课题2 人工固氮技术——合成氨
课时训练3 合成氨的反应原理
基础夯实
1.下列过程属于氮的固定的是( )
A.闪电下N2与O2反应生成NO
B.NO2溶于水生成HNO3
C.工业上用NH3制造尿素[CO(NH2)2]
D.NH3与Cl2反应生成N2和HCl
解析：A项,N2转化为NO,属于氮的固定;NO2→HNO3,NH3→CO(NH2)2均为由含氮化合物转化为含氮化合物的过程,不是氮的固定;NH3→N2,含氮化合物转化为N2,不属于氮的固定。
答案：A
2.哈伯因发明了由氮气和氢气合成氨气的方法而获得1918年诺贝尔化学奖。现向一密闭容器中充入1 mol N2和3 mol H2,在一定条件下使该反应发生,有关说法正确的是( )
N2+3H22NH3
A.达到化学平衡时,N2将完全转化为NH3
B.达到化学平衡时,N2、H2和NH3的物质的量浓度一定相等
C.达到化学平衡时,N2、H2和NH3的物质的量浓度不再变化
D.达到化学平衡时,正反应和逆反应的速率都为零
解析：合成氨反应为可逆反应,故氮气、氨气不能完全转化,化学平衡是动态平衡,达到平衡时正、逆反应速率相等,但是不为零。
答案：C
3.合成氨时采用500 ℃左右的温度,主要因为该温度时 ( )
A.合成氨的化学反应速率最大
B.氮气的平衡转化率最高
C.铁触媒的活性最大
D.氨在平衡混合物中的体积分数最大
解析：温度越高,化学反应速率越大,A项错;合成NH3的反应在低温时N2的转化率越大,B项错;工业合成NH3采用500 ℃左右的温度主要是此时催化剂活性最大,C项对;500 ℃时NH3在平衡混合物中的体积分数不一定最大,D项错。
答案：C
4.德国科学家格哈德·埃尔特生日的当天获得了诺贝尔化学奖,以奖励他在表面化学领域作出的贡献。合成氨反应在铁催化剂表面进行时效率显著提高,就是埃尔特的研究成果。下列关于合成氨反应的叙述中,不正确的是( ) (导学号52690076)
学必求其心得，业必贵于专精
1 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 学必求其心得，业必贵于专精
课题2 人工固氮技术——合成氨
课前预习
情景导入
1914年，第一次世界大战一开始，英国就从海上封锁德国，阻止其从智利进口硝石。于是人们预言，德国得不到智利硝石，农田将缺乏肥料，炸药工厂也将停产，那么德国最迟在1915年或1916年便要自动投降，可是1916年过去了，德国还在顽强地战斗，农田照样一派浓绿，前线的炮火反而更加猛烈。原来，德国以哈伯为首的一批化学家克服了当时的世界化学难题——以廉价的空气、水和煤炭合成重要的化工原料：氨。
合成氨从第一次实验室研制到工业化投产经历了约150年的时间。德国科学家哈伯在10年的时间内进行了无数次的探索，单是寻找高效稳定的催化剂，2年内他们就进行了多达6 500次试验，测试了2 500种不同的配方，最后选定了一种合适的催化剂，使合成氨的设想在1913年成为工业现实。鉴于合成氨工业的实现，瑞典皇家科学院于1918年向哈伯颁发了诺贝尔化学奖。
问题：运用所学知识，推测以哈伯为首的一批化学家是应用什么原理合成氨的？请用化学方程式表示。
答案：N2+3H2
催化剂 高温高压
2NH3
知识预览
一、合成氨的反应原理
方程式：_________________________。
该反应是一个正反应方向气体分子数______________的、______________的______________反应。
答案：N2+3H2
催化剂 高温高压
2NH3
减少 可逆 放
二、适宜化工生产条件的选择
温度：______________；压强______________；催化剂：______________。
选择适宜生产条件时应注意浓度、压强、温度、催化剂等对反应速率和化学平衡的共同影响。
答案：400～500 ℃ 10 MPa～30 MPa 以铁为主的催化剂
三、合成氨的基本生产过程
三个步骤：______________、______________、______________。
1 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：N2＋3H2 催化剂
高温高压 2NH3
2．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CO2，再除去CO2。
（2）氢气的制备：
①碳与水蒸气的反应，用方程式表示为：C＋H2O=====高温 CO＋H2。
②水蒸气与碳氢化合物的反应，用方程式表示为：
CH4＋H2O=====高温 3H2＋CO，CH4＋H2O=4H2＋CO2（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
①H2S的除去，用方程式表示为：H2S＋NH3·H2O=NH4HS＋H2O； ②CO的除去，用方程式表示为：CO＋H2O=====△CO2＋H2；
③CO2的除去，用方程式表示为：K2CO3＋CO2＋H2O=2KHCO3。
