人工固氮技术
第一单元课题2人工固氮技术
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第一单元课题2人工固氮技术目标要求:1.使学生明白得如何应用化学反应速率和化学平稳原理,选择合成氨的适宜条件。
2.了解合成氨生产的一样流程和反应原理、反应条件等。
3.介绍合成氨,表达化工生产的过程,表达实验室研究与实际生产之间转化过程。
学习过程:农作物需从土壤中摄取大量,必须施加氮肥。
含氮化合物还用于制造、、、等。
地壳中含氮量,大气中氮气占空气体积的。
氮的固定指的是。
一、合成氨的反应原理1. 如以下图合成氨装置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,能够看到湿PH试纸变色2.用氢气和氮气合成氨的化学反应方程式是,属___________________反应。
3.工业上,采纳以为主的催化剂,在℃和_________ Mpa的条件下合成氨。
4.摸索与交流〔1〕合成氨中,催化剂的要紧作用是什么?〔2〕合成氨的适宜条件是什么?〔3〕选择适宜生产条件的原那么是什么?〔4〕合成氨生产时,什么缘故不采纳尽可能高的压强?通常采纳10MPa~300MPa 的压强?〔5〕实际生产中,什么缘故温度不能太高而采纳适当高温〔400~ 500℃〕?〔6〕在高温高压下,什么缘故还要使用催化剂?5. 请分析工业生产要紧应考虑哪些咨询题?6. 使用催化剂的应注意哪些特点?二、合成氨的差不多生产过程1、合成氨三个要紧步骤是〔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用和高温反应制得要紧反应,。
②也可用、、、中的碳氢化合物与水蒸汽在催化剂作用下制备。
要紧反应,。
3. 原料气净化处理〔1〕原料气净化的缘故是什么?〔2〕用稀氨水吸取H2S杂质〔3〕使CO变成CO2〔4〕除去CO2〔用K2CO3吸取〕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。
课题2人工固氮技术-合成氨
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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。
人工固氮的有效途径
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人工固氮的有效途径氮是生命中不可或缺的元素,它是构成细胞核酸和蛋白质的基本元素。
然而,大气中的氮气却不能直接被植物利用,必须经过固氮转化为可吸收的氨或硝酸盐形式。
自然界中,固氮主要是由一些微生物如蓝绿藻、根瘤菌等完成的。
然而,这种自然固氮的速度很慢,无法满足现代农业的需求。
因此,人工固氮成为了一种必要的手段。
人工固氮指的是通过一系列化学工艺或生物技术手段将氮气转化为可吸收的氨或硝酸盐形式,以供植物利用。
下面将介绍几种有效的人工固氮途径。
一、哈伯-博仑过程哈伯-博仑过程是目前最主要的人工固氮途径。
该过程利用高温高压下的合成气(主要成分为氢气和氮气),通过催化剂将氢气和氮气转化成氨。
这种方法的优点是固氮效率高,可以产生大量的氨,但缺点是生产成本高,并且需要大量的能源。
二、生物固氮生物固氮是通过植物根系上的根瘤菌将大气中的氮气转化为植物可以利用的氨。
这种方法的优点是环保、节能、经济,但缺点是固氮效率较低,需要适合的土壤和气候条件。
三、电气固氮电气固氮是利用高温高压下的电弧反应将氮气和氢气转化为氨。
这种方法的优点是可以利用可再生能源,如太阳能和风能,同时也可以利用废弃物如生物质和垃圾来产生氢气。
但缺点是生产成本高,需要大量的电能。
四、光催化固氮光催化固氮是通过光催化剂促进氮气和水的反应,产生氨。
这种方法的优点是环保、节能、经济,并且可以利用太阳能来产生氢气。
但缺点是固氮效率较低,需要特殊的光催化剂。
五、化学固氮化学固氮是利用化学反应将氮气转化为氨。
这种方法的优点是固氮效率高,但缺点是产生大量的废弃物,对环境造成污染。
综上所述,人工固氮是一种必要的手段,可以为现代农业提供足够的氮素。
目前,哈伯-博仑过程是最主要的固氮途径,但也存在一些缺点,需要不断发展新的固氮技术,以满足人类对氮素的需求。
人工固氮技术-合成氨
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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。
1.2_人工固氮技术-合成氨
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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
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CO+H2O=CO2+H2
。
(3)除去CO2(用K2CO3吸收) K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3 。
二、合成氨的基本生产过程
3.将原料气合成: 讨论1:假如你是厂长,根据合成氨的反应特点,
对工业上产品的合成,你主要考虑哪些问题?
多 :原料的转化率高 快 :反应速度快
二、合成氨的基本生产过程
常见方法:
生物固氮、自然固氮、人工固氮
新课标人教版高中化学课件系列
选修2 化学与技术
第一章 走进化学工业
第二节 人工固氮技术—合成氨
科学化史
一、合成氨的反应原理
加温高压
N2(g) + 3H2(g) 催化剂 2NH3 (g)
二、工业合成氨的工业流程
原料气 的制取
如何制取氢 气和氮气?
净 化
如何净化氢 气和氮气?
3.将原料气合成:
讨论2:请同学们根据合成氨的特点,从
化学反应速率和化学平衡两个角度来综合分 析,合成氨应采取什么反应条件?
合成氨的反应
(反应放热)
分析角度
加快
升高
合成氨的速率
氨的含量
反应条件 浓度
增大N2和H2的浓度
增大N2、H2的浓度, 减小氨的浓度
压强
高压 一致 高压
温度
高温 矛盾 低温
催化剂
该条件下催化剂的活性最好
4.在合成氨CD左. 采右用工的1温0~度3业0MPa的中压强 ,为增加氨的日产量,下列变 化过程中不能使平衡移动的是( B )
A. 不断将氨分离出来 B.使用催化剂 C. 采用500 ℃ D. 采用10~30MPa的压强
5.某温度时,在一体积为2L的密闭容器中,通入
高中化学第一单元走进化学工业2人工固氮技术__合成氨课后习题含解析新人教版选修2
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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。
人工固氮最有效的方法
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人工固氮最有效的方法人工固氮是一种重要的农业技术,可以为作物提供充足的氮素营养,提高作物的产量和品质。
固氮技术主要有化学固氮、物理固氮和生物固氮三种方法,其中生物固氮是目前被认为是最有效的方法。
以下将详细介绍人工固氮最有效的方法。
化学固氮是通过人工合成氨肥来供应植物所需的氮素。
化学固氮虽然能够满足作物对氮素的需求,但其成本高、能源消耗大以及对环境的污染较严重。
因此,化学固氮不是最有效的人工固氮方法。
物理固氮是通过电弧、等离子体和高温高压等物理手段,将氮气和氢气转化为氨肥。
物理固氮可以实现高效固氮,但其设备和能源消耗较大,可操作性有限。
因此,物理固氮也不是最有效的方法。
生物固氮是利用植物和微生物共生关系,通过一系列的生物反应将氮气转化为植物可以吸收和利用的氮形态。
生物固氮具有能耗低、环境友好等优点,被认为是最有效的固氮方法。
在生物固氮中,植物和微生物共同参与固氮过程。
植物通过根瘤菌与根系形成共生关系,根瘤菌能够将大气中的氮气转化为氨,并以有机酸的形式提供给植物。
植物则提供给根瘤菌所需的营养物质和合适的生存环境。
这种植物和根瘤菌的共生关系被称为豆科植物固氮。
豆科植物如豆类、与蚕豆等,能够与根瘤菌形成共生关系,吸收固氮后能够合成氨基酸、蛋白质等营养物质。
豆科植物的根瘤菌将氮气固定为氨后,可在一定程度上供给其他植物的氮素需求。
因此,在农田中种植豆科植物,可以提高农田土壤中的氮素含量,为作物的生长提供充足的氮素。
另外,单细胞蓝藻菌也是一种重要的固氮微生物。
蓝藻菌通过固氮酶催化将氮气转化为氨,为植物提供营养。
蓝藻菌可以生长在水域和湿地环境中,与许多水生植物形成共生关系。
在农田中引入水稻和蓝藻菌的共生关系,可以通过生物固氮为稻田提供氮素,减少对化学氮肥的依赖。
除了豆科植物和蓝藻菌,还有一些其他微生物也能够固氮。
比如,根际细菌和根肿菌等,可以通过固氮酶的作用将氮气转化为氨,并以有机物的形式供给植物。
因此,合理利用这些微生物对农田进行生物固氮,有助于减少对化学氮肥的使用,降低农业生产对能源的依赖,减少对环境的负面影响。
高中化学-e课题2 人工固氮技术—合成氨
![高中化学-e课题2 人工固氮技术—合成氨](https://img.taocdn.com/s3/m/8d9afc93e518964bce847c52.png)
合成氨反应条件的选择
[问题一]什么叫氮的固定?用化学方程式表示氮 的天然固定和人工固定。
将空气中的游离态的氮转化为化合态的氮的 过程叫氮的固定。包括人工固氮(合成氮工业) 和天然固氮(雷雨发庄稼、植物的根瘤菌)。
天然固氮(雷雨发庄稼):N2→NO→NO2→HNO3 人工固氮(合成氨工业):N2→NH3
(3)尽可能降低对耐高温设备所需材料的要求。
(4)符合绿色化学理念(一是注意环境保护 二
是原子利用率接近百分之百)
合成氨反应
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) +92.4kJ
分析 角度
使氨生成的快
使氨生成的多
外界条件
(从化学反应速率分析) (从化学平衡分析)
压强
高压
高压
温度
是否要用 催化剂
高温 使用
H2O(g)或赤其热他炭燃料 CO+H2 催H2化O(剂g) CO2+H除2 去CO2 H2
(防止催化剂中毒)
原料气 的制备
净化 压缩
N2、H2
合成
分离
2、工业合成氨:(1)原理:(2)条件: (3)生产过程: (4)三废处理:
液氨
练习:
1.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:
C + H2O
CO + H2 CO + H2O
CO2 + H2
CH4 + H2O = CO + 3H2 C3H8 + 3H2O = 3CO + 7H2
合成氨的生产工艺
[问题二]合成氨生产得到的氨可以直接用途肥料,也可 用来生产硫酸铵、硝酸铵、碳酸氢铵。试写出有关化学 反应方程式。工业上用氨的催化氧化来制取硝酸,试写 出有关化学反应方程式。
第49讲-选修二-人工固氮技术
![第49讲-选修二-人工固氮技术](https://img.taocdn.com/s3/m/15b05984dd3383c4bb4cd2f8.png)
第49讲人工固氮技术—合成氨 P9姓名:班次:思考: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。
小结:氮的固定-------将游离态氮转化为化合态氮的方法叫.(一)工业合成氨的反应原理1、反应原理(化学方程式)2、实验装置3、思考:根据勒夏特列原理分析讨论:合成氨工业适宜的反应条件?(二)工业合成氨的生产过程P11:---------造气,净化,合成,分离1、造气N2主要来源于____,氢气主要来源于____①C和水蒸气反应制氢气②甲烷和水蒸气反应制氢气制取原料气的过程中常混有的气体杂质有_________2、净化(1)原料气净化的原因是有些杂质可使催化剂“中毒”。
(2)用稀氨水吸收H2S杂质:(3)使CO变成CO2:__________ _________ ___。
(4)除去CO2(用K2CO3吸收):___________ ______________________。
3、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,使氨_______,再在里分离出来导入液氨贮灌。
剩余气体再送回合成塔,循环利用(合成氨转化率较低,要采用循环操作)。
4、工业合成氨的工业流程------P12图:(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(石油中提炼的石脑油、重油)、______态(天然气、焦炉气)可燃物为原料制取。
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:主要是煤渣和炭黑,可用作肥料的原料和建筑材料(2)废气:主要是_______和________等有害气体,对H2S的处理,可用___________法(选择性催化氧化)、_______法(用溶剂吸收浓缩),CO2可用来生产尿素和碳铵等。
15-16版:1.2 人工固氮技术——合成氨(创新设计)
![15-16版:1.2 人工固氮技术——合成氨(创新设计)](https://img.taocdn.com/s3/m/50ebae082f3f5727a5e9856a561252d381eb2073.png)
课题2 人工固氮技术——合成氨[目标导航] 1.使学生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。
3.介绍合成氨,体验化工生产的过程,体验实验室研究与实际生产之间转化过程。
一、氮的循环及合成氨的反应原理1.含氮化合物对人类生活有着十分重要的意义 (1)氮元素是植物生长不可缺少的元素之一。
(2)含氮化合物还用于制造染料、人造纤维、油漆、炸药和许多其他产品。
2.氮的固定 (1)氮的存在和固定①存在:地壳中氮的含量只有0.04%,而大气中氮气的体积分数为78%。
②氮的固定:是指将游离态氮转变为化合态氮的方法。
(2)分类氮的固定⎩⎨⎧自然固氮⎩⎨⎧高能固氮(N2+O 2=====放电2NO )生物固氮(豆科植物的根瘤菌固氮)人工固氮⎩⎪⎨⎪⎧合成氨仿生固氮3.合成氨的反应原理(1)由N 2与H 2直接合成氨的化学原理为 N 2+3H 2高温、高压催化剂2NH 3。
(2)实验室合成氨 实验装置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。
[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 N 2+O 2=====放电2NO 2NO +O 2===2NO 2 3NO 2+H 2O===2HNO 3+NO2.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N 2、H 2的转化率已经较高,故选择在该条件下进行合成氨。
人工固氮技术—合成氨
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(五)合成氨工业的发展
阅读书本P14~P15页后总结.
小结:
工业合成氨:
(1)原理: (2)条件: (3)生产过程: (4)三废处理:
练习:
1.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 B.降低温度 C.增大水蒸气浓度 D.加催化剂
雷雨发庄稼
氮的固定
将游离态氮转化为化合态氮的方法叫氮的固定.
人工固氮技术—合成氨
(二)工业合成氨的反应条件
1)浓度:使用过量的氮气。 2)温度:400~500℃; 3)高压:10MPa~30MPa; 4)催化剂(加快反应速率):铁
N2(g) + 3H2(g)
高温高压
催化剂
2NH3 (g) (放热)
人工固氮技术人工固氮技术合成氨合成氨n2g3h2g2nh3g放热一工业合成氨的反应原理加温高压催化剂思考
1.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。 N2 + O2 ====
放电或高温
2NO
2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
(三)工业合成氨的原料选择
思考: 工业合成氨时N2取自于什么物质?H2又来 源于哪里?
N2主要来源于空气 ____ (从空气中分离出N2有哪些方法?) 氢气主要来源于水和碳氢化合物 ____ C+H2O===CO+H2
CH4+H2O===3H2+CO
简述人工固氮规律及其意义
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简述人工固氮规律及其意义
人工固氮是指通过引入氮源(如氨气、硝酸盐等)来促进土壤中氮素的积累和控制氮素流失的一种技术。
人工固氮规律是指在一定的环境条件下,氮素在土壤中的迁移和积累存在一定的规律性。
以下是关于人工固氮规律及其意义简述:
1. 人工固氮规律:
(1)氮元素在土壤中的自然移动规律:氮元素在土壤中的自然移动方向是从液态流动到固态,然后从固态流动到固相。
人工固氮技术也是基于这个规律,通过引入氮源来促进土壤中氮素的积累。
(2)人工固氮技术的效果取决于多种因素,包括氮源种类、浓度、接触时间、温度等。
(3)人工固氮技术的意义:人工固氮技术可以节约大量化石燃料,减少对天然氮资源的依赖,提高农作物产量和质量,改善土壤结构,增加土壤肥力等。
2. 人工固氮规律的意义:
(1)节约资源:通过人工固氮技术,可以控制氮素流失,提高土壤氮素含量,从而节约大量化石燃料,减少对天然氮资源的依赖。
(2)改善环境:人工固氮技术可以改良改良土壤结构,增加土壤肥力,改善水质等,对环境保护具有积极意义。
(3)推动农业可持续发展:人工固氮技术可以应用于各种作物的生产,包括粮食、经济作物、蔬菜等,可以提高产量和质量,推动农业可持续发展。
人工固氮规律是影响氮素在土壤中迁移和积累的重要因素之一,掌握人工固氮规律的技术和应用是实现农业可持续发展的重要手段。
人工固氮原理
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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可被植物利用的氨或其他化
合物的过程。
固氮是生物体内蛋白质合成的重要原料,而氮气在大气中占据了78%,因此人工固氮对于植物生长和农业生产具有非常重要的意义。
本文将介绍人
工固氮的原理及相关知识。
首先,人工固氮的原理是利用氮化钙、氨合成等方法,将氮气转化为氨。
氮气
的三键非常稳定,因此需要高温高压的条件才能将氮气转化为氨。
氮气和氢气在催化剂的作用下发生反应,生成氨气。
这种方法是目前工业上使用最广泛的固氮方法。
其次,人工固氮的原理还包括电弧法、氰化钙法、氨合成法等。
电弧法是指在
高温下将氮气和氢气通过电弧放电反应生成氨气。
氰化钙法是指将氮气和氢气通过氰化钙催化反应生成氨气。
氨合成法是指将氢气和氮气在高温高压下通过催化剂反应生成氨气。
这些方法各有特点,但都是利用氮气和氢气的化学反应生成氨气的原理。
此外,人工固氮的原理还涉及到催化剂的选择和反应条件的控制。
催化剂对于
氮气和氢气的反应至关重要,不同的催化剂对反应的影响也不同。
同时,反应的温度、压力等条件也会影响反应的进行。
因此,在人工固氮的过程中,催化剂的选择和反应条件的控制是非常重要的。
总的来说,人工固氮的原理是利用化学方法将氮气转化为氨或其他化合物,以
供植物吸收利用。
固氮技术的发展对于农业生产和环境保护具有重要意义。
希望通过本文的介绍,读者能对人工固氮的原理有更深入的了解。
合成氨(人工固氮),燃料和能源(氢能、风能、核能、太阳能等)
![合成氨(人工固氮),燃料和能源(氢能、风能、核能、太阳能等)](https://img.taocdn.com/s3/m/7aaee3abc67da26925c52cc58bd63186bceb922f.png)
合成氨(⼈⼯固氮),燃料和能源(氢能、风能、核能、太阳能等)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。
人工固氮原理
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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。
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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 ==== 2NO2NO + O2 ==== 2NO23NO2 + 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+H2O=CO+H2[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:CH4+H2O=3H2+CO ; CH4+2H2O=4H2+CO2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:NH3·H2O+H2S=NH4HS+H2SCO+H2O=CO2+H2K 2CO3+CO2+H2O=2KHCO3[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D .加入催化剂可以缩短到达平衡的时间,这是因为加快了正反应的速率,而减慢了逆反应的速率 2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NH 3易液化,N 2、H 2可循环使用,则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 ℃左右,目的是使平衡向正反应方向进行D.合成氨工业采用10MPa ~ 30MPa ,是因该条件下催化剂的活性最好3在合成氨工业中,为增加氨的日产量,下列变化过程中不能使平衡向右移动的是( )A. 不断将氨分离出来B.使用催化剂C. 采用5000C 左右的温度D. 采用10~30MPa 的压强4.合成氨所需的H 2可由煤和水蒸气反应而制得,其中一步的反应为:CO+H2O (g 2+H 2(正反应放热),下列措施中,能提高CO 转化率的是( )A.增大压强B.降低温度C.增大水蒸气浓度D.增大CO 浓度5.在合成氨时,可以提高H 2转化率的措施是 ()A.延长反应时间B.充入过量H 2C.充入过量N 2D.升高温度6、下列有关合成氨工业的途述,可用勒沙特列原理来解释的是()A 、使用铁触媒,使N 2和H 2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 、5000C 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. 7.(正反应为吸热反应),为了有利于Z 的生成,应采用的反应条件是 ( )A 、高温高压B 、高温低压C 、低温高压D 、低温高压 8.在3H2 + N 3反应中,使用催化剂的理由是()。
A.使平衡向正反应方向移动B.没有催化剂该反应不能发生C.使化学反应速率增大D.遏止逆反应的发生9.工业合成氨的反应是在500℃左右进行,主要原因是( )A .500℃时反应速率最快B .500℃时 的平衡浓度最大C .500℃时 的转化率最高D .500℃时催化剂能发挥最大效力10、对于可逆反应223H N +Q 2NH 3+下列说法正确的是()A .达平衡时反应物和生成物的浓度都相等B .达平衡后加入2N ,当重新达到平衡时,3NH 的平衡浓度比原平衡时增大,2H 的浓度比原平衡时减少(反应前后体积不变)。
C .达到平衡时,升高温度,加快了吸热反应速率,降低了放热反应速率,所以平衡向逆反应方向移动。
D .达平衡后加入2N ,当重新达到平衡时,2N 在混合气中体积分数增大。
11.合成氨厂所需2H 可由煤与水反应制得,其中有一步反应为O(g)H CO(g)2+Q (g)H (g)CO 22++,欲提高CO 转化率可采用的方法是()①降低温度;②增大压强;③使用催化剂;④增大CO 浓度;⑤增大水蒸气浓度A .①②③B .④⑤C .①⑤D .⑤12、在总压强为3×105帕下,将氮、氢混和气体通入合成塔,反应达平衡时,按的体积百分含量为20%,平衡时压强为()A 、1×107帕 B 、2.5×107帕 C 、5×107帕 D 、10×107帕14、某温度时,在一体积为2L 的密闭容器中,通入1122N g 和24,H 2的g 此时容器内压强为p 大气压。
在该温度和催化剂作用下,H 2和N 2反应达到平衡,测得平衡时压强为0.95p 大气压,下列说法不正确的是()A .平衡时,N 2物质的量是3.6 molB .平衡时,H 2的物质的量是10.8molC .平衡时,N 2的转化率10%D .NH 3的体积百分含量是10%人工固氮技术---合成氨 习题1.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N 2和H 2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2.合成氨时,既要使合成氨的产率增大,又要使反应速率增快,可采取的办法是 …( )A.补充N 2B.升高温度C.减小压强D.分离出NH 33在一定条件下,使SO 2和O 2在一密闭容器中进行反应,下列说法中正确的是()A.随着反应的进行,正反应速率逐渐减小,逆反应速率逐渐增大,最后二者相等B.随着反应的进行,正反应速率由最大变为零,逆反应速率由零变为最大C.从反应开始到建立平衡的过程中,正反应的最小速率等于逆反应的最大速率D.达到平衡时,正反应速率和逆反应速率均为零4在一定条件下,合成氨反应达到平衡,此时,再进行如下操作,平衡不发生移动的是()A.恒温、恒压时充入NH 3B.恒温、恒容时充入N 2C.恒温、恒压时充入HeD.恒温、恒容时充入He 5温度不变,恒压容器A 与恒容容器B 中,分别充入体积比为1∶3的N 2和H 2。