第一单元+课题2+人工固氮技术————合成氨
人工固氮技术-合成氨
第一单元走进化学工业课题2 人工固氮技术——合成氨教学目标：知识与技能：1.掌握氮的固定的概念，了解工业合成氨对人类社会发展的意义。
2.利用化学反应速率和化学平衡理论解释合成氨中的相关问题。
3.了解合成氨的主要原理、原料、典型设备、流程和意义。
过程与方法：1.通过查阅资料了解工业合成氨的反应原理，并利用所学化学反应速率，化学平衡移动原理分析和讨论合成氨适宜反应条件。
2.结合合成氨的基本生产过程及合成氨工业发展，理解实际生产中问题。
情感态度与价值观：1.能够说出环境污染的主要方面及防止污染的一些措施，增强环境意识，作环境保护的宣传者、行动者。
2.树立合理利用自然资源、节约能源的观点，激发学习工业化学的兴趣，培养创新精神。
教材分析：本节教材的内容：本节教材是高中化学选修二第一章第二节《人工固氮技术—合成氨》的内容，合成氨工业对化学工业、国防工业和我国实现农业现代化具有重要意义，是重要的化学工业之一；同时，氨气、氢气合成氨反应也是一个学生熟悉的、典型的平衡体系。
本节主要通过合成氨的反应原理、原料气的制备和净化，主要生产过程及相应设备。
在化学工业中，需要化学与技术的结合，本节以此为研究对象有利于学生应用化学平衡理论和化学反应速率理论尝试综合选择化工生产的适宜条件，从而体会化学热力学理论和化学动力学理论对生产实践的指导作用。
本节教材的地位及作用：本节学生已在化学必修课中，学过NH3性质，有关氨的用途也已学过，通过“化学反应的快慢和限度”的学习，已经了解了化学反应速率的相关知识并建立了化学平衡的概念。
在本课题学习中，面对合成氨的实际生产问题，通过对合成氨最佳条件的探究，进一步理解化学反应速率和化学平衡移动原理是选择合成氨生产条件的主要依据，同时也提供给学生一条综合运用化学原理和其他生产因素分析和解决实际问题的途径，使他们已有的知识得到拓展和应用，并体会到化学理论对生产实践的指导作用。
教学重点：合成氨的反应原理、合成氨生产的适宜条件。
第一单元课题2人工固氮技术
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
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。
高中化学 第1单元 走进化学工业 课题2 人工固氮技术——合成氨课件高中选修2化学课件
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 15%，要把混合气
体通过冷凝器、__分__离_器___，再导入液氨贮罐。
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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空自气(kōngqì) ，目前氢气主要通过不同的 固态 (煤和焦炭)、液态(石油中提炼的石脑油、重油)、气态(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 磁铁矿 作催化剂，目前有采用 钌为基础活性 物质的新型催化剂。
第一单元(dānyuán) 走进化学工业
课题 2 人工固氮技术——合成氨
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第一(dìyī)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。
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3.环境保护 (1)废渣：可用作原料。 (2)废气：主要是__H__2S_和___C_O_2 等有害气体，对 H2S 的处理， 可用直_接__(z_hí_jiē_)氧__化__法(选择性催化氧化循)环、(x_ún_h_uá_n_) _法(用溶剂吸收浓 缩)，CO2 可用来生产尿素和碳铵等。 (3)废液：主要是含___氰__化_物___和含氨的污水，处理含氰化物污水 主生要化(有shē_nɡ_h_u_à)_、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。
54.4
成本/元·t－1(NH3) 257 390～447 220～280 500
高中化学第一单元走进化学工业课题人工固氮技术合成氨教案新人教选修
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 －11、 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： （1）合成氨反应的特点：体积缩小、放热、可逆。
高中化学 第1单元课题2人工固氮技术——合成氨同步导学 新人教版选修2
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• 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．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的转化过程。
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• 一、氮的存在和固定
• 【答案】 B
• 【点评】 勒夏特列原理只能解释有关平衡移 动问题，不能用于解释化学反应速率问题。有 效碰撞理论、勒夏特列原理各有其应用的对象， 应加以区分。
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• 1.下列关于氮气、氢气合成氨的说法中，正确 的是( )
• A．将氮气、氢气合成氨，必须施加高温、高 压、催化剂等反应条件
• B．在氮气、氢气合成氨的化学反应中，催化 剂的性能对反应物的温度和压强的高低具有一 定的制约作用
ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
反应特点：①体积减小的反应；②放热反应；③N2 键能 很大，所以成为活化分子所需能量也很高。
精品课件
•
运用化学反应速率和化学平衡原
理的有关知识，同时考虑合成氨生产中的动力、
材料、设备等因素如何选择合成氨的适宜生产
条为增大反应物浓度， 能提高反应速率和转化率，故生产中常使用廉
。
• 2．反应特点
• 合成氨反应是一个 可逆 放热 、气体分子总数减少、 的反应。
• 3．反应条件
• 工 业 上 ， 合 成 氨 的铁作适催化宜剂 40条0～50件0 ℃
为
的温度
精品1课0件～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：净化(原料气净化处理)
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。
课题2 人工固氮技术——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。
课题2 人工固氮技术——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
鸡驱学校高三化学复习 第一章 课题2 人工固氮技术合成氨
催化剂高温高压妨努州忍劲市鸡驱学校铁路高三化学复习：第一章课题2 人工固氮技术——合成氨一、氮的固1．义：氮的固是指将游离态的氮转化为化合态氮的方法。
2．方法：氨的固主要方法有：〔1〕人工合成氨：化学固氨法。
其条件要求高、本钱高、转化率低、效率低。
〔2〕根瘤菌，生物固氨。
常温常压下进行。
本钱低、转化率高、效率高。
3．工业用：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的化学工艺过程。
二、合成氨的反原理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式是N 2+3H 2 2NH 3 ，属放热反。
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速率，缩短达平衡的时间，提高日产量。
〔2〕合成氨的适条件：以铁为主的催化剂，在400～500℃和10Mpa ～30 Mpa 的条件 〔3〕选择适生产条件的原那么：有较高的反速率衡转化率，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，否那么会增大设备的动力要求，增大本钱。
〔5〕合成氨的反为放热反，降低温度促使平衡向有移动，有利于N 2、H 2转化为NH 3；但降温必然减缓了反速率，影响单位时间产率。
生产中将二者综合考虑，既要保证N 2、H 2的转化率，又要保证较快的反速率，只能选择适中的温度400～500℃左右。
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〕催化剂是影响反速率的几个因素中，对反速率影响程度最大的。
催化剂的特点：①选择性：不同的反选择不同的催化剂，如合成氨选择了铁触媒。
每种催化剂都是对特的反有催化作用，并非能改变任何化学反的速率。
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〞，因此反气进入反器前须净化。
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C+H2O===CO+H2
CH4+H2O===3H2+CO
催化剂
CH4+2H2O=Байду номын сангаас=4H2+CO2
催化剂
原料气净化
想一想:制取原料气的过程中
常混有的气体杂质有 __________ CO,CO2 和H2S
三、合成氨的生产工艺
原料： 空气、水、燃料
压缩 降温 空气 炭 CO2＋N2 除去CO2 N2 液态空气 蒸发 N2（先逸出）
赤热炭 H2O(g) 或其他燃料
CO＋H2
H2O(g) 催化剂
CO2＋H2
除去CO2
H2
C＋H2O(g) → CO＋H2 原料气的制备 净化
高温
CO＋H2O(g) →
催化剂
铁触媒 450℃
N2 + 3H2
20～50MPa
2NH3
反应条件: 1）浓度：使用过量的氮气。 2）温度：400～500℃； 3）高压:10
MPa~30 MPa； 4）催化剂(加快反应速率)： 铁
(二)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?
CO2＋H2 分离
液氨
N2、H2
压缩
合成
(防止催化剂中毒)
中学化学资料网 /
压 强 温 度
是否要用 催化剂
高 压 高 温
使 用
高 压 低 温
不 影 响
工业上合成氨的合适条件到底怎样？ 合 成 氨 的 适 宜 条 件 使用催化剂：铁触媒（以Fe为主体的多 成分催化剂）这样可以大大加快化学反 应速率，提高生产效率，也提高了经济 效益； 选择合适的温度：400℃-500 ℃左右， 该温度是为合成氨催化剂的活性温度； 选择合适的压强：10MPa~30MPa，该 压强下进行生产，对动力、材料、设备 等来说正合适。
(五)合成氨工业的发展
1、原料及原料气的净化 2、催化剂的改进 3、环境保护
课堂训练：
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
小结：
工业合成氨: (1)原理与过程: (2)原料： (3)合成条件: (4)三废处理:
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．
(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:
高温高压
N2(g)+3H2(g)
催化剂
2NH3 (g)
(放热)
二、合成氨反应条件的选择
1、合成氨反应的特点：
a、可逆反应
b、正反应放热
c、正反应是气体体积减小的反应。
问题3：请同学们分析下表。分别从化学反应速率和 化学平衡两个角度分析合成氨的合适条件。 填 表
合成氨反应
分析 角度 外界条件
N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) -90.2kJ
使氨生成的快 使氨生成的多 (从化学反应速率分析) (从化学平衡分析)
７、 掌握氨碱法制取纯碱的原料、原理及工艺流程。
８、了解联合制碱法的原理。
第一章 走进化学工业
第二节《人工固氮技术 ─合成氨》
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
第一单元 《走进化学工业》
教学目标
１、以硫酸工业为例，了解化工生产中的一些基本问题。
２、知道生产硫酸的主要原理、原料、流程和意义。
３、能用勒夏特列原理选择二氧化硫催化氧化的合适条件。 ４、了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义。 ５、认识合成氨反应的特点，学会选择合成氨的适宜条件。 ６、认识催化剂的研制对促进化学工业发展的重要意义。
(四)工业合成氨的工业流程:
(三)工业合成氨的三个生产过程:
三个生产过程: 造气, 净化，合成与分离
合成氨的实地照片
造气
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,再除去二氧化碳得到氮气. 氢气的来源:碳与水的作用或碳氢化 合物与水的作用.