人工固氮技术——合成氨

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】。

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______________________。

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。

人工固氮原理人工固氮是指利用人工手段将空气中的氮气转化为植物可利用的氨或硝酸盐的过程。

固氮是植物生长的关键环节之一，因为氮是构成蛋白质和核酸的重要元素，而植物无法直接利用大气中的氮气。

因此，人工固氮对于农业生产和生态环境都具有重要意义。

人工固氮的原理主要包括合成氨法、氮化法和电弧法。

合成氨法是利用哈伯-博斯曼过程，通过高温高压条件下将氮气和氢气催化反应生成氨。

氮化法是指将氮气与金属反应生成金属氮化物，再通过水解或其他方法将其转化为氨。

电弧法则是利用电弧等高温能量将氮气和氢气直接反应生成氨。

这些方法都是通过人工干预，将空气中的氮气转化为植物可利用的氮化物质。

在人工固氮的过程中，催化剂起着非常重要的作用。

催化剂能够降低反应活化能，加速反应速率，提高反应选择性，从而提高固氮的效率。

常用的固氮催化剂包括铁钼催化剂、铁钒催化剂等。

这些催化剂能够在适当的条件下促进氮气和氢气的反应，从而高效地产生氨或其他氮化物质。

另外，人工固氮还需要考虑能源消耗和环境影响等问题。

合成氨法是目前应用最广泛的固氮方法，但其高温高压条件下需要消耗大量的能源，同时也会产生大量的二氧化碳等温室气体。

因此，如何在降低能源消耗的同时提高固氮效率，是人工固氮技术亟待解决的问题。

总的来说，人工固氮是一项复杂而重要的技术，其原理涉及物理、化学、工程等多个领域。

通过不断的研究和创新，我们可以更好地利用人工固氮技术，提高农业生产效率，减少对化肥的依赖，同时也能减少对自然氮循环的干扰，更好地保护生态环境。

希望未来能够有更多的科研人员投入到人工固氮技术的研究和应用中，为人类的可持续发展做出更大的贡献。