课题2　人工固氮技术──合成氨第二课时教案

人工固氮技术──合成氨

1、生产原理

N、H为反应气体，用铁做催化剂，原理方程式为：

22

N(g)＋3H(g)222NH(g)；ΔH＜0 3

实验室与工业生产的原理都是该反应。

所用原料为N、H及催化剂。生产过程中注意的问题是原料及原料气的净化、22催化剂的改进。合成氨中的废渣主要有煤渣、炭黑，废气主要是HS、CO等，废液22主要是有毒的含氰化物和含氨的污水，都需要回收利用。

2、生产过程简析

工业合成氨包括造气、气体净化、氨的合成三个阶段。

(1)、原料气的制备(即造气)

由原理知，生产原料应为N、H。

22

A、N来源于空气

2

N来自于空气，利用液氧、液氮沸点的不同，可将液态空气加热，蒸发分离2出O、N，这是利用物理方法得到。也可用化学方法，用碳消耗空气中的O生成222CO，然后除去CO而得到N。

222

B、H来源于水和碳氢化合物

2

C与HO反应生成水煤气：C＋HO(g)22CO＋H

2

CO与HO作用生成CO：CO＋HO222CO＋H

22

碳氢化合物与HO反应生成H：

22

CH＋HO423H＋CO 2

CH＋2HO424H＋CO

22

该方法主要是利用石油、天然气、焦炉气等含有的大量碳氢化合物，使工业废气得以充分利用。

(2)、原料气的净化

工业制硫酸的过程中，就存在SO催化氧化前对气体净化的过程，防止杂质2引起催化剂中毒。合成氨的过程会出现同样的问题，故必须除去原料气体中的杂质气体，这就是原料气的净化。

A、常见的杂质气体

常混有的杂质气体有HS、CO、CO、O等。

222

B、常见的气体净化法

HS为酸性气体杂质，可用稀氨水吸收

2

NH·HO＋HS＝NHHS＋HO 32242

CO可被氧化剂氧化为CO

2

CO＋HO＝CO＋H

222

CO可用碱溶液或KCO等盐溶液吸收除去

223

CO＋KCO＋HO＝2KHCO

22323(3)、氨的合成与分离

合成氨生产的简易流程示意图为：

该流程示意图涉及到NH合成所需的原料气及高温高压、催化剂等条件，同时为3利于NH的合成，又采用冷却的方法使氨分离。对未反应的N、H又循环操作，322这是工业生产经常使用的方法。

3、生产条件

N与H合成NH的条件为高温、高压、催化剂。从化学平衡移动原理分析，低温、223高压有利于平衡向生成NH的方向移动，但温度低时反应速率慢，催化剂的催化作用3弱，故一般温度在400℃～500℃之间，压强为10Mpa～30Mpa，采用以铁为主的催化剂。

4、三废处理及合成氨工业的发展

(1)三废处理

废渣大都用作建材和肥料的原料。废气中HS可直接氧化，也可用溶液吸收。2CO可作为尿素和碳铵的生产原料。处理含氨废水多用蒸馏的方法回收氨，也可2用离子交换法治理。

(2)合成氨工业的发展

合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，大大促进了农业和工业的发展。同时，人们对合成氨的研究仍未间断，需要改进的地方有：

A、原料气的制取和净化

N来源较为丰富，但制H的成本还太高，若能廉价制取H，合成NH的成本2223会大大降低。同时，H又是绿色能源，又可以缓解能源危机。相信H制取成本高22的难题会被科学家们突破，届时，原料气的净化工艺也相应改进。

B、催化剂的改进

目前，各国大多仍采用铁触媒为合成氨的催化剂，如何找到廉价易得的催化剂又是科学家们探讨的问题。

C、环境保护

环境保护是目前各国普遍关注的问题，我国前几年大多注重产品产率的高低，现在则注重在环境不受污染的前提下生产产品。合成氨工业中同样要对“三废”进行处理，其中煤渣、炭黑等废渣用作建材和肥料，废气中HS被直接氧化，2CO被用于合成尿素和碳铵等的生产原料。废液中的含氰化物有剧毒，常采用加2压水解、氧化分解、反吹回炉等方法进行处理，含氨废水采用蒸馏等方法回收氨。

【例题分析】

例1、合成氨工业中，原料气(N、H及少量的CO、NH的混合气)在进入合223成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中的CO，其反应为：

[Cu(NH)Ac]+CO+NH323[Cu(NH)]Ac·CO；△H＜0 33

(1)必须除去原料气中CO的原因是________________。

(2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)吸收CO的生产适宜条件是________________。

(3)吸收CO后的醋酸铜氨液经过适当处理后又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸铜氨溶液再生的适宜条件应是________________。

解析：分析吸收CO反应的特点：正反应是气体体积缩小的放热反应，对于这样一个可逆反应，用化学平衡原理及有关知识解答。

答案：

(1)除CO的原因是防止合成塔中的催化剂中毒；

(2)吸收CO的适宜条件应选择：低温、高压；

(3)

例2、在一定条件下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中NH的体积分数为325％。若反应前后条件保持不变，则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值是(

)

A、1/5

B、1/4

C、1/3

D、1/2

解析：设起始时H的物质的量为a，N的物质的量为b，平衡时NH的物质223的量为x，据转化关系有：

223

依据反应N+3H2NH，反应后气体物质的量减小值与生成的氨气的物质的量相等，

所以，反应后气体减少的物质的量应为。

在相同的条件下，气体的体积比等于物质的量之比，

故反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值是

答案：A。