课题2 人工固氮技术—合成氨第1课时
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。
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人工固氮技术的挑战与未来展望
人工固氮技术的挑战
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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。
《课题2 人工固氮技术──合成氨》PPT课件(内蒙古县级优课)
一、实验仪器和药品
塑料瓶（矿泉水瓶或可乐瓶）、小试管、橡皮 筋、尖嘴玻璃管、短玻璃导管、圆底烧瓶、橡 胶管、橡皮塞（双孔两个）；浓氨水、氢氧化 钠固体、酚酞试液、水。
二、实验步骤
喷泉实验利用氨气在水中溶解度很大（体积比1： 700），在短时间内烧瓶内气压减小，从而使外界大气压 大于瓶内气压，在打开活塞后，大气压将烧杯内的液体压 入烧瓶中，在尖嘴导管口形成喷泉
按照常规的做法，参照书中的相关讲述，在较短的 时间内完成这两个实验有难度，是否可以把两个实验 放在一起呢？想想还有哪些方法可以收集氨气？
描述实验现象Leabharlann 分析实验失败的原因，对比该实验 与课本实验，并自己设计其他类型的喷泉实验。
请您提出宝贵的建议，谢谢！
人工固氮技术—合成氨 (第1课时)课件
考察企业的选址情况，收集产品的生产原理、原 料利用率、能耗、投资和成本核算等资料，撰写 考察报告。 课时划分：一课时
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人工固氮技术——合成氨
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。
(五)合成氨工业的发展
阅读书本P13～P14页后总结．
1、原料及原料气的净化 2、催化剂的改进 3、环境保护
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小结：
工业合成氨: (1)原理: (2)条件: (3)生产过程: (4)三废处理:
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１、合成氨所需的 可由煤和水蒸气反应而制得，
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人工固氮技术——合成氨
简单介绍科学家哈伯：
弗里茨.哈泊：德国化学家，出生于一个犹 太富商家中。1900年获得博士学位。1908年7月 首次合成氨气，1909年7月建成每小时生产90克 氨气的实验装置，1918年获得诺贝尔化学奖。
氨气的合成一方面使氮肥大量的工业化生 产，提高了粮食的产量。另一方面氨氧化制得硝 酸及TNT炸药。由于以上原因，德国才能将第一 次 世界大战延续了几年。
高温高压
N2(g) + 3H2(g) 催化剂 2NH3 (g) (放热)
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人工固氮技术——合成氨
(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
高中化学 第一单元 走进化学工业 课题2 人工固氮技术——合成氨课件高二选修2化学课件
综合利用化学反应速率、化学平衡移
动理论解决合成 NH3 的有关问题
案例探究
对于可逆反应 N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)(正反应为放热
反应),下列说法中正确的是 ( ) A.达到平衡后加入 N2,当重新达到平衡时,NH3 的浓度比原平衡
的大,H2 的浓度比原平衡也大 B.达到平衡后,升高温度,既加快了正、逆反应的速率,又提高了
第九页，共二十一页。
典题例解 【例 1】 (双选)氮的循环在自然界元素的循环中具有重要意 义,有些氮的转化是从氮气到氮的化合物,有的转化是从一种氮的化 合物到另一种氮的化合物。下列过程中,以游离态的氮为原料,最终 产生氮的化合物的是( ) A.工业合成氨 B.硝化细菌的硝化过程 C.动物尸体的腐烂 D.豆科植物的根瘤菌固氮
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3.工业合成氨的反应,从化学反应速率角度分析,温度越高越好, 从化学平衡角度分析,温度越低越好,但为什么要选择 400~500 ℃ 呢?
答案:在合成氨工业中反应温度选择的是 400~500 ℃,因为合 成氨的反应是一个放热反应,升温不利于平衡向合成氨的方向移 动。在这一温度下,合成氨反应的催化剂的活性最大,催化效果最好, 因此选择 400~500 ℃的条件,主要是从提高催化剂催化活性的角度 考虑的,因为这样可以大大提高合成氨的生产效率。
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迁移应用
1.合成氨所用的 H2 可由煤与水反应制得,其中有一步反应为
CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g) ΔH<0,欲提高 CO 转化率可采用
的方法有:①降低温度 ②增大压强 ③使用催化剂 ④增大 CO
的浓度 ⑤增大水蒸气的浓度,其中正确的组合是( )
课题2人工固氮技术──合成氨
课题2 人工固氮技术——合成氨
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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N2、 H2的转化率已经较高，故选择在该条件下进行合成氨。
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4.合成氨工业的发展
合成氨工业的主要研究领域有以下三个方面：
(1) 原料及原料气 的净化。 (2) 催化剂 的改进。
(3)环境保护 废渣：用作 建材和肥料的原料 ；
废气：主要是 H2S 和 CO2 等有害气体； 废液：主要是含 氰化物 和含 氨 的污水。
课题2 人工固氮技术——合成氨
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。 5.及时将NH3从平衡体系中分离出来，并将 N2、H2重新压缩后 输入合成塔再次利用，提高原料的利用率。
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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。
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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 N2＋O2=放==电==2NO 2NO＋O2===2NO2
高中化学 第一单元 走进化学工业 课题2 人工固氮技术——合成氨教案 新人教版选修2
课题2 人工固氮技术-------合成氨教学目标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，体现化工生产的过程，体现实验室研究与实际生产之间转化过程。
教学过程：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，借以改善现有的并创造崭新的化学工艺过程。
二、合成氨的反应原理【实验】分析P11的实验，结合有关物质的物理、化学性质总结试管口处湿润的PH 试纸的变化，推测有关反应。
【师生】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N 2+3H 2 催化剂 高温高压 2NH 3 ，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。
【阅读】P12科学史话，结合已学化学平衡知识分析下面的问题（1）合成氨中，催化剂的主要作用是什么？答案：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）合成氨的适宜条件是什么？答案：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是什么？提示：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，为什么不采用尽可能高的压强？通常采用10MPa~300MPa 的压强？提示：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，降低温度会使平衡向右移动，但为什么温度要保持在400～500℃左右？答案：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2N 、2H 转化为3NH ；但降温必然减缓了反应速率，影响单位时间产率。
《课题2 人工固氮技术──合成氨》PPT课件(云南省市级优课)
催化剂
N2(g)+3H2(g) 高温高压 2NH3(g)
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 析工业适宜的条件。
高温 : 400～500℃ 催化剂 : Fe
高压 : 10 ～30MPa
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遇到哪 些问题？
循环
高
压
分离器Biblioteka 冷凝器氨合成塔1.为什么要循环操作？
2.根据合成氨的生产过程，请举例说明 合成氨工业还可以进行哪些联合生产？
2.催化剂的改进
3.环境保护
废渣 主要来自造气阶段。
例：以煤为原料的产生的煤渣，以中有为原料 产生的炭黑等，大都用于建材和肥料的原料。
废气 主要是H2S和CO2等有害气体
化 谢谢 学
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。
废液 主要是含氰化物和氨的污水
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氰化物。
可用蒸馏法回收含氨废水。
课堂小结
①工业合成氨的原理 ②工业合成氨的反应条件 ③工业合成氨的生产过程 ④工业合成氨中产生的三废的处理
水富云天化合成氨、尿素装置检修结 束全线恢复生产
三步骤：
•造气 制备合成氨的原料气 •净化 原料气的净化处理 •合成 使原料气进行反应合成氨
①氮气的来源:取自空气 ②氢气的来源:碳与水的作用或碳氢化合 物与水的作用.
C + H2O = CO + H2 CH4+H2O=3H2+CO CH4+2H2O=4H2+CO2
2019-2020学年化学人教版选修2课件：第1单元课题2 人工固氮技术——合成氨
(4)“三废”处理 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 H2S 和 CO2 等有害气体。H2S 可用直接氧化法、 循环法等回收技术处理，CO2 可作为生成尿素和碳铵的原料。 ③废液：主要是含氰化物和含氨的污水。 处理氰化物主要有生化、化学沉淀、反吹回炉等方法。处理含 氨的废水可用蒸馏回收和离子交换等方法。
(5)由 KHCO3 分解得到的 CO2 可以用于__________________。 (6)整个流程有三处循环，一是 Fe(OH)3 循环，二是 K2CO3(aq) 循环，请在上述流程图中指出第三处循环(循环方向、循环物 质)______________。
解析：根据框图写反应的化学方程式时，一定要看清框图中的 反应物和生成物是什么、反应的条件如何等重要信息。计算时 也必须根据反应的化学方程式进行。循环物质肯定是反应不完 全时的剩余物，只有可逆反应才不能完全进行。
第一单元 走进化学工业
课题 2 人工固氮技术——合成氨
第一单元 走进化学工业
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。 3．通过合成氨的学习，体现化工生产的过程，体现实验室研 究与实际生产之间转化过程。
氮的固定指的是将 游离态 氮转变为 化合态 氮的方法。 一、合成氨的反应原理 1.如下图为合成氨的实验装置
(3)催化剂
使用催化剂可加快化学反应速率，但不影响化学平衡⇒采用以
铁为主的催化剂。
(4)循环操作 合成氨转化率较低，要采用循环操作。混合气体通过冷凝器， 使氨液化，将氨分离出来，并将没有完全反应的 N2 和 H2 经过 循环压缩机，再送入合成塔，使其被充分利用。
(1)合成氨原料中的氮气来源广泛，扩大氢气原料的来源以降低 成本。 (2)反应过程中的工艺条件常决定于催化剂的性能。研究高效的 新型催化剂，以改变反应条件。
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第一单元 走进化学工业
课题二 人工固氮技术——合成氨
第1课时
教学目标
1.利用所学的化学反应速率和化学平衡理论解释合成氨中的相关问题；
2.了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义。
教学重点
利用所学的化学反应速率和化学平衡理论解释合成氨中的相关问题。
课时安排
2课时
教学过程
新课教学：
固氮反应： 叫“固氮反应”. 主要的固氮反应有：生物固氮、自然固氮、化学固氮和人工模拟生物固氮。
1、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N 2转化为氨等，进一步合成氮白质。
2、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NO 2和HNO 3等。
3、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。
4、人工模拟生物固氮：通过化学方法，制备出类似生物“固氮菌”的物质，使空气中的氮气在常温常压下与水及二氧化碳等反应，转化为氨态氮或铵态氮，进而实现人工合成大量的蛋白质等，最终实现工厂化生产蛋白质食品。
对比思考：“固硫”反应的概念是：将废气中对空气造成污染的SO 2转化为固态含硫化合物。
如实验室用NaOH 溶液吸收多余的SO 2生成Na 2SO 3，硫酸工业中用氨水吸收SO 2生成亚硫酸铵，燃烧煤等产生的SO 2用Na 2SO 3溶液吸收生成NaHSO 3，在煤中加入一定比例的CaCO 3或CaO 使SO 2转化为CaSO 3。
一、应用化学反应速率和化学平衡移动原理，解释合成氨工业的适宜条件的选择理由
工业生产中既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间产率。
以上两点是选择反应条件的出发点。
当二者发生矛盾时，要结合具体情况辩证分析，找出最佳反应条件。
合成氨反应条件的选择原理： 选择根据 ：N 2(g) ＋ 3H 2(g)
2NH 3(g) △H ＝－92.4KJ·mol －
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1、 反应特点： ①N 2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
2、可供选择的条件：
反应条件 加快反应速率的措施 增大反应程度的措施 ①压强 高压 高压 ②温度 高温 降温 ③催化剂 铁触媒 ____ ④浓度 ______ 及时分离出氨 3、选择条件时综合考虑的因素：
500℃左右 20～ 50Mpa
铁触媒
（1）合成氨反应的特点：
体积缩小、放热、可逆。
依据化学反应速率和化学平衡理论讨论合成氨的条件：
N 2(g) ＋ 3H 2(g)
2NH 3(g) ； △H ＝ －92.4KJ·mol －
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课外思考
为什么2SO 2+O 2
2SO 3，△H<0 反应中，工业上使用过量的空气?而合成氨工业生产中又不
采用一种反应物过量?
500℃左右 20～ 50Mpa
铁触媒。