课题2　人工固氮技术──合成氨教学设计一等奖

选修2第一单元课题2人工固氮技术——合成氨学案

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【学习目标】

1.

了解合成氨生产的流程和反应原理

2.

利用化学反应速率和化学平衡理论解释合成氨中的反应条件。

3.了解合成氨工业的三废处理。

【重点难点】

1.合成氨的主要原理和过程

2.利用化学反应速率和化学平衡理论解释合成氨中的反应条件。

自主预习

一、基础准备

1.

氮元素对动植物的正常生长发育有什么意义？（请举例）

2.

将游离态的氮（单质）转化成含氮化合物的过程，称为氮的固定。

对点练习1属于工业固氮的是（

）

A．用N2和H2合成氨

B．闪电将空气中N2转化为NO

C．用NH3和CO2合成尿素

D．豆科植物的根瘤菌将氮气变成硝酸盐吸收

二、合成氨的基本生产过程

主要包括三个步骤：________、________、________。

1．造气——制备合成氨的原料气

(1)制备氮气

物理方法：分离液态空气法

气体

沸点

N2

-195.8℃

O2

-182.96℃

化学方法：________________________________。

(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

杂质

处理方法

化学方程式

H2S 稀氨水吸收

与H2O反应转化成CO2

CO

CO2

用K2CO3溶液吸收

1

精制原料气：原料气还需进行精制处理，如用醋酸、铜和氨配制成的溶液来吸收CO、CO2

、

O2、H2S等少量有害气体。

问题1.为什么对原料气进行净化？

3.

合成过程

现象：加热试管中的铁丝绒至红热后注入H2和N2的混合气体，可以看到湿润的pH试纸变

色。写出化学方程式：

。

该反应是一个

热、气体系数之和

的可逆反应。

问题1.请结合化学反应速率和平衡移动原理综合分析合成氨的工业条件：以铁为催化剂，400-500℃，10-30 MPa。(注：工业生产要综合考虑转化率和速度) 反应对化学反应

对平衡时氨的体合成氨条件的选择

条件

速率的影响

积分数的影响

增大

压强

升高

温度

使用

催

化剂

问题2如果其他条件不变，改变下列条件对平衡有何影响？这对工业合成有何启示？

①增大N2浓度

②减小NH3的浓度

2

问题3已知合成塔出来的混合气体中约含15%体积分数的NH3，剩余的主要是什么气体？这些气体应该如何处理？怎样分离产品NH3？

气体

沸点

N2

-195.8℃

-252.8℃

H2

-33.35℃

NH3

氨的合成与分离

(1)氨的合成：净化后的原料气进入氨合成塔，在__________、__________和____________条件下合成氨。

(2)氨的分离：从合成塔出来的混合气体通过________使氨________，从而将氨分离出来。

三、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

废渣：用途为________________。

废气：主要是________和________等有害气体。

废液：主要是含________和含________的污水。

对点练习2合成氨工业采取的下列措施中，不能用勒夏特列原理解释的是(

)。

①10～30 MPa ②500 ℃的高温

③铁触媒作催化剂

④将生成的氨液化并及时从体系中分离出来，未反应的N2、H2循环到合成塔中

A．① B．②和③ C．③和④ D．④

对点练习3工业合成氨是在一定条件下进行的可逆反应：

N2(g)＋3H2(g)

2NH3(g)。部分工艺流程如下：

请回答下列问题：

(1)第②步除需要催化剂这个条件外，还需要的条件是

___________________________________________________________。

(2)第①步操作中的原料气的“净化”目的是____________________________，

第③步操作中的目的是___________________________________________。

(3)工业合成氨反应后可以通过降低混合气体的温度而使氨气分离出来。这种分离物质的方法的原理类似于下列哪种方法？____________________(填编号)。

a．过滤 b．蒸馏 c．分液 d．萃取

你作出这个判断的理由是_____________________________________________。

(4)可以用氯气来检验输送氨气的管道是否漏气，如果漏气则会有白烟生成。该反应的化学方

3

程式为_________________________________________________。

巩固练习

1 工业上用氢气和氮气合成氨，氢气的主要来源是( )。

A．水和燃料

B．电解水

C．锌和稀硫酸

D．液化空气

2.合成NH3所需的H2可由煤与H2O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可能有：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(

) A.①②③

B.④⑤

C.①⑤

D.⑤

3.下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理解释的是(

) A．使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨

B．高压比常压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

4.合成氨时既要使氨的产率增大，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NH3

⑥补充N2或H2

⑦加催化剂

⑧减小N2或H2的量

A．①④⑤⑦

C．②⑥

B．③⑤⑧

D．②③⑥⑦

5.如图是合成氨的简要流程示意图，X路线上送回合成塔的物质是( )。

A.NH3

B．N2和H2

C．只有N2

D．只有H2

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