人工固氮技术——合成氨
课题2人工固氮技术-合成氨
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。
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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。
邳州市第二中学2013年高中化学选修三课件课题2 人工固氮技术——合成氨
(4)K2CO3(aq)和CO2反应在加压条件下进
行，加压的理论依据是____________。 a．相似相溶原理
b．勒夏特列原理
c．酸碱中和原理 (5)由KHCO3分解得到的CO2可以用于 __________________________________ ____ __________________________________ __________________________________ ____。
一、合成氨的反应原理
1.如下图为合成氨的实验装置
学科网
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，可以看到湿润的pH试纸变 _______色。 蓝
2. 用氢气和氮气合成氨的化学反应方程式是
放热 N2 ＋3H2 2NH3 ，属______反应。 催化剂
zxxkw
高温、高压
3. 工业上，采用以_____为主的催化剂，在 铁 ________℃和_________MPa 的条件下合成 400～500 10～30 氨。
中具有开发价值的是( ) A．研制高温下活性较大的催化剂
B．寻求NH3的新来源
C．研制低温下活性较大的催化剂 D．研制耐高温高压的新型材料建造合成塔 解析：选C。合成氨的反应是放热反应，降 低温度有利于提高合成氨的生产效率。
要点突破讲练互动
合成氨工业生产及适宜条件 的选择
探究导引运用化学反应速率和化学平衡原理的
即时应用
(2012· 新乡高二检测)利用天然气合成氨的 工艺流程如图所示：
依据上述流程，完成下列填空：
(1)天然气脱硫时的化学方程式是 __________________________________。
(2)n mol CH4经一次转化后产生CO 0.9n
人工固氮——合成氨++课件-2024学年高一下学期化学苏教版(2019)必修第二册
顶 盖 氮氢混合气体 铁触媒（还原 铁＋少量K2O 、Al2O3） 塔体 绝热层 内筒
底盖
螺栓 法兰盘 接触室 接触室中心管 架板 热交换室 列管
氨和氮、氢的混合气
得出结论
3、在合成氨工业中要不要使用催化剂？为什么？
使用铁触媒作催化剂
使用催化剂可使工业合成氨反应的速率提高上万亿倍。
知识海洋
活动 合成氨的工业生产条件优化
综
条件 角度
温度
压强
浓度
合
分
平衡 降温 加压 N2/H2＝1:3
催化剂 无影响
析
速率 升温 加压 N2/H2＝1:2.8 使用
700K 15~30MPa N2/H2＝1:2.8 铁系催化剂
知识海洋
活动 合成氨的工业生产条件优化
问题（5）：科学家们为什么将氮氢投料比1:2.8？
表
扩
吸
面
散
附
反
应
表
表
表
解决问题的路径：
解决问题的方法：
• 怎么快？ • 怎么多？
• 速率快，提高速率的办法 • 限度大，提高可逆反应的转化率
1.增大压强 2.升高温度 3.加催化剂 4.增大浓度
分享从速率的角度选择条件
1.增大压强 2.升高温度 3.催化剂对限度无影响 4.增加反应物浓度，减 小生成物浓度
分享从限度的角度选择条件
反应速率 方程
化学
温度
反
平衡 浓度 应
移动
条
压强 件
的
化学 反应 速率
催化剂 其他
优 化
学 动 力 学 综 合 解 决
问
题
教学程序
发现不同，交流研讨
合成氨 教学设计 优秀教案
问题：
教学过程
氮肥紧缺
情境一：追溯历史
合成氨原理 勒夏特列原理 实际生产
原料 催化剂
大气固氮
化学反应速率
设备
社会问题
化学原理
技术问题
S
S
T
教学过程
情境一：追溯历史
哈伯
哈伯发明的氨合成技术 保证了火药的生产，致使 德国贸然发动了第一次世 界大战，他还为德军研发 战争毒气，受人指责。但 是后来他对战争进行了反 省，将全部精力投入科学 中，受后人敬仰。
哈伯
探索合成氨的最佳物理化 1.勒夏特列原理是什么？ 学条件。他依据化学平衡 理论，不断实验和计算， 2.如何用勒夏特列原理分析 200 个大气压 N2得出600℃、 + 3H2 2NH 3 的适宜 和锇为催化剂的条件下得 条件？ 到产率约为8%的氨。 3.如何提高化学反应速率？
教学过程
氮肥紧缺
情境一：追溯历史
教学过程
情境二：模拟实践
学生活动: 分组、角色扮演
环保组：实践“绿色化学”思想
问题
总结：考虑环 境因素，生产 要符合绿色化 学思想。
1.根据已有知识，如何除 “三废”？ 2.工厂适宜建在什么地方？ · · · · · ·
三条线索
衍生
贯穿
板书设计
原理 适宜条件 理论
合成氨
实际
原料制备
合成条件
环境保护
人工固氮技术—合成氨
《人工固氮技术—合成氨》教学设计
学情分析
教法与学法 教学过程 教材分析
教学特色
教材分析
☆教学内容分析
必修一
氨的知识
延伸
合成氨 综合
化学反应速率 化学平衡理论
人工固氮技术-合成氨
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。
人工固氮技术—合成氨
3、氨的合成与分离:
思考与交流2：
使没有起反应的物质从反应后 的混合物中分离出来，并重新回到 反应器中，是一种循环操作过程， 在化工生产中经常采用。为什么要 进行这种操作？
从原因来说：反应不能进行到底，产物不唯一 从结果来说：循环操作可以充分利用原料、降低 成本
从环境保护角度来说：有利于实现全封闭、连续
催化剂
2、原料气的净化:
原料气中常混有的气体杂质有 __________
CO、CO2 和H2S
2、原料气的净化:
1）稀氨水吸H2S： NH3〃H2O+H2S=NH4HS+H2O 2）变CO为CO2： CO+H2O=CO2+H2 3）采用K2CO3溶液吸收： K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3 4）原料气还需要经过精制处理： 用醋酸、铜和氨配制成的溶液来吸收剩余的 CO、CO2、O2、H2S等少量有害气体。
化生产，有利于减少工序、控制废弃物的排放
小结：
(1)原理: N2(g) + 3H2(g) (2)条件:
高温高压 催化剂
2NH3 (g)
以铁为主的催化剂，在400～500℃和10MPa ～ 30MPa的条件下合成
(3)生产过程:
造气、净化、合成与分离
作业布置： 搜索学习《合成氨—从 实验室到工业化生产》
人工固氮技术—合成氨
(一)合成氨的反应原理
N2(g) + 3H2(g)
加温高压 催Leabharlann 剂2NH3 (g) (放热)
实验1-1
思考与交流1：
1、合成氨方案的主要优点？ 2、分析讨论合成氨工业适宜的反应条 件？ 3、试从原料、能源、设备等方面，分 析和推测合成氨反应在实际生产中可 能会遇到哪些问题。
课题2 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】。
高中化学 走进化学工业 课题2 人工固氮技术——合成氨学案 2()
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
CH4+H2O===3H2+CO
催化剂
CH4+2H2O===4H2+CO2
催化剂
(四)工业合成氨的四个生产过程:
想一想:制取原料气的过程中常混有 CO,CO 和 H S 2 2 的气体杂质有__________
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
２．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 B．①③②④ C．④③②① D．②③④①
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来了,只拿出壹头冥兽の灵肉出来享用.毕竟大部分人都是在闭关の,现在他の乾坤世界中,自己の大部分老婆当中,也是闭关の居多,平时苏醒の人并不多.这样难得壹遇の好东西,留起来给她们以后醒了也享用壹些,尝壹尝.这就是根汉细心の地方,对自己の老婆,还有朋友,那是实打实の好 呀.不过现在还有壹头也够吃了,反正只是尝壹尝,根汉说这种灵肉壹次也不能吃太多了,吃壹小碗就可以了,吃完了也不好.毕竟是在冥域生长の东西,他叫了壹些人出来享用了壹会尔,大家又都进去了.还有壹些不想出来の,就让其它人带壹些进乾坤世界,让他们也尝壹尝.要是壹人壹碗,估 计也不够の,毕竟自己の乾坤世界里面,现在住着好几十万人,快达到上百万人
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
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。
人工固氮技术教学指导
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。
14-15版：1.2 人工固氮技术——合成氨(创新设计)
知识聚焦 难点突破
难点突破
第一单元 走进化学工业
解析 工业上合成SO3与合成氨的最大不同之处是该反应是 在常压下进行的，原因是在常压下该反应向生成SO3的方向 进行程度已经很大，采用高压虽能使平衡向生成SO3方向移 动，但产生高压既需要动力又对反应容器耐压性有较高要求， 综合生产成本和经济效益两方面因素，实际生产时，在常压 下进行最合理。
知识聚焦 难点突破
难点突破
第一单元 走进化学工业
一、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，实际生产，n(H2)∶n(N2)≈2.8∶1。
知识聚焦 难点突破
难点突破
知识聚焦 难点突破
知识聚焦
第一单元 走进化学工业
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。
知识聚焦 难点突破
知识聚焦
第一单元 走进化学工业
知识聚焦 难点突破
知识聚焦
第一单元 走进化学工业
2 ． 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；但降低温度则反应 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N2、H2的转化率已经较 高，故选择在该条件下进行合成氨。
【高中化学】高中化学知识点：合成氨(人工固氮)
【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。
人工固氮技术—合成氨
祝桂梅
1.在新疆与青海交界处有一山谷，人称魔鬼谷。每当 在新疆与青海交界处有一山谷，人称魔鬼谷。 在新疆与青海交界处有一山谷 人畜进入后，经常电闪雷鸣，狂风暴雨，把人畜击毙。 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。 然而谷内却是牧草茂盛，四季常青。请解释原因。
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 废渣：主要是煤渣和炭黑， 废渣 建筑材料 (2)废气 ： 主要是 H2S 和 ________等有害气体 ， 废气： 主要是_______和 CO2 等有害气体， 废气 等有害气体 的处理， 对 H2S的处理 ， 可用 直接氧化 法 (选择性催化氧 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 用溶剂吸收浓缩)， 、 循环 法 用溶剂吸收浓缩 尿素和碳铵等。 尿素和碳铵等。 (3)废液：主要是含_________和含氨的污水，处理含 废液：主要是含 氰化物 和含氨的污水， 废液 和含氨的污水 氰化物污水主要有______、 加压水解、 氧化分解、 氰化物污水主要有 生化 、 加压水解 、 氧化分解 、 _______沉淀、反吹回炉等方法。处理含氨废水可用 沉淀、 化学 沉淀 反吹回炉等方法。 蒸馏的方法回收，也可用 离子交换法 治理 治理。 蒸馏的方法回收，也可用_____________治理。
放电或高温
N2 + O2 ====
2NO
2NO + O2 = 2NO2 3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
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． 将游离态氮转化为化合态氮的方法叫氮的固定． 氮的固定
高考化学一轮复习（第六辑）考点七十六 人工固氮技术-合成氨（含解析）
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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A.研制高温下活性较大的催化剂
B.寻求N2的新来源
C.研制低温下活性较大的催化剂
D.研制耐高温高压的新型材料建造合成塔
【练习】练4.在一定条件下，进入氨合成塔的混合气体中，含N2为22％，含H2为78％(均为体积百分数)，反应达到平衡后，在相同的温度和压强下，气体的体积缩小至原体积的95％，则N2的转化率最接近（ ）
《人工固氮技术——合成氨》教学设计
课题：人工固氮技术——合成氨
教
学
目
标
知识
与
Байду номын сангаас技能
1.了解合成氨的反应原理
2.了解合成氨的基本生产过程
3.了解合成工业发展中需要解决的问题
过程
与
方法
充分发挥学生学习的主动性。
培养学生勤于观察、勤于总结思考的科学态度。
提高学生的科学素养。
情感
态度
价值观
利用多媒体动画、电脑图片等学习有研究合成氨的一般步骤和方法。
（2）废气——主要是H2S和CO2等有害气体
H2S用直接接触法或循环法回收。
CO2不是有害气体，但过多会导致温室效应，可作为尿素、碳铵等原料。
（3）废液——主要是含氰化物和氨的污水
处理含氰化物污水可以用生化、加压水解、氧化分解、化学沉淀、反吹回炉等方法。
处理含氨废水可用蒸馏的方法回收，也可用离子交换法治理。
【板书】2、合成氨的反应条件
【投影】（1）压强：对于速率的影响？使平衡向何方向进行？→得出适宜压强数值
（2）温度：对于速率的影响？使平衡向何方向进行？→得出适宜温度数值
（3）反应物的浓度：氮气与氢气之比约为1:3 氮气过量
（4）催化剂：通常采用Fe为主的催化剂
【练习】练1.合成氨时既要使合成氨的产率增大，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
【演示实验】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，可以看到湿润的pH试纸变_____色。
【板书】1、原理N2(g) + 3H2(g)⇌（高温高压、催化剂）2NH3(g)∆H<0
【讲述】反应特点：
①N2极不活泼，通常条件下反应难以进行
②是一个气体体积缩小的反应
③是一个放热反应
【思考】分析合成氨工业适宜的反应条件？
1、自然固氮：如闪电产生的巨大电压，其电火花足可以击破氮分子的叁键，促使其与氧气反应生成NO，进而生成NO2和HNO3等。
2、化学固氮：合成氨反应；在放电条件下使氮气与氧气反应生成NO等；氮气与镁反应生成氮化镁。
3、生物固氮：是一种主要的自然固氮反应，如植物在根瘤菌作用下直接吸收空气中的N2转化为氨等，进一步合成氮白质。
重点
①合成氨的反应原理②合成氨生产的适宜条件
难点
合成氨生产的适宜条件
知
识
结
构
与
板
书
设
计
课题：人工固氮技术——合成氨
一、合成氨的反应原理
1、原理N2(g) + 3H2(g)⇌（高温高压、催化剂）2NH3(g)∆H<0
2、合成氨的反应条件
二、合成氨的基本生产过程
三个步骤：造气——净化——合成
1、制备原料气
2.有利于实现全封闭、连续化生产、有利于减少工序、控制废弃物的排放。
【思考】说明合成氨工业可以进行的联合生产有或深加工有哪些？
合成氨与硝铵、碳铵等氮肥生产的联合；
石油精炼厂与合成洗涤剂厂的联合生产。
【投影】展示合成氨的实地图片
【板书】三、合成氨工业的发展
【投影并讲述】1、原料及原料气的净化
原料中氮气在空气中是取之不尽用之不竭的；
A．③④⑤⑦ B．② ⑤ ⑥
C．②⑥ D．②③⑥⑦
【小结】总结工业合成氨的反应条件
【板书】二、合成氨的基本生产过程
三个步骤：造气——净化——合成
【板书】1、制备原料气
【思考】工业合成氨时N2取自于什么物质？H2又来源于哪里？
【讲述】氮气的来源：取自空气，一是将空气液化后蒸发分离出氧气而获得氮气；另一是将空气中的氧气与碳作用生成二氧化碳，再除去二氧化碳得氮气。
2、原料气的净化
3、氨的合成与分离
三、合成氨工业的发展
教学过程
教学步骤、内容
师生活动
【引课】展示雷雨利庄稼动画，抛射问题“原理”利用方程式进行解答
【投影】请用三个化学方程式表示其中原理：
N2+O2=放电或高温=2NO 2NO+O2=2NO23NO2+H2O=2HNO3+NO
【投影】氮的循环——图示
主要的固氮反应有：自然固氮、生物固氮、化学固氮。
动物的排泄物或腐败尸体中含氮化合物进入土壤。
【讲述】由此可见，含氮化合物对人类生活有十分重大的意义。氮是植物生长不可或缺的元素之一。而在大气中，氮的含量为78%，却不能被人类呼吸利用，如何有效地利用廉价的自然资源生产含氮的化合物？
【板书】本节课我们就来学习学习人工固氮技术——合成氨
【板书】一、合成氨的反应原理
④保持压强不变，充入N2使容器体积变大
A. ① ④ B. ② ③ C. ① ③ D. ② ④
【思考】用上述方法制备的原料气中可能含有哪些杂质?其中某些杂质会使合成氨的催化剂“中毒”，我们将用什么样的方式去除呢？
【板书】2、原料气的净化
【投影】（1）用稀氨水吸收H2S杂质：NH3·H2O＋H2S===NH4HS＋H2O
早期：以焦炭和水为原料生产水煤气制得氢。
现在：用不同的固态、液态和气态的可燃物为原料制得氢。
2、催化剂的改进
催化剂的性质往往决定化学反应的条件，催化剂的突破可以彻底改变工艺流程。
3、环境保护
（1）废渣——主要来自造气阶段
例：以煤为原料的产生的煤渣，以及有为原料生产产生的炭黑等，可用作肥料的原料和建筑材料。
氢气的来源：碳与水的作用或碳氢化合物与水的作用
除此之外，石油啊，天然气啊等也含有大量碳氢化合物，可以用来制取H2
【练习】练2.反应C(s)＋H2O(g)⇌CO(g)＋H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行，下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是（ ）
①增加C的量 ②将容器的体积缩小一半
③保持体积不变，充入N2使体系压强增大
学生根据所学及时巩固练习
阅读教材
学生思考、讨论
分析来源
巩固练习
分析、思考、讨论
学生思考讨论后回答
能够书写方程式
动画展示，清晰明了
提高学生对于工业生产的相关能力
使学生不出课堂了解工业生产
学生参与讨论，建立化学意识
逐一分析、讲解
使学生建立一个环境保护的概念
巩固练习，加深理解
教学回顾：
（2）使CO变成CO2：CO＋H2O===CO2＋H2
（3）除去CO2(用K2CO3吸收)：K2CO3＋CO2＋H2O===2KHCO3
（4）精制处理
用醋酸、铜和氨配制成的溶液吸收CO、CO2、O2、H2S等少量有害气体
【板书】3、氨的合成与分离
【PPT动画展示】
【思考】为什么要循环操作？
1.可以充分利用原料，降低成本。
A．12.5％B．11.5％
C．10.5％D．9.5％
【课堂小结】
【质疑释疑】
【布置作业】
【课堂练习】
学生通过必修内容的学习，基本掌握雷雨利庄稼的原理
阅读教材
结合PPT图示理解氮的循环
引入新课，过渡自然
分析反应特点，引出新内容
结合选修四对反应速率影响因素的学习，分别从p、T、c、催化剂方面对此内容进行探究