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自然界中是如何将氮气转化成含氮化合物的？ 提示 雷雨放电时，N2与O2生成氮的氧化物。豆类的根瘤菌吸收氮气生成含氮化合物。 工业上是用什么方法合成含氮化合物的？,课题2 人工固氮技术合成氨,1,2,1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，体验化工生产的过程，体验实验室研究与 实际生产之间转化过程。,反应原理 用氢气和氮气合成氨的化学方程式为：_ _ 。 反应特点 合成氨反应是一个_、 _ 、 _的反应。,1.,2,2NH3,可逆,放热,气体分子总数减小,反应条件 工业上，合成氨的适宜条件为_、 _ _、 _ 。,3,铁作催化剂,400500 的,温度,1030 MPa的压强,合成氨的基本生产过程主要包括三个步骤：_ _、 _、 _ _)。 氨的合成与分离 (1)氨的合成：将净化后的原料气经过压缩机加压送进 _，在适宜条件下充分反应制取氨。 (2)从合成塔出来的混合气体，其中氨气占总体积的15%，要把混合气体通过_使氨液化，再导入_。,1.,2,造气(制备合,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,氨合成塔,冷凝器,液氨贮罐,通过闪电引发自然固氮的原理是什么？ 3NO2H2O=2HNO3NO 工业合成氨的生产设备中可以设计热交换器吗？,【慎思1】,【慎思2】,合成氨是一个可逆反应，所以在生产中要把生成的氨及时从混合气体中分离出来，并且不断地向循环气中补充氮气、氢气，这是为什么？ 提示 这样能减小平衡混合物中生成物的浓度，又能增大反应物的浓度，有利于平衡向生成氨的方向移动，以提高氨的产量。,【慎思3】,合成氨生产的要求 合成氨工业要求：反应要有较大的反应速率；要最大限度地提高平衡混合物中NH3的含量。 合成氨条件的选择依据 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、设备等因素来选择合成氨的适宜生产条件。,1,2,(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1030 MPa之间。,3合成氨条件的理论分析,(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。目前工业上多以铁触媒为催化剂。,对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施以高压，下列叙述中正确的是 ( )。 A都能提高反应速率，都对化学平衡无影响 B都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所 用的时间 C都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化学 平衡状态有影响 D催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而增大 压强无此作用,【例1】,答案 C,请回答下列问题： (1)从影响化学反应速率和化学平衡的因素分析，要有利于NH3和SO3的生成，理论上应采取的措施是_。实际生产中采取的措施是_。 (2)在合成氨的工业生产中，要分离出氨，目的是_；而合成SO3的过程中， 则不需要分离出SO3，原因是_。,【体验1】,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的方向进行的程度已经很大，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。 答案 (1)适当温度、高压、催化剂 合成氨：适当温度、高压、催化剂；合成SO3：适当温度、常压、催化剂 (2)减小生成物的浓度，使平衡向生成NH3的方向移动 该反应向生成SO3的方向进行的程度较大，达到平衡后SO2剩余量较少，故不需要分离SO3,(1)N2的制备 物理方法：使空气先液化，后蒸发。 化学方法：先让空气与碳作用，然后除去CO2。,1合成氨原料气的制备,原料气的净化(含有CO、CO2及少量的H2S等) K2CO3CO2H2O=2KHCO3； NH3H2OH2S=NH4HSH2O。 合成氨工业流程,2,3,下图是合成氨的简易流程示意图，沿X路线回去的物质是 ( )。 AN2、H2 B催化剂 CN2 DH2 解析 从合成塔中出来的混合气体经冷凝分离出液氨后剩下N2、H2，可以继续参与氨的合成。 答案 A,【例2】,合成氨的可逆反应，无论条件多么适宜，从合成塔中出来的气体总有一部分未反应的N2和H2(NH3可通过冷凝分离除去)，为充分利用原料气，将此混合气用循环压缩机重新送入合成塔，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过程。,利用天然气合成氨的工艺流程如下图所示： 根据上述流程，完成下列填空： (1)天然气脱硫时的化学方程式是_ _。,【体验2】,(2)n mol CH4经一次转化后产生CO 0.9n mol、产生H2_mol(用含n的代数式表示)。 (3)K2CO3(aq)和CO2反应在加压下进行，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 (4)由KHCO3分解得到的CO2可用于_(写出CO2的一种重要用途)。 (5)整个流程有三处循环：一是Fe(OH)3循环，二是K2CO3(aq)循环，请在上述流程图中标出第三处循环。,解析 对(1)，流程图中已给出反应物是H2S和Fe(OH)3，生成物是Fe2S3和H2O，CH4没有参与反应，写出化学方程式再配平即可；对(2)，写出化学方程式后很容易看出H2的物质的量；第(3)问是勒夏特列原理的应用；第(4)问考查CO2的用途；第(5)问是对合成氨工业中实际应用的循环操作进行设问和考查。 答案 (1)3H2S2Fe(OH)3=Fe2S36H2O (2)2.7n (3)B (4)生产纯碱(或作制冷剂等) (5),(1)合成氨工业对化学和国防工业具有重要意义。 写出氨的两种重要用途_。 (2)实验室制备氨气，下列方法中适宜选用的是_。 固态氯化铵加热分解 固体氢氧化钠中滴加浓氨水 氯化铵溶液与氢氧化钠溶液共热 固态氯化铵与氢氧化钙混合加热 (3)为了在实验室利用工业原料制备少量氨气，有人设计了如下图所示的装置(图中夹持装置均已略去)。,实验探究二 实验室合成氨,【案例】,实验操作： 检查实验装置的气密性后，关闭弹簧夹a、b、c、d、e。在A中加入锌粒，向长颈漏斗中注入一定量稀硫酸。打开弹簧夹c、d、e，则A中有氢气产生。在F出口处收集氢气并检验其纯度。 关闭弹簧夹c，取下截去底部的细口瓶C，打开弹簧夹a，将氢气经导管B验纯后点燃，然后立即罩上无底细口瓶C，塞紧瓶塞，如上图所示。氢气继续在瓶内燃烧，几分钟后火焰熄灭。,用酒精灯加热反应管E，待无底细口瓶C内水位下降到液面保持不变时，打开弹簧夹b，无底细口瓶C内气体经D进入反应管E，片刻后F中的溶液变红。 回答下列问题： a检验氢气纯度的目的是_。 bC瓶内水位下降到液面保持不变时，A装置内发生的现象是_，防止了实验装置中压强过大。此时再打开弹簧夹b的原因是_， C瓶内气体的成分是_。 c在步骤中，先加热铁触媒的原因是_。反应管E中发生反应的化学方程式是_ _。,解析 (1)氨的用途有制硝酸、制铵盐、生产尿素、作制冷剂等。,(3)a.在该实验中，关闭弹簧夹a、b，打开弹簧夹c、d、e，H2可以进入E装置，排尽其中的空气，防止空气中的O2将E装置中铁触媒氧化，通过检验H2的纯度可以证明E装置中空气是否被排尽，同时在步实验中要点燃H2，在点燃之前，也必须检验其纯度，防止爆炸。 bC瓶内水位下降，说明瓶内压强大于外界压强，会导致A装置长颈漏斗中液面上升，试管内液面下降，使酸液与Zn粒相脱离，停止反应。此时打开弹簧夹b，H2和N2混合气体在较大的压力作用下会通过导气管，经干燥后进入E管。由于空气中的O2与H2反应了，所以C瓶内气体的成分是N2、H2及少量的CO2和水蒸气。,cN2与H2的反应需要加热，铁触媒最大活性的适宜温度约为500 。因此，要在将N2、H2混合气体通入E之前加热铁触媒。 答案 (1)制硝酸、制铵盐、制冷剂、制尿素(任意两种) (2) (3)a.通过检验H2的纯度证明E管中空气被排尽，同时也防止点燃氢气时发生爆炸 bA装置中液面下降，长颈漏斗中液面上升，反应停止 使C瓶内气体进入E管中 N2、H2、少量的CO2和水蒸气 c合成氨反应需加热，铁触媒在约500 的温度下活性最大，故需先加热铁触媒,
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