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 ==== 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。