人工固氮技术-合成氨

成污染。
合成氨生产过程中需要消耗大量能源和原料， 同时会产生大量的废气、废水和固废，对环境 造成一定压力。
合成氨生产过程中产生的废水含有多种有害物质 ，如重金属、有机物等，对水体环境造成污染。
05
人工固氮技术的挑战与未来展望
人工固氮技术的挑战
1 2
高能耗
传统的人工固氮技术需要消耗大量的能源，这不 仅增加了生产成本，还对环境造成了负面影响。
环境保护
通过人工固氮技术，可以减少大 气中过量的氮气排放，减轻氮氧 化物对环境的污染，对环境保护 具有重要意义。
02
人工固氮技术原理
人工固氮技术概述
人工固氮技术是通过化学或生 物方法将空气中的氮气转化为 含氮化合物的过程。
人工固氮技术是解决全球氮资 源紧缺问题的重要途径之一。
人工固氮技术广泛应用于农业 生产、工业制造和环境保护等 领域。
合成氨的化学反应原理
合成氨是一个可逆反应，需要在高温、高压和催化剂存在的条件下进行。 N2 + 3H2 → 2NH3
反应过程中需要消耗大量的能量，因此需要采用高效的合成技术和能量回收系统。
合成氨工艺流程
合成氨工艺流程主要包括原料气的制备 、净化和压缩、合成反应、氨的分离和 回收等步骤。
氨的分离和回收是将氨气从反应气体中 分离出来，并进行回收和精制，最终得 到合格的氨产品。
利用光能激发氮气和氢气发生合成反应，具有能源利用可持续、 反应条件温和等优势。
生物合成氨
利用微生物或酶催化氮气和氢气合成氨，具有反应条件温和、可 利用废弃物等优点。
THANKS
感谢观看
合成氨是农业生产中重要的氮肥来源，能够提供 植物生长所需的氮元素，促进作物生长。
合成氨生产的氮肥能够提高土壤肥力，增加农作 物产量，对保障全球粮食供应具有重要意义。

顶 盖 氮氢混合气体 铁触媒（还原 铁＋少量K2O 、Al2O3） 塔体 绝热层 内筒
底盖
螺栓 法兰盘 接触室 接触室中心管 架板 热交换室 列管
氨和氮、氢的混合气
得出结论
3、在合成氨工业中要不要使用催化剂？为什么？
使用铁触媒作催化剂
使用催化剂可使工业合成氨反应的速率提高上万亿倍。
知识海洋
活动 合成氨的工业生产条件优化
综
条件 角度
温度
压强
浓度
合
分
平衡 降温 加压 N2/H2＝1:3
催化剂 无影响
析
速率 升温 加压 N2/H2＝1:2.8 使用
700K 15~30MPa N2/H2＝1:2.8 铁系催化剂
知识海洋
活动 合成氨的工业生产条件优化
问题（5）：科学家们为什么将氮氢投料比1:2.8？
表
扩
吸
面
散
附
反
应
表
表
表
解决问题的路径：
解决问题的方法：
• 怎么快？ • 怎么多？
• 速率快，提高速率的办法 • 限度大，提高可逆反应的转化率
1.增大压强 2.升高温度 3.加催化剂 4.增大浓度
分享从速率的角度选择条件
1.增大压强 2.升高温度 3.催化剂对限度无影响 4.增加反应物浓度，减 小生成物浓度
分享从限度的角度选择条件
反应速率 方程
化学
温度
反
平衡 浓度 应
移动
条
压强 件
的
化学 反应 速率
催化剂 其他
优 化
学 动 力 学 综 合 解 决
问
题
教学程序
发现不同，交流研讨

3NO2＋H2O===2HNO3＋NO
课题2 人工固氮技术——合成氨
8
2.试从速率和平衡的角度综合分析合成氨工业选择400～500 ℃的 温度，10～30 MPa的压强的原因。 答案 合成氨反应是一个可逆、放热、气体分子总数减小的反应。 根据勒夏特列原理，温度越低，压强越大，该反应的平衡体系中 氨的含量越高；但降低温度使反应速率降低，增大压强对设备要 求较高，而400～500 ℃时催化剂活性最好，10～30 MPa下N2、 H2的转化率已经较高，故选择在该条件下进行合成氨。
课题2 人工固氮技术——合成氨
13
4.合成氨工业的发展
合成氨工业的主要研究领域有以下三个方面：
(1) 原料及原料气 的净化。 (2) 催化剂 的改进。
(3)环境保护 废渣：用作 建材和肥料的原料 ；
废气：主要是 H2S 和 CO2 等有害气体； 废液：主要是含 氰化物 和含 氨 的污水。
课题2 人工固氮技术——合成氨
4.催化剂：加快反应速率但不影响平衡，可以提高单位时间内 氨的产量。目前工业上多采用以铁为主的催化剂。 5.及时将NH3从平衡体系中分离出来，并将 N2、H2重新压缩后 输入合成塔再次利用，提高原料的利用率。
6
①铁丝绒的作用： 催化剂 。 ②润湿的pH试纸的作用： 检验生成的氨气 ，现象 pH试纸 变蓝 。 (3)工业上，通常采用以铁为主的催化剂，在 400～500 ℃和 10～30 MPa的条件下合成氨。
课题2 人工固氮技术——合成氨
7
议一议 1.你知道氮固定的主要途径有哪些？通过闪电引发自然固氮的原 理是什么？ 答案 豆科植物的根瘤菌固氮，雷电固氮，人工固氮 ——工业 合成氨 N2＋O2=放==电==2NO 2NO＋O2===2NO2

【练习】练3.为了进一步提高合成氨的生产效率，科研中具有开发价值的是（ ）
A.研制高温下活性较大的催化剂
B.寻求N2的新来源
C.研制低温下活性较大的催化剂
D.研制耐高温高压的新型材料建造合成塔
【练习】练4.在一定条件下，进入氨合成塔的混合气体中，含N2为22％，含H2为78％(均为体积百分数)，反应达到平衡后，在相同的温度和压强下，气体的体积缩小至原体积的95％，则N2的转化率最接近（ ）
《人工固氮技术——合成氨》教学设计
课题：人工固氮技术——合成氨
教
学
目
标
知识
与
Байду номын сангаас技能
1.了解合成氨的反应原理
2.了解合成氨的基本生产过程
3.了解合成工业发展中需要解决的问题
过程
与
方法
充分发挥学生学习的主动性。
培养学生勤于观察、勤于总结思考的科学态度。
提高学生的科学素养。
情感
态度
价值观
利用多媒体动画、电脑图片等学习有研究合成氨的一般步骤和方法。
（2）废气——主要是H2S和CO2等有害气体
H2S用直接接触法或循环法回收。
CO2不是有害气体，但过多会导致温室效应，可作为尿素、碳铵等原料。
（3）废液——主要是含氰化物和氨的污水
处理含氰化物污水可以用生化、加压水解、氧化分解、化学沉淀、反吹回炉等方法。
处理含氨废水可用蒸馏的方法回收，也可用离子交换法治理。
【板书】2、合成氨的反应条件
【投影】（1）压强：对于速率的影响？使平衡向何方向进行？→得出适宜压强数值
（2）温度：对于速率的影响？使平衡向何方向进行？→得出适宜温度数值
（3）反应物的浓度：氮气与氢气之比约为1:3 氮气过量

反应过程
原料气进入反应器，在催化剂的作用下发生反应生成氨气 。反应过程中需要控制温度、压力和催化剂活性等因素， 以确保反应的顺利进行。
尾气处理
未反应的氮气和氢气以及可能产生的其他副产物需要进行 尾气处理，以减少对环境的影响。常见的尾气处理方法包 括燃烧、吸收和吸附等。
05 生产过程中的优化与控制 策略
08 总结与展望
本次项目成果总结
成功研发高效催化剂
通过优化催化剂组成和制备工艺，提高了催化剂的活性和稳定性， 降低了合成氨反应的温度和压力。
实现工业化生产
建立了合成氨工业化生产线，实现了从实验室规模到工业化规模的 转化，为合成氨的广泛应用奠定了基础。
节能减排效果显著
通过改进工艺流程和操作条件，降低了合成氨生产的能耗和排放，提 高了资源利用效率。
合成氨技术简介
• 合成氨的化学反应原理：合成氨的化学反应原理是将氮气和氢气在催化剂的作用下进行反应，生成氨气。这一 反应是一个可逆反应，需要在高温高压下进行，同时需要合适的催化剂以降低反应的活化能。
• 合成氨的主要原料：合成氨的主要原料是氮气和氢气。其中，氮气可以从空气中分离得到，而氢气则可以通过 天然气、煤等化石燃料的重整或电解水等方法制取。
评估处理
根据不合格原因和程度，对不 合格产品进行评估和处理，包 括返工、降级、报废等。
追溯改进
对不合格产品进行追溯分析，找 出原因并采取相应的改进措施，
以防止类似问题再次发生。
07 安全生产管理与环境保护 要求
安全生产管理体系建立
制定安全生产规章制度
明确各级管理人员和操作人员的安全职责，建立完善的安全生产 责任制。
02 03
哈伯-博施法的发展
20世纪初，德国化学家哈伯和博施发明了以铁为催化剂、在高温高压下 将氮气和氢气合成氨的哈伯-博施法。这一方法的发明为人工固氮技术 的工业化生产奠定了基础。

课题2 人工固氮技术---合成氨教学目标1、了解合成氨对人类社会发展的重要意义。

2、通过实验学习合成氨反应原理，利用化学反应速率，化学平衡移动原理分析和讨论合成氨适宜反应条件。

3、结合合成氨的基本生产过程及合成氨工业发展，帮助学生理解实际生产中问题教学重点合成氨的反应原理、合成氨生产的适宜条件教学难点合成氨生产适宜条件教学用具 PPT课件课时安排 1课时教学过程【进行新课】[设立情景]神秘的魔鬼谷在新疆与青海交界处有一山谷，人称魔鬼谷。

每当人畜进入后，经常电闪雷鸣，狂风暴雨，把人畜击毙。

然而谷内却是牧草茂盛，四季常青。

请解释原因。

N 2 + O2==== 2NO2NO + O2 = 2NO23NO2 + H2O = 2HNO3+ NO“雷雨发庄稼”“春雨贵如油”等说法。

[过渡]空气中游离态氮气不能被庄稼吸收，转化为氮的化合物后才能被吸收。

将游离氮转化为化合态氮的方法叫氮的固定。

看一下氮的循环。

农作物每年从土壤中摄取大量含氮化合物，为了补偿土壤中减少的氮，必须施加氮肥。

必须人工固氮。

[导言]本课时谈一下人工固氮技术----合成氨[展示]胶片人工固氮技术----合成氨一、合成氨的反应原理•由氮气与氢气直接合成氨的化学原理为:方程式见胶片二、合成氨的基本生产过程1、制备合成氨的原料气,2、原料气的净化，3、氨的合成与分离 [展示]合成氨的实地照片三、合成氨工业的发展[阅读]教材总结．1、原料及原料气的净化2、催化剂的改进3、环境保护废气主要是硫化氢和二氧化碳等有害气体。

废液主要是含氰化物和氨的污水。

废渣主要来自造气阶段。

【课堂训练】【小结】工业合成氨:(1)原理:(2)条件:(3)生产过程:(4)三废处理:【布置作业】。

人工固氮技术—工业合成氨学案设计江西省新建二中阮名洁教学目标：【知识与技能】：1、掌握工业合成氨的化学反应原理2、通过工业合成氨的典例，建立工业产品合成的基本模型。

3、理解工业合成氨的最佳合成条件4、理解工业产品合成的四大基本原则“多”、“快”、“好”、“省”【教学重难点】：1、建立工业合成氨的流程模型（重点）2、根据反应速率和化学平衡两个角度找到工业合成氨的最佳合成条件（重点）3、归纳出工业产品合成的四大基本原则“多”、“快”、“好”、“省”（难点）【温故而知新】：1、影响化学反应速率的因素有温度、浓度、压强、催化剂。

以及它们分别是如何影响2、影响化学反应平衡的因素有温度、浓度、压强。

以及它们分别是如何影响3、转化率的概念，勒夏特列原理习题巩固一．选择题1．符合工业合成氨生产实际的是（）A．V2O5做催化剂B．NH3循环使用C．N2和H2液化分离D．反应温度由催化剂决定2．下列有关工业生产叙述正确的是（）A．合成氨工业中，将NH3及时液化分离有利于提高产率B．工业上通常使用电解法制备金属钠、镁、铝、铁等C．硫酸工业中，采用常压条件的原因是此条件下催化剂活性最高D．电解精炼铜时，将粗铜与电源的负极相连3．如图是工业合成氨的简单流程图，沿①路线回流的物质是（）A．氮气和氢气B．催化剂C．NH3D．H2 4．下列有关工业生产叙述正确的是（）A．工业上通常使用电解法制备金属钠、镁、铝等B．合成氨工业中，将NH3及时液化分离有利于加快反应速率C．硫酸工业中，采用常压条件的原因是此条件下催化剂活性最高D．电解精炼铜时，将粗铜与电源的负极相连5．关于工业生产的下列叙述中，不正确的是（）A．工业生产硫酸时，使用热交换器可以充分利用反应中所放出的热量B．工业上合成氨没有采用更大的压强是从设备和动力要求方面考虑的C．工业上用离子交换膜法电解饱和食盐水制烧碱D．工业上采用电解（省电能30%）的AlCl3﹣KCl熔融体的方法制取金属铝一．填空题6．“低碳”既是时尚，也是环保要求．“低碳”在工业生产中意义重大，充分利用原材料，不排放或减少排放“三废”，不同工厂今后联合生产等都是很好的“低碳”生产方式．下面是几个工厂利用废气、废渣（液）联合生产化肥硫酸铵的工艺：请回答下列问题：（1）工艺操作②为：．（2）工业合成氨的化学方程式为：．（3）副产品的化学式为．该联合生产工艺中可以循环使用的物质是．（4）在实验室中检验合成氨厂排出的废气中是否含有氨气的方法是（5）写出生成“产品”的化学方程式：．7．NH3和HNO3是重要的工业产品，如图为合成氨以及氨氧化制硝酸的流程。

自我小测1．为了进一步提高合成氨的生产效率，科研中最具有开发价值的是()A．寻找N2的新来源B．研制低温下活性较大的催化剂C．研制500 ℃左右时活性较大的催化剂D．研制耐高温、高压的材料，用于建造氨合成塔2．合成氨时既要使合成氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的办法是()①减压②加压③升温④降温⑤及时从平衡混合气中分离出NH3⑥补充N2或H2⑦加催化剂⑧减小N2或H2的量A．③④⑤⑦B．②④⑥C．②⑥D．②③⑥⑦3．关于氨的合成工业的下列说法正确的是()A．从合成塔出来的气体，其中氨气一般占15%，所以生产氨的工业的效率都很低B．由于NH3易液化，N2、H2可循环使用，所以总的说来氨的产率很高C．合成氨工业的反应温度控制在400～500 ℃，目的是使平衡向正反应方向进行D．合成氨工业采用10～30 MPa，是因该条件下催化剂的活性最好4．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是()A．使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应C．500 ℃左右比室温更有利于合成氨的反应D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率5．化工生产中，为加快反应速率应优先考虑的措施是()A．选用适宜的催化剂B．采用高压C．采用高温D．增大反应物浓度6．1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。

下列是哈伯法的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是()A．①②③B．②④⑤C．①③⑤D．②③④7．氨催化氧化是硝酸工业的基础，在某催化剂作用下只发生主反应①和副反应②，有关物质产率与温度的关系如图。

4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)ΔH1＝－905 kJ·mol－1①4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)ΔH2＝－1 268 kJ·mol－1②下列说法中正确的是()A．工业上氨催化氧化生成NO时，温度应控制在780～840 ℃之间B．为了提高反应速率，工业上常采用物料n(O2)∶n(NH3)为1.7～2.0C．加压有利于NH3生成NO，不利于NH3生成N2D．N2(g)＋O2ΔH＝－181.5 kJ·mol－18．合成氨的流程示意图如下：回答下列问题：(1)工业合成氨的原料是氮气和氢气。

工厂
产 品
零
废
原部 料件
部分再循环
水 、 废
渣
合成氨
适宜条件的选择
外部条件 压强 温度
工业合成氨的适宜条件
20MPa~50MPa，该压强 下进行生产，对动力、材 料、设备等来说正合适。 500℃左右，该温度是合成氨催 化剂的活性温度；
催化剂
使用铁触媒作催化剂
N2和H2的物质的量比为1：2.8的投料比,
(B)充入过量H2 (D)升高温度
【巩固提升】
4.对于反应: 2SO2(g)+O2 (g) 下列判断正确的是( BC )
2SO3 (g)
A.2体积SO2和足量O2反应,必定生成2体积SO3 B.其他条件不变,增大压强,平衡向右移动
C.平衡时, SO2消耗速率必定等于O2的生成速率 的两倍
D.平衡时, SO2浓度必定等于O2浓度的两倍.
【巩固提升】
2.工业合成氨的反应是在500℃左右进行，主 要原因是（ D ）
A.500℃时反应速率最快 B.500℃时 NH3的平衡浓度最大 C.500℃℃时N2的转化率最高 D.500时催化剂能 Nhomakorabea挥最大效力
【巩固提升】
3.在合成氨时，可以提高H2转化率的措施是
（C）
(A)延长反应时间 (C)充入过量N2
【练习】
已知2SO2(g)+O2(g)
2SO3 (g) △H＜0
(3)在生产中，通入过量空气的目是
增大氧气浓度，提高SO2的利用率
（4）尾气防中止有SOSO2污2必染须空回气收是为了
【巩固提升】
1.在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列 变化过程不能使平衡向右移动的是（ B）C （A）不断将NH3分离出来 （B）使用催化剂 （C）采用700K左右的高温 （D）采用2×107～5×107Pa的压强

2.合成氨反应是一个可逆、放热、气体分子 总数减少的反应，根据勒夏特列原理分析工业 适宜的反应条件。
根据勒夏特列原理，温度越低，压强越大， 该反应的平衡体系中氨的含量越高；但降低温度 则反应速率降低，因此，适宜的条件才能适应工 业生产。
3.从原料、能源、设备等方面分析和推测合成 氨反应在实际生产中可能遇到的问题？ • 从经济上考虑：产品的市场前景如何，物料的 使用和转运、能耗、设备的投入和产出是否合 理； • 从环境影响考虑：厂址的选定、原料的处理、生 产过程及“三废”的处理 • 还要考虑设备和技术条件能否合理，操作是否 安全可靠，能否实现自动控制等。
3. 合成氨工业有下列流程： ①原料气制备：②氨的合成；③原料 气净化和压缩；④氨的分离。其先后 顺序为（ B） A．①②③④ C．④③②① B．①③②④ D．②③④①
现象：加热试管中的铁丝绒至红热后注入氢气和氮气 蓝 色。 的混合气体，可以看到湿润的pH试纸变___ 通常以铁为主的催化剂。 在400～500℃和10 ～30MPa的条件下最适宜。
思考与交流
1.合成氨反应中催化剂的主要作用是什么？合成 氨方案的主要优点是什么？ • 催化剂可以显著提高反应速率。
• 原料氮气和氢气都容易得到。
（3）使用铁为主的催化剂。
作用：提高反应速率。 （4）除去原料气中的有害物质。 作用：防止催化剂中毒。 （5）不采用很高的温度。 作用：提高混合气体中氨的含量。
2. 合成氨所需的 可由煤和水蒸气反应而制得， 其中一步的反应为： （正反应放热），下列措施中，能提高CO 转化率的是（ C ） A．增大压强 C．增大水蒸气浓度 B．降低温度 D．加催化剂
催化剂 Fe
合成氨使用的催化剂
③工业合成氨的生产过程是什么？ •造气 •净化 •合成 制备合成氨的原料气 原料气净化处理 使原料气进行化学反应合成氨

课题2 人工固氮技术-—合成氨1．了解工业合成氨的基本原理、基本生产过程以及合成氨工业的发展.2．了解工业获得合成氨的大量廉价原料气的方法,了解合成氨原料气循环利用的原理和重要意义。

3．了解工业合成氨与环境的关系。

德国化学家哈伯(1868—1934）一生从事化学研究，曾在1906年发明了氨的合成法，1908年又发明了合成氨的催化剂，为工业化生产奠定了基础.思考：如何利用空气中的氮气来合成氮肥呢?答案：氮气与氢气在高温、高压和催化剂条件下生成氨气，由氨气来合成氮肥.一、合成氨的反应原理1．反应的化学方程式工业合成氨反应的化学方程式________________________________________。

2．反应的特点（1）____________________反应；（2）____________________反应;（3）气体分子总数____________________的反应。

3．适宜化工生产条件的选择温度：____________；压强：______________;催化剂：____________________。

自主思考：①合成氨反应中催化剂的主要作用是什么?②合成氨方案的主要优点是什么？二、合成氨的基本生产过程主要包括三个步骤：________、________、________。

1．制备合成氨的原料气（1）制备氮气方法一：__________________________。

方法二：________________________________。

（2)制备氢气方法一：水蒸气与碳反应，化学方程式为__________________。

方法二:甲烷与水蒸气反应,化学方程式为______________________；____________________________.2．原料气的净化（1)除去H2S(用氨水）的化学方程式为______________________。

●教学地位 本课题是在课题 1 的基础上学习合成氨的反应原理，利 用化学反应速率、化学平衡移动原理分析和讨论合成氨的适 宜条件。 在高考中会以合成氨为载体考查化学方程式的书写， 平衡移动原理及其应用，尾气处理等化学基础知识，体现了 化学知识在化工生产中的应用。
●新课导入建议 闪电能使空气里的氮气转化为一氧化氮、一次闪电能生 成 80～ 1500 kg 的一氧化氮。这也是一种自然固氮。 豆科植物中寄生有根瘤菌，它含有氮酶，能使空气里的 氮气转化为氨，再进一步转化为氮的化合物。 除豆科植物的根瘤菌外，还有牧草和其他禾科作物根部 的固氮螺旋杆菌、一些原核低等植物 ——固氮蓝藻、自生固 氮菌体内都含有固氮酶，这些酶有固氮作用。这一类属自然 固氮的生物固氮。
方法 流程 赤热 水蒸气――→CO＋ H2 焦炭 主要反应 高温 C＋ H2O(g)===== CO＋ H2
水蒸
H2O g 吸收 CO＋ H O(g)催化剂 ===== CO2＋ CO2＋H2――→ 2 气法 ―――→ △ CO 2 催化剂 H2 H
2
O2或水蒸气 碳氢化合――――――→ 碳氢 一定条件下 化合 物法 H2 O CO、 CO2、 H2――→ K2CO3溶液 CO2＋H2 ――――→ H2
CH4＋H2O===3H2＋ CO CH4＋ 2H2O===4H2＋ CO2
2.原料气的净化 (1)净化原因：原料气中含有的某些杂质会使合成氨所用 的催化剂“中毒”，所以必须除去。
3．氨的合成与分离
(1)氨的合成：将净化后的原料气加压送进 在适宜条件下充分反应制取氨。
合成塔 ，
(2) 从 合成塔出来的混 合气体，其中氨 气占总体积的 15%， 要把混合气体通过冷凝器使氨液化， 再导入 液氨贮罐。 分离出的其他气体，经过循环压缩机，再送到 合成塔 中进 行反应。

人工固氮技术——合成氨A组1.人工固氮的成功对人类社会的进步具有重大意义,下列过程属于人工固氮的是( )A.种植豆科植物,利用其根瘤菌将氮气转化为蛋白质B.闪电时氮气与氧气化合,生成的氮的化合物被植物吸收C.化工厂中在催化剂作用下使氮气与氢气化合成氨气D.以氨气为原料生产各种化肥解析:豆科植物的根瘤菌将氮气转变成植物蛋白属于生物固氮过程,A错误;闪电时氮气和氧气反应生成NO,是在自然条件下的氮的固定,B错误;在一定条件下反应生成N属于工业合成氨的过程,属于人工固氮方式,C正确;由N生产各种化肥,是氮的化合物之间的转化过程,不属于氮的固定过程,D 错误。

答案:C2.在合成氨时,可以提高H2转化率的措施是( )A.延长反应时间B.充入过量H2C.充入过量N2D.升高温度解析:A项不能提高转化率,B、D项反而会降低H2转化率;只有充入过量N2才能使平衡向正反应方向移动,提高H2转化率,故C正确。

答案:C3.合成氨工业中采用循环操作,主要是为了( )A.加快反应速率B.提高NH3的平衡浓度C.降低NH3的沸点D.提高N2和H2的利用率解析:合成氨工业采用循环操作,将N2、H2循环压缩到合成塔中,提高了N2、H2的利用率。

答案:D4.化工生产中,为加快反应速率应优先考虑的措施是( )A.选用适宜的催化剂B.采用高压C.采用高温D.增大反应物浓度解析:化工生产中应首先考虑的是生产成本,因此应先考虑使用催化剂,提高反应速率。

答案:A5.合成氨生产过程采取的措施与化学平衡移动原理无关的是( )A.选择适当的温度B.增大体系压强C.使用铁触媒作催化剂D.不断分离出氨解析:催化剂只能改变化学反应速率,对平衡移动无影响。

答案:C6.下列有关合成氨工业的说法中,正确的是( )A.从合成塔出来的混合气体中,氨气占15%,所以生产氨的工厂的效率都很低B.由于氨易液化,N2和H2在实际生产中循环使用,所以总体来说,氨的产率很高C.合成氨工业的反应温度控制在400~500 ℃,目的是使化学平衡向正反应方向移动D.我国合成氨厂采用的压强是10~30 MPa,因为该压强下铁触媒的活性最大解析:虽然从合成塔出来的混合气体中NH3只占15%,但由于原料气N2和H2循环使用和不断分离出液氨,所以生产NH3的效率还是很高的,因此A项错误;控制反应温度为400~500℃,主要是为了使催化剂活性最大,因此,C选项错误;增大压强有利于NH3的合成,但压强越大,需要的动力越大,对材料的强度和设备的制造要求越高,我国的合成氨厂一般采用1×107~3×107Pa,但这并不是因为该压强下铁触媒的活性最大,因此,D选项错误。

人工固氮技术-合成氨伟大的氮1、人类和氮：N2 NH4+或NO3-植物动物人类2、自然界中氮的循环：教材P93、氮的固定：定义：固定的方法：自然固氮、生物固氮（自然界中微量氮的化合物来源）、人工固氮.一.合成氨的原理1、分析氨的组成确定反应原理：原料：NH3（N2、H2）2、原理：实验室：NH4Cl +Ca(OH)2工业生产：N2 +H23、生产流程：造气净化干燥压缩合成冷却分离储存4、演示实验：教材P10二、条件的选择1、依据平衡移动原理：低温、高压2、依据化学反应速率：高温、高压、催化剂结论：400~5000C 10MPa~30Mpa 、催化剂（铁）三.合成氨的生产过程1：造气：N2 (气体，收集储存待用)N2 :空气液化升温O2（收集，待售）碳加热吸收CO2CO2和N2N2H2：C+H2O = CO +H2CO +H2O= CO2 + H2CH4 +2H2O =3H2 +COCH4 + 2H2O =CO2 + 4H22、净化干燥：⑴、目的：使催化氧化能顺利进行，防止催化剂中毒。

（H2S、CO 、CO2）⑵、净化过程：H2S + NH3.H2OCO + H2O(Fe2O3或CuO催化剂)CO2 + K2CO3⑶、精制：用醋酸、铜和氨水配成溶液吸收剩余微量的CO、CO2、O2、H2S 四、氨的分离极其目的1、氨在产品混合物中的含量15%2、如何提高原料的转化率？N2和H23、分离方法：氨在产品混合物液氨内衬沥青的钢制容器储存五、合成氨的发展前景1、原料及原料气净化技术发展探索寻找更为合适的制取氢气的原料，改经净化工艺和手段，降低各方面的生产成本。

2、催化剂的改进：铀磁铁矿铁钌（锇）（从催化剂的效率、催化剂的来源）3、环境保护（三废）⑴、废气:H2S：直接氧化法（选择氧化）；循环法（浓缩溶剂吸收）。

CO2：用于生产尿素和碳酸铵等化肥。

CO：用于原料气氢气的生产。

⑵、废渣：煤煤渣生产建材重油：炭黑化工原料（如橡胶工业）⑶、废液：（CN- 、氨）CN-：生化、加压分解、氧化分解、化学沉淀、反吹回炉等方法。

【高中化学】高中化学知识点：合成氨（人工固氮）氮的固定：1．定义：氮的固定是指将游离态的氮转化为化合态氮的方法。

2．方法：氮的固定主要方法有：（1）人工合成氨：化学固氨法。

其条件要求高、成本高、转化率低、效率低。

（2）根瘤菌，生物固氨。

常温常压下进行。

成本低、转化率高、效率高。

3．工业应用：模拟生物的功能，把生物的功能原理用于化学工业生产，借以改善现有的并创造崭新的化学工艺过程。

二、合成氨的反应原理1．加热试管中的铁丝绒至红热后注入氢气和氨气的混合气体，可以看到湿润的PH试纸变蓝色2．用氢气和氨气合成氨的反应式是N2+3H22NH3，属放热反应。

3．工业上，采用以铁为主的催化剂，在400～500℃和10Mpa～30 Mpa的条件下合成氨。

（1）催化剂的主要作用：成千上万倍地加快化学反应速率，缩短达平衡的时间，提高日产量。

（2）合成氨的适宜条件：以铁为主的催化剂，在400～500℃和10Mpa～30 Mpa的条件（3）选择适宜生产条件的原则：有较高的反应速率和平衡转化率，能最大限度地提高利润。

（4）合成氨生产时，不采用尽可能高的压强，通常采用10MPa~30MPa 的压强，否则会增大设备的动力要求，增大成本。

（5）合成氨的反应为放热反应，降低温度促使平衡向有移动，有利于N2、H2转化为NH3；但降温必然减缓了反应速率，影响单位时间产率。

生产中将二者综合考虑，既要保证N2、H2的转化率，又要保证较快的反应速率，只能选择适中的温度400～500℃左右。

应注意该温度为催化剂活化温度，低于此温度，催化剂不起作用。

（6）催化剂是影响反应速率的几个因素中，对反应速率影响程度最大的。

催化剂的特点：①选择性：不同的反应选择不同的催化剂，如合成氨选择了铁触媒。

每种催化剂都是对特定的反应有催化作用，并非能改变任何化学反应的速率。

②灵敏性：催化剂中混入杂质，常常会失去催化作用，称催化剂“中毒”，因此反应气体进入反应器前必须净化。

考点七十六 人工固氮技术-合成氨聚焦与凝萃1．理解如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件； 2．了解合成氨生产的一般流程和反应原理、反应条件等。

解读与打通 常规考点 一、氮的固定1．定义：氮的固定是指将游离态的氮转化为化合态氮的方法。

2．方法：氨的固定主要方法有：（1）人工合成氨：化学固氨法。

其条件要求高、成本高、转化率低、效率低。

（2）根瘤菌，生物固氨。

常温常压下进行。

成本低、转化率高、效率高。

3．工业应用：模拟生物的功能，把生物的功能原理用于化学工业生产，借以改善现有的并制造崭新的化学工艺过程。

二、合成氨的反应原理 1．反应原理：N 2＋3H 2催化剂 高温高压2NH 32．反应特点：合成氨反应是一个可逆、放热、气体分子总数削减的反应。

3．反应条件：工业上，合成氨的适宜条件为铁作催化剂、400～500 ℃、10～30 MPa 的压强。

三、合成氨的基本生产过程合成氨的基本生产过程主要包括三个步骤：造气(制备合成氨的原料气) 、净化(原料气净化处理)、合成(使原料气进行化学反应合成氨)。

1．原料气的制备 （1）氮气的制备：①物理方法：物理方法为将空气液化，蒸发分别出氧气。

②化学方法：将空气中的氧气与碳作用生成CO 2，再除去CO 2。

（2）氢气的制备：①碳与水蒸气的反应，用方程式表示为：C ＋H 2O=====高温 CO ＋H 2。

②水蒸气与碳氢化合物的反应，用方程式表示为：CH 4＋H 2O=====高温 3H 2＋CO ，CH 4＋H 2O=4H 2＋CO 2（催化剂、高温）。

2．原料气的净化（1）含义：原料气的净化是指除去原料中杂质的过程，目的是防止催化剂中毒。

（2）净化方法①H 2S 的除去，用方程式表示为：H 2S ＋NH 3·H 2O=NH 4HS ＋H 2O ；②CO 的除去，用方程式表示为：CO ＋H 2O=====△CO 2＋H 2； ③CO 2的除去，用方程式表示为：K 2CO 3＋CO 2＋H 2O=2KHCO 3。

课题2人工固氮技术——合成氨课时过关·能力提升1为了进一步提高合成氨的生产效率,科研中最具有开发价值的是()A.寻找N2的新来源B.研制低温下活性较大的催化剂C.研制500 ℃左右时活性较大的催化剂D.研制耐高温、高压的材料,用于建造氨合成塔解析：根据平衡移动原理可知,低温有利于氨的合成。

答案：B21913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法,从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。

下列是哈伯法的流程图,其中为提高原料转化率而采取的措施是()A.①②③B.②④⑤C.①③⑤D.②③④解析：合成氨反应为气体分子总数减小的放热反应,操作①是为了除去杂质,防止催化剂中毒;②增大压强,有利于该反应向右进行,能够提高原料转化率;③催化剂只能加快反应,不影响化学平衡,故不能提高原料转化率;④将产物NH3液化分离和⑤循环操作,均能使原料被更充分地利用,提高原料的转化率。

答案：B3合成氨工业上采用循环操作,主要是为了()A.加快反应速率B.提高NH3的平衡浓度C.降低NH3的沸点D.提高N2和H2的利用率解析：合成氨工业采用循环压缩,将N2、H2压缩到合成塔中,提高了N2、H2的利用率。

答案：D4合成氨生产过程采取的措施与化学平衡移动原理无关的是()A.选择适当的温度B.增大体系压强C.使用铁触媒作催化剂D.不断分离液氨解析：催化剂只能改变反应速率,对平衡移动无影响。

答案：C5下列有关合成氨工业的说法中,正确的是()A.从合成塔出来的混合气体中,氨气占15%,所以生产氨的工厂效率都很低B.由于氨易液化,N2和H2在实际生产中循环使用,所以总体来说,氨的产率很高C.合成氨工业的反应温度控制在500 ℃,目的是使化学平衡向正反应方向移动D.我国合成氨厂采用的压强是10~30 MPa,因为该压强下铁触媒的活性最大解析：虽然从合成塔出来的混合气体中NH3只占15%,但由于原料气N2和H2循环使用和不断分离出液氨,所以生产NH3的效率还是很高的,A项错误;控制反应温度为500 ℃,一是为了使反应速率不至于很低,二是为了使催化剂活性最大,C项错误;增大压强有利于NH3的合成,但压强越大,需要的动力越大,对材料的强度和设备的制造要求越高,我国的合成氨厂一般采用1×107~3×107 Pa,但这并不是因为该压强下铁触媒的活性最大,D项错误。