课题2　人工固氮技术──合成氨教案和学案内容

课题2

人工固氮技术-------合成氨

导学案

班级

姓名

教学目标：

知识与技能：1.了解合成氨生产的一般流程和反应原理、反应条件等

2、了解合成氨生产的一般流程和反应原理、反应条件等。

重点、难点：学习化工生产中应解决的问题，依据化学反应原理确定生产过程；原理选择、条件控制；“三废”处理及能量利用等。

学习过程：

阅读教材思考氮元素是如何分布和在自然界循环的。

氮的固定指的是

. 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1 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）

（2）

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H2S的处理，可用直接

法（选择性催化氧化）、

法（用溶剂吸收浓缩），CO2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

2

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？

谈谈合成氨工业中还可进行哪些联合生产或深加工？

、

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% 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3A2（g）2A3（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N2(气)3H2(气)（

）

A．达到平衡时反应物和生成物浓度一定相等

3

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2NH3(气)

H<0，下列说法正确的是

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NH3易液化，N2、H2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10

MPa

～

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H2可由煤和水蒸气反应而制得，其中一步的反应为：

CO+H2O（正反应放热），下列措施中，能提高CO转化率的是（ ）

（g） CO2+H2A.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H2转化率的措施是 （

）

A.延长反应时间

B.充入过量H2

C.充入过量N2

D.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N2和H2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.应采用的反应条件是

A、高温高压

8．在3H2 + N2

(正反应为吸热反应)，为了有利于Z的生成，（

）

D、低温高压

B、高温低压

C、低温高压

2NH3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

4

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N23H22NH3Q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N2，当重新达到平衡时，NH3的平衡浓度比原平衡时增大，H2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N2，当重新达到平衡时，N2在混合气中体积分数增大。

11.

合成氨厂所需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)Q，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．①②③

B．④⑤

C．①⑤

D．⑤

12、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112gN2和24g的H2,此时容器内压强为p大气压。在该温度和催化剂作用下，H2和N2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，N2物质的量是3.6 mol

B．平衡时，H2的物质的量是10.8mol C．平衡时，N2的转化率10%

D．NH3的体积百分含量是10%

小结或反思：

5

6