课题2　人工固氮技术──合成氨名师教学设计

人工固氮技术——合成氨

教案

一、教学目标

知识与技能：

1.了解合成氨对人类社会发展的重要意义。

2.利用化学反应速率和化学平衡知识解释合成氨中的各条件选择。

3.了解合成氨的反应原理、原料选择、工业流程。

过程与方法：

1.

通过学习合成氨反应原理，利用化学反应速率，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，认识理解实际生产中的问题。

情感态度与价值观：

1.

能找出环境污染的主要方面及防止污染的一些措施，增强环境保护意识。

2.能找到工业生产如何提高原料利用率，节约能源及环境保护的措施与方法。

二、教学重点

合成氨反应原理、条件选择

三、教学难点

合成氨条件选择、原料制备

四、课时安排

1课时

五、教学过程

{导入}

请同学观察图片，发现什么？

缺氮植物的生长缓慢、颜色泛黄

氮是植物生长必不可少的元素之一；农作物每年从土壤中吸收大量含氮化合物。缺氮会导致植物的生长发育迟缓或停滞，因此，每到农作物生长的季节农民就会给农作物施肥，促进农作物的生长，以提高其产量。

{讲述}地壳中氮的含量只有0.04％，而这是远远不能满足植物生长需要的，而在大气中氮的含量有78％，只有大豆、蚕豆等根部有根瘤菌的豆科植物才能把空气中的氮转化为氮的化合物吸收，但是大多数植物不能直接吸收氮气，只能吸收氮的化合物，所以，必须将氮气转化为氮的化合物才能被植物吸收，因此将游离的氮转化为化合态氮的方法叫氮的固定，

观看图片——自然界中氮的循环

自然界中氮的循环主要由大气中的氮提供的，大气中的氮通过雷电作用、人工固氮、根瘤菌的固氮作用等不同的路径被固定，形成各种铵盐，部分铵盐被植物吸收转化成蛋白质，进一步参与循环，而部分铵盐会被细菌分解，分解之后的铵盐中的氮元素又回到大气当中。被植物吸收的铵盐部分会被动物进一步吸收，部分在植物死后被细菌分解，动物吸收的铵盐也在动物死后也被细菌分解，最后氮元素又回到了大气当中。

{讲述并板书} 一、固氮的方法

（1）自然固氮：

①生物固氮（如：豆科作物的根瘤菌将N2转化为化合态氮）。

②雷雨固氮（闪电时，N2

转化为NO）

{讲述}反应生成的硝酸顺着雨水流进土壤，与土壤中的盐结合形成硝酸盐，植物吸收后可促进植物的生长，这就是常说的“雷雨发庄稼”。

{讲述并板书} （2）人工固氮：（用N2

和H2 合成氨）

△H ＝

－92.4KJ·mol－1

二、工业合成氨

（一）合成氨反应条件

{讲述}根据合成氨的反应原理，请同学分析该反应有何特点？

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。

根据我们所学过的化学反应速率和勒夏特列原理分析讨论合成氨的适宜的反应条件

{同学讨论分析} 注：催化剂活性温度范围（400～500℃）

{板书}

（1）浓度

——使用过量的氮气

（2）温度

——400～500℃

（3）高压

——10MPa--30MPa

（4）催化剂

——铁

（二）合成氨工艺流程

{总结} 四个生产过程:造气,

净化，合成，分离

{板书}

1.造气

{同学讨论分析}原料气来源

{讲述}N2主要来源于空气

（1）将空气液化后蒸发分离出氧气而获得氮气；

（2）将空气中的氧气与碳作用生成二氧化碳,再除去二氧化碳得氮气。

氢气来源于水，也可以利用石油、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。

{板书}

2.净化

{讲述}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。

{同学讨论分析}杂质有CO,CO2

和H2S等气体，如何除杂？

{讲述并板书方程式} ①氨水吸收H2S气体

NH3•H2O +H2S = NH4HS + H2O

②使CO变成CO2

H2O + CO = CO2

+ H2

③CO2常用K2CO3溶液吸收

K2CO3 + CO2 + H2O = 2KHCO3

④用醋酸、铜和氨配制成的溶液吸收CO、CO2、O2、H2S等少量有害气体。

3.合成

{同学讨论分析}如何去反应合成氨？

{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。

压缩：增大转化率

热交换器：充分利用反应热，节约能源

{板书} 4.分离

{讲述}从合成塔出来的混合气体，氨气约占总体积的15%，要把混合气体通过冷凝器、分离器，再导入液氨贮灌。剩余气体再送回合成塔，循环利用(合成氨转化率较低，要采用循环操作）。

合成氨生产得到的氨可以直接用途肥料，也可用来生产硫酸铵、硝酸铵、碳酸氢铵

；另外也可使用食盐、石灰石、氨可以制得纯碱

图示合成氨流程

{板书} （三）环境保护

{同学分析}三废处理

{讲述} ①废气：主要有H2S，SO2和CO2等。采用直接氧化法、循环法处理，CO2作为生产尿素和碳铵的原料。

②废水：主要含氰化物和氨，分别采用不同的方法处理。

③废渣：主要含炭黑和煤渣，可作建筑材料或用作肥料的原料。

六、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: 七、课后作业

教材课后练习