《氨的工业合成》教案1

《氨的工业合成》教案

●课标要求

1．了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义。

2．认识催化剂的研制对促进化学工业发展的重大意义。

●课标解读

1.能根据合成氨反应的特点，依据勒·夏特列原理选择适合氨合成的反应条件。

2．明确合成氨工业流程以及各设备的作用或反应原理。

●教学地位

合成氨工业是《课程标准》中明确要求的内容，也是高考的高频考点，尤其是化学平衡移动原理在合成氨反应中的应用。合成氨适宜条件的选择、工艺流程中各环节的操作等更是高考的热点。

●新课导入建议

●教学流程设计

课前预习安排：看教材P6－10，填写[课前自主导学]，并完成[思考交流]。⇒步骤1：导入新课，

本课时教学地位分析。⇒步骤2：建议对[思考交流]进行提问，反馈学生预习效果。⇒步骤3：师生互动完成探究1，可利用[问题导思]①、②、③的设问作为主线。

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步骤7：通过[例2]和教材P8－10“如何获得大量廉价的原料气”讲解研析，对“探究2、合成氨的生产工艺及原料气的制备”中注意的问题进行总结。⇐步骤6：师生互动完成“探究

2”，利用[问题导思]①、②、③的设问作为主线。⇐步骤5：指导学生自主完成[变式训练1]和[当堂双基达标]第1、2、5题。⇐步骤4：通过[例1]和教材P6－8“探究合成氨的最佳条件”的讲解研析，对“探究1、合成氨条件的选择”中注意的问题进行总结。

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步骤8：指导学生自主完成[变式训练2]和[当堂双基达标]中的3、4题。⇒步骤9：引导学生自主总结本课时知识框架，然后对照[课堂小结]。安排课下作业完成[课后知能检测]。

1.223

2．合成氨反应的特点：

(1)可逆反应；(2)放热反应；(3)气体总体积缩小的反应。

3．合成氨最佳条件的选择

(1)理论分析

从化学反应速率的角度看，升温、加压以及使用催化剂都可以使合成氨的化学反应速率增大。

从化学平衡的角度看，平衡混合气中氨的含量随着温度的升高而降低，随压强的增大而提高。这说明温度、压强对这一反应的化学平衡有影响：降温、增压有利于氨的合成。

(2)实际生产中的最佳条件

合成氨一般选择以铁触媒为催化剂，压强在20～50_MPa之间，温度在500_℃左右。

1．合成氨反应为放热反应，在低温下有利于氨的合成，为什么实际上选用了500 °C 的高温？

【提示】目前，合成氨工业中普遍使用的主要是以铁为主体的多组分催化剂，又称铁触媒。铁触媒在500 °C左右时的活性最大，这也是合成氨反应一般选择在500 °C左右进行的重要原因之一。

1.获得氮气的方法：分离空气。

2．获得氢气的方法

2．评价上述几种制氢方法，你认为哪种方法是最佳选择？

【提示】电解水制氢气，电能消耗大，成本高；天然气与煤相比较，天然气输送方便、投资省、能耗低。所以用天然气做合成氨的原料为最佳选择。

先通过冷凝把氨从合成塔出来的混合气中分离出来，余下未反应的氮气和氢气的混合气用循环压缩机重新送入合成塔进行反应，同时不断地补充新鲜的原料气，这样氨的合成就形成了一个循环流程，使氮气和氢气得到充分利用。

①合成氨工业生产的要求是什么？

【提示】a．反应有较大的反应速率；b.最大限度地提高平衡混合物中NH3的含量。

②影响化学平衡移动的外界因素有哪些？

【提示】温度、浓度、压强。

③合成氨实际生产中采用高温、高压、催化剂，其中有利于提高平衡混合物中NH3的百分含量的因素有哪些？

【提示】高温不利于平衡正向移动；催化剂对化学平衡无影响；高压利于平衡正向移动，能提高平衡混合物中NH3的百分含量。

1．合成氨生产的要求

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。

2．合成氨条件的选择依据

运用化学反应速率和化学平衡移动原理的有关知识，同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素来选择合成氨的适宜生产条件。

3．合成氨条件的理论分析

(1)浓度：因为增大反应物浓度，能提高反应速率和使平衡正向移动，故生产中常使廉价易得的原料适当过量，以提高另一原料的利用率。因此生产中常适当增加N2的比例。

(2)压强：无论从反应速率还是化学平衡考虑，压强越大越有利于合成氨。但压强太大，动力消耗大，设备的质量和制造水平要求高，故必须综合考虑。目前我国合成氨厂一般采用的压强在20～50 MPa之间。

(3)温度：对于放热反应，升温可提高反应速率，但转化率降低，若温度太低，反应速率又太慢，综合考虑以500 ℃左右为宜。而且在此温度下催化剂活性最大。

(4)催化剂：加快反应速率但不影响平衡，可以提高单位时间内氨的产量。目前工业上多采用以铁为主的催化剂。

为了提高合成氨生产的综合经济效益，还有三点是不可忽视的：①使原料气中n(N2)∶n(H2)≈1∶3；②将从反应混合物中分离出来的氮气和氢气重新压缩后送入合成塔再次利用；③及时将NH3从平衡混合物中分离出来。

合成氨时既要使氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的办法是( )

①减压②加压③升温④降温⑤及时从平衡混合气中分离出NH3⑥补充N2或H2⑦加催化剂⑧减小N2或H2的量

A．①④⑤⑦B．③⑤⑧

C．②⑥ D．②③⑥⑦

高温、高压

【解析】合成氨反应N2(g)＋3H2(g)

2NH3(g) ΔH<0的特点为：可逆、放

催化剂

热、气体分子总数减小。加压、升温、增加N2或H2浓度，使用催化剂均能加快反应速率；加压、降温、及时分离出NH3、增加c(N2)和c(H2)均有利于平衡正向移动，增大氨的产率。

【答案】 C

改变外界条件加快反应速率时，不一定使化学平衡正向移动；改变外界条件使化学平衡正向移动时，化学反应速率不一定加快。

1．合成氨工业中，为实现增加NH3的日产量的目的而采取下列措施，其中与平衡移动无关的是( )

①不断将NH3分离出来②使用催化剂③采用500 °C左右的温度④采用2×107～5×107 Pa的压强

A．①②B．②③C．①④D．②④

【解析】由N2＋3H23的特点可知，高温平衡左移不利于NH3的生成，催化剂与平衡移动无关，而高压和减小NH3的浓度均使平衡右移。

【答案】 B

①合成氨生产中需要的原料气是什么？

【提示】氮气和氢气。

②如何获得合成氨原料气？

【提示】获得N2的方法：来自空气，分离方法有深冷分离、变压吸附、膜分离。获得H2的方法：电解水，由煤或焦炭制H2、由天然气或重油制H2。

③如何能提高合成氨工业中原料气的利用率？

【提示】使平衡正向移动：加压、不断分离出NH3、将N2、H2循环利用。

1．工艺流程

2．氮气的制备

(1)物理方法：将空气用深冷分离、变压吸附分离或膜分离制得N2和O2。