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课题 2 人工固氮技术——合成氨
第 1 课时 合成氨的反应原理
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1.了解合成氨的反应原理、合成氨的反应特点。 2.了解如何利用反应速率和化学平衡知识,选择合成氨的适宜 条件
1.了解合成氨的反应特点,理解如何提高合成氨的转化率和反 应速率。 2.利用平衡移动原理分析合成氨的条件
自然 高能固氮(如:通过闪电等产生氮的化合物)
固氮 生物固氮(如:豆科植物的根瘤菌固氮)
人工固氮(如:工业合成氨)
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为什么豆科植物不需要施氮肥? 提示：豆科植物的根瘤菌能将空气中的N2转化为氮的化合物,被 植物吸收。
工业上以NH3为原料生产HNO3,这属于人工固氮吗? 提示：不属于。氮的固定是将游离态氮转化为化合态氮的方法, 以NH3为原料生产HNO3,是含氮化合物间的相互转化,不是氮的固 定。
这样使土壤从空气中得到氮,促进植物的生长。
有关反应的化学方程式为 N2+O2
2NO+O2 2NO2, 3NO2+H2O 2HNO3+NO。
2NO,
一二
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2.氮的固定是物理变化还是化学变化? 答案：化学变化。 3.哪一种自然固氮的过程可能会成为工业化生产过程? 答案：生物固氮。除了合成氨这种人工固氮方式外,科学家们还 发现某些金属有机化合物可以起到根瘤菌的作用,并用这些金属有 机化合物作催化剂实现了常温、常压固氮,即仿生固氮。相信不久 的将来,仿生固氮会成为工业化生产过程。
氮的氧化物随降水进入土壤和水体。
一二
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1.“雷雨肥田”的原理是什么?该过程中涉及哪些化学反应?
答案：“雷雨肥田”的原理为在闪电作用下,空气中N2、O2反应生 成NO,NO与O2反应生成NO2,NO2溶于雨水生成HNO3,HNO3随雨水 降落到地面上,与土壤中的矿物作用,形成能被植物吸收的硝酸盐,
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一二
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【例1】 氮的循环在自然界元素的循环中具有重要意义,有些氮 的转化是从氮气到氮的化合物,有的转化是从一种氮的化合物到另 一种氮的化合物。下列过程中,以游离态的氮为原料,最终产生氮 的化合物的是( ) (导学号52690009)
①工业合成氨 ②硝化细菌的硝化过程 ③动物尸体的腐烂
根离子(NH4+)和硝酸盐,经过复杂的生物转化形成各种氨基酸,氨基 酸最后转化成蛋白质。动物以植物为食物而获得植物蛋白,并将其 转化为动物蛋白。动植物遗体中的蛋白质被微生物分解成 NH4+、 NO3- 和NH3,又回到土壤和水体中,被植物再次吸收利用。另外,在 放电条件下,空气中少量的氮气与氧气化合生成氮的氧化物,这些
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3.工业合成氨的条件 工业上,采用以铁为主的催化剂,在400~500 ℃和10~30 MPa的条 件下合成氨。
如果你是合成氨工厂的厂长,你对合成氨生产有何要求? 提示：合成氨工业要求:①反应要有较大的反应速率;②要最大 限度地提高平衡混合物中NH3的含量。
一二
一、自然界中氮的循环 1.自然界中氮的循环图
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氮的循环一二自主预习 Nhomakorabea合作探究
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2.自然界中氮的循环途径
在自然界中,大豆、蚕豆等豆科植物根部的根瘤菌能把空气中的
氮气转变为硝酸盐等含氮的化合物。植物的根从土壤中吸收的铵
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二、合成氨的反应原理 1.合成氨的实验装置如下图
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加热试管中的铁丝绒至红热后注入氢气和氮气的混合气体,可以
看到润湿的pH试纸变蓝色。
2.用氢气和氮气合成氨的化学方程式是N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),合成氨反应是一个可逆、放热、气体分子总数减小的反 应。
从化学平衡的角度 分析
有利于提高转化率 降低温度 增大压强
一二
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2.合成氨的适宜条件: (1)温度:400~500 ℃; (2)压强:10~30 MPa; (3)催化剂:铁触媒(400~500 ℃时,其活性最强)。
一二
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答案：C
一二
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下列转变过程中,属于人工固氮的是( )
A.N2
HNO3
B.NH3
HNO3
C.NH4Cl
NH3
D.N2
NH3
解析：氮的固定是以游离态的氮作为反应物,B、C错;D选项属 于人工固氮。
答案：D
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④豆科植物的根瘤菌固氮
A.①②
B.②③ C.①④D.②④
解析：解题时要审清题意,注意元素化合价的变化。工业合成氨
的反应原理为:3H2+N2
2NH3;硝化细菌的硝化过程是将氨
或铵盐转化成硝酸盐;动物尸体的腐烂是从高分子有机氮到小分子
有机氮的过程;豆科植物的根瘤菌固氮过程是在固氮酶的作用下,
将氮气转化为氮的化合物。
1.从化学反应速率和化学平衡角度考虑,压强越大越有利于合成 氨,为什么我国目前一般采用10~30 MPa的条件?
答案：我国目前一般采用这一压强条件是由于压强越大,动力消 耗、设备要求加大,生产成本越高,从综合经济效益角度考虑,不宜 采用过高的压强。
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一、氮的存在和固定 1.存在 (1)农作物需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。含氮化合物还用于制造染料、人造纤维、油 漆、炸药等。 (2)地壳中含氮量为0.04%,大气中氮气占空气体积的78%。 2.氮的固定 (1)定义: 氮的固定指的是将游离态氮转化为化合态氮的方法。 (2)分类:
二、合成氨条件的选择 1.合成氨的反应特点,从反应速率、化学平衡的角度分析合成氨 条件选择的依据。
合成氨反应的特点 合成氨条件选择的依据
①典型的可逆反应, 从反应速率的角度分 通常状况下反应速 析
率小
有利于增大化学反应速
②正反应是放热反
提高反应温度
应 ③正反应是气体体
率 增大压强
积缩小的反应
使用催化剂
