人工固氮技術(shù)1

17十月2023昌吉州第四中學(xué)高二化學(xué)備課組1§1-2人工固氮技術(shù)---------合成氨17十月2023昌吉州第四中學(xué)高二化學(xué)備課組2

在新疆與青海交界處有一山谷，人稱魔鬼谷。每當(dāng)人畜進入后，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。神秘的魔鬼谷N2+O22NO2放電2NO+O2=2NO23NO2+H2O

=2HNO3+NO民俗:“雷雨發(fā)莊稼”“春雨貴如油”等說法17十月2023昌吉州第四中學(xué)高二化學(xué)備課組317十月2023昌吉州第四中學(xué)高二化學(xué)備課組4思考與交流事實1：在地殼中氮的含量只有0.04％，而空氣中氮氣的體積分數(shù)為78％;問題1：如何有效利用廉價的自然資源來生產(chǎn)含氮化合物;事實2：土壤中不多的含氮化合物主要來自:①雷雨放電時在大氣中生成的氮的氧化物,隨雨水進入土壤.②某些菌類(與豆科植物共生的根瘤菌)可吸收空氣中的氮而生成某些含氮化合物.③隨著動物的排泄物或腐敗尸體中的含氮化合物進入土壤;問題2：那一種自然過程可能會成為工業(yè)化生成過程?氮的固定:將游離態(tài)氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)氮的方法;17十月2023昌吉州第四中學(xué)高二化學(xué)備課組5一.合成氨的反應(yīng)原理實驗1-1(略)現(xiàn)象: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PH試紙變

色藍合成氨的反應(yīng)原理:N2+3H22NH3放熱反應(yīng)高溫高壓催化劑17十月2023昌吉州第四中學(xué)高二化學(xué)備課組6思考與討論1.你認為合成氨反應(yīng)中催化劑的主要作用是什么?合成氨方案的主要優(yōu)點是什么?2.合成氨反應(yīng)式一個可逆、放熱、氣體分子總數(shù)減小的反應(yīng),請根據(jù)影響反應(yīng)速率的因素和勒夏特列原理分析討論合成氨工業(yè)適宜的反應(yīng)條件.3.試從原料,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)中可能會遇到哪些問題?17十月2023昌吉州第四中學(xué)高二化學(xué)備課組7二.工業(yè)合成氨的反應(yīng)條件結(jié)論:1）濃度：使用過量的氮氣。2）溫度：400～500℃；3）高壓:10MPa~30MPa；4）催化劑(加快反應(yīng)速率)：鐵觸媒思考:（1）合成氨中，催化劑的主要作用是什么？（2）合成氨的適宜條件是什么？（3）選擇適宜生產(chǎn)條件的原則是什么？（4）合成氨生產(chǎn)時，為什么不采用盡可能高的壓強？通常采用10MPa~300MPa的壓強？（5）實際生產(chǎn)中，為什么溫度不能太高而采用適當(dāng)高溫（400～500℃）？（6）在高溫高壓下，為什么還要使用催化劑？17十月2023昌吉州第四中學(xué)高二化學(xué)備課組8科學(xué)史話合成氨———從實驗室到工業(yè)化生產(chǎn)17十月2023昌吉州第四中學(xué)高二化學(xué)備課組9三.合成氨的原料選擇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

。化學(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

和

高溫反應(yīng)制得主要反應(yīng)

，

。②也可用

、

、

、

中的碳氫化合物與水蒸汽在催化劑作用下制備。主要反應(yīng)

，

。2.原料氣凈化處理（1）原料氣凈化的原因是什么？（2）用稀氨水吸收H2S雜質(zhì)

（3）使CO變成CO2

（4）除去CO2

（用K2CO3吸收）閱讀教材P12-13，并完成填空17十月2023昌吉州第四中學(xué)高二化學(xué)備課組10四.工業(yè)合成氨的四個生產(chǎn)過程3.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(dǎo)入液氨

。合成氨三個主要步驟是（寫出化學(xué)方程式，下同）（1）造氣:

；（2）凈化

；（3）合成

。（4）分離階段(略)17十月2023昌吉州第四中學(xué)高二化學(xué)備課組1117十月2023昌吉州第四中學(xué)高二化學(xué)備課組12五.工業(yè)合成氨的工業(yè)流程動畫超級鏈接動畫鏈接17十月2023昌吉州第四中學(xué)高二化學(xué)備課組1317十月2023昌吉州第四中學(xué)高二化學(xué)備課組141.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____

態(tài)（煤和焦炭）、

態(tài)（石油提煉后的石腦油、重油）、

態(tài)（天然氣、焦?fàn)t氣）可燃物為原料。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。3.環(huán)境保護（1）廢渣：可用作

的原料。（2）廢氣：主要是

和

等有害氣體，對H2S的處理，可用直接

法（選擇性催化氧化）、

法（用溶劑吸收濃縮），CO2也可用來生產(chǎn)

和

等。（3）廢液：主要是含

和含