催化劑(放熱)反應(yīng)特點(diǎn)：

可逆、放熱、氣體分子總數(shù)減?。?）合成氨適宜條件的選擇：外加條件要盡可能加快反應(yīng)速率，提高反應(yīng)進(jìn)行的程度。同時也要考慮實(shí)際生產(chǎn)中的動力、材料、設(shè)備等因素，以取得最佳經(jīng)濟(jì)效益。有利于增大化學(xué)反應(yīng)速率有利于提高平衡混合物中氨的含量壓強(qiáng)增大，有利于氨的合成，但需要的動力大，對材料、設(shè)備等要求高，因此，工業(yè)上一般采用10～30MPa的壓強(qiáng)有利于增大化學(xué)反應(yīng)速率有利于增大化學(xué)反應(yīng)速率不利于提高平衡混合物中氨的含量溫度升高，化學(xué)反應(yīng)速率增大，但不利于提高平衡混合物中氨的含量，因此合成氨時溫度要適宜。工業(yè)上一般采用500℃左右的溫度并且在這個溫度時，催化劑的活性最大沒有影響工業(yè)上一般采用鐵觸媒，使反應(yīng)能在較低的溫度下較快的反應(yīng)（3）工業(yè)上，采用以____為主的催化劑，在____________

℃和__________MPa的條件下合成氨。鐵400～50010～30(二)工業(yè)合成氨的原料選擇思考:工業(yè)合成氨時N2取自于什么物質(zhì)?H2又來源于哪里?N2主要來源于____氫氣主要來源于____(從空氣中分離出N2有哪些方法?)碳、碳的氫化物和水反應(yīng)空氣三個生產(chǎn)過程:(三)工業(yè)合成氨的三個生產(chǎn)過程:造氣,凈化，合成與分離造氣(1)制取N2：物理方法為將空氣______，蒸發(fā)分離出氧氣，即：空氣液態(tài)空氣N2(先逸出)?；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_____。液化氮?dú)庖夯蛛x(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?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。C＋H2O===CO＋H2原料氣凈化想一想:制取原料氣的過程中?；煊械臍怏w雜質(zhì)有__________CO,CO2和H2S用稀氨水吸收H2S雜質(zhì)：NH3·H2O＋H2S===NH4HS＋H2O。使CO變成CO2：______________________。除去CO2(用K2CO3吸收)：_________________________________。CO＋H2O===CO2＋H2K2CO3＋CO2＋H2O===2KHCO3合成與分離反應(yīng)條件:1）濃度：使用過量的氮?dú)狻?）溫度：400～500℃；3）高壓:10MPa~30MPa；4）催化劑(加快反應(yīng)速率)：鐵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(dǎo)入液氨貯灌。剩余氣體再送回合成塔，循環(huán)利用(合成氨轉(zhuǎn)化率較低，要采用循環(huán)操作）。15%分離器特別提醒：①合成氨原料中的氮?dú)鈦碓磸V泛，擴(kuò)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。工藝流程：原料氣的制取→凈化→壓縮→合成→分離→液氨N2、H2工業(yè)合成氨的工業(yè)流程:合成氨的實(shí)地照片(四)合成氨工業(yè)的發(fā)展1、原料及原料氣的凈化2、催化劑的改進(jìn)3、環(huán)境保護(hù)1．原料及原料氣的凈化原料氣之一的氮?dú)鈦碜訽______，目前氫氣主要通過不同的______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?？諝夤桃簹獯盆F礦釕3．環(huán)境保護(hù)(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_______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。(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、反吹回爐等方法。處理含氨廢水可用蒸餾的方法回收，也可用_____________治理。H2SCO2直接氧化循環(huán)氰化物生化化學(xué)離子交換法小結(jié)：工業(yè)合成氨:(1)原理與過程:(2)原料：(3)合成條件:(4)三廢處理:課堂訓(xùn)練：

1.合成氨工業(yè)有下列流程：①原料氣制備；②氨的合成；③原料氣凈化和壓縮；④氨的分離。其先后順序?yàn)椋?/p>

）A．①②③④

B．①③②④

C．④③②①

D．②③④①Ｂ2.合成氨所需的H2可由煤和水