人工固氮技术

人工固氮技术——合成氨教案

1课时

一、教学过程

[课程引入] 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。请同学们一起思考并解释原因。

[讨论归纳] N2 + O2 ==== 2NO

2NO + O2 ==== 2NO2

3NO2 + H2O ==== 2HNO3 + NO

空气中的氮转化为氮氧化物被植物吸收。在人们生活中也经常有“雷雨发庄稼”“春雨贵如油”等说法。

[过渡]大家都知道在地壳中氮的含量只有0.04%，而大气中氮气的体积分数为78%。空中游离态氮气不能被庄稼吸收，必须将其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。大家请看教材P10上，看一下氮在自然界的循环。那么怎样才能有效利用廉价的自然资源来生产含氮化合物？请阅读思考与交流—事实2部分。

[讲述] 家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。由于氮气的化学性质很不活泼，直到20世纪初才研究出一些固氮方法，其中合成氨是最有效且便于工业化的方法，本节课我们就一起来探讨这一内容。

[板书] 人工固氮技术----合成氨

[讲述]合成氨的反应原理是什么？请同学们结合教材一起回答。

[投影并板书]

适宜条件探讨：工业上常采用以铁为主的催化剂，在

同学们可以在课余的时候了解合成氨的科学史话——哈伯和哈伯法合成氨。

[讲述并板书]接下来我们来探讨工业合成氨的基本过程，根据前面所学的知识，大家一起来说是哪几个步骤？

[学生讨论回答]造气、净化、合成和分离。

[讲述]下面我们一步一步的来分析。首先要选择制备所需要的原料气，根据我们已有的知识，合成氨需要氮气和氢气，那么怎样获取这两种气体？

[学生]由空气液化分离所得氮气。氢气则来源于水。

[讲述]同学们都回答的很好，那我们一起来写出制氢气的方程式。

[板书]1.制备原料气：C+H

2O=CO+H

2

[讲述]我们还可以利用石油、天然气、焦炉气、炼厂气等含有大量碳氢化合物的物质，在一定条件下制备氢气。例如：

CH

4+H

2

O=3H

2

+CO ； CH

4

+2H

2

O=4H

2

+CO

2

在制取原料气的过程中往往会掺杂一些杂质，其中一些会使催化剂中毒，因此必须除去，这一过程就称为原料气的净化。

[讲述并板书]2.原料气的净化：

NH

3·H

2

O+H

2

S=NH

4

HS+H

2

S

CO+H

2O=CO

2

+H

2

K 2CO

3

+CO

2

+H

2

O=2KHCO

3

[讲述]最后原料气还必须经过精致处理，如用醋酸，铜和氨配制的溶液来吸收一氧化碳，二氧化碳，氧气，硫化氢等少量有害气体。

[讲述]净化后的原料气经过压缩机压缩至高压，进入氨合成塔，使氨气和氢气在高温高压和催化剂条件下合成氨，最后将合成后的混合气体液化分离出液态氨，并将剩余的氨气与氢气循环送回合成塔

中进行反应。

[板书]3.氨的合成与分离

[投影]用图式表示合成氨的流程

[讲述]最后，我们一起来学习合成氨工业的发展，大家请阅读教材14-15页，最后归纳总结。

(1)原料及原料气的净化

(2)催化剂的改进

(3)环境保护——三废处理（相关视频和资料）

二、课堂小结

工业合成氨:

(1)原理:

(2)条件:

(3)生产过程:

(4)三废处理:

一、合成氨的反应原理

1.思考与交流

（1）合成氨中，催化剂的主要作用是什么？

（2）合成氨的适宜条件是什么？

温度：压强：

（3）选择适宜生产条件的原则是什么？

（4）合成氨生产时，为什么不采用尽可能高的压强？通常采用10MPa~30MPa 的压强？

（5）实际生产中，为什么温度不能太高而采用适当高温（400～500℃）？

2. 请分析工业生产主要应考虑哪些问题？

二、合成氨的基本生产过程

1、合成氨三个主要步骤是

（1）造气；（写出化学方程式，下同）

（2）净化；

（3）合成。

2、制备合成氨的原料气

（1）制取N2：物理方法为将空气，蒸发分离出。化学方法为碳在空气中燃烧，O2充分反应后除去CO2制取。

（2）制取H2：

①用和高温反应制得主要反应，。

②也可用、、、中的碳氢化合物与水蒸汽在催化剂作用下制备。主要反应，。

3. 原料气净化处理

（1）原料气净化的原因是什么？

（2）净化处理些什么？如何处理？

4将原料气合成氨与分离

从合成塔出来的混合气体，氨气占总体积的，要把混合气体通过冷凝器，再导入液氨。

5思考与交流

（1）

化学工业上常使没有反应的物质分离出来重复使用的主要原因是什么？

（2） 谈谈合成氨工业中还可进行哪些联合生产或深加工？

三、合成氨工业的发展

1.原料及原料气的净化

原料气之一的氮气来自，目前氢气主要通过不同的____态（煤和焦炭）、态（石油提炼后的石脑油、重油）、态（天然气、焦炉气）可燃物为原料。

2.催化剂的改进

多年来一直用作催化剂，目前有采用为基础活性物质的新型催化剂。

3.环境保护

（1）废渣：可用作的原料。

（2）废气：主要是和等有害气体，对H 2S 的处理，可用直接法（选择性催化氧化）、法（用溶剂吸收浓缩），CO 2也可用来生产和等。

（3）废液：主要是含和含的污水，处理含氰化物主要用有、加压

、分解、沉淀、回炉等方法。处理氨废水可用的方法回收，也可用治理。

[课堂巩固提高 ]

1、一定条件下，合成氨气反应达到平衡时，测得混合气体中氨气的体积分数为20.0% ，与反应前．．．的体积相比，反应后体积缩小的百分率是（ ）

A ．16.7%

B ．20.0%

C ．80.0%

D ．83.3% 2、反应 2A （g ） + B （g ） 2C （g ）；△H >0 。下列反应有利于生成C 的是：（ ）

A. 低温、低压

B. 低温、高压

C. 高温、高压

D. 高温、低压

3、下列关于催化剂的说法，正确的是

A ．催化剂能使不起反应的物质发生反应

B ．在化学反应前后催化剂性质和质量都不改变

C ．催化剂能改变化学反应速率

D ．在化学反应过程中，催化剂质量和化学性质都不变

4、在密闭容器中，反应3A 2（g ）2A 3（g ）达到平衡，当升高温度后容器内混合气体总的物质的量减少，则逆反应是_______反应（填“放热”或“吸热”），升温前后容器内气体的原子总数___________（填“增多”、“减少”或“不变”）。

一、选择题

1对于可逆反应)(3H )(N 22气气+)(2NH 3气∆H<0，下列说法正确的是（）

A ．达到平衡时反应物和生成物浓度一定相等

B ．达到平衡后加入氨气，重新达到平衡时，氨气的浓度比原平衡时减小

C ．达到平衡时，升高温度加快了吸热反应的速率，降低了放热反应的速率，所以反应向逆反应的速率移动