课题2　人工固氮技术──合成氨教案教学设计

人工固氮技术-------合成氨

一、教学目标：

知识与能力：了解合成氨的反应原理；了解合成氨的技术生产过程；了解合成工业发展中需要解决的问题。

情感与态度：利用多媒体动画，电脑图片等学习研究合成氨的一般步骤和方法。

过程与方法：充分发挥学生学习的主动性；培养学生勤于观察、勤于总结思考的科学态度；提高学生的科学素养。

二、重点：合成氨的反应原理及生产的适宜条件

三、难点：合成氨生产的适宜条件

四、教学设计：

新课导入

【讲述】含氮化合物对人类生活有十分重大的意义。氮是植物生长不可缺少的元素之一。农作物每年从土壤中摄取大量含氮化合物，为了补偿土壤中缺少的氮，必须施加氮肥。含氮化合物还用于制造染料、人造纤维、油漆、炸药和许多其他产品。

【思考与交流】

事实一：在地壳中氮的含量只有0.04％，而大气中氮气的体积分数为78％。

问题一：如何有效利用廉价的自然资源来生产含氮化合物？

事实二：土壤中不多的含氮化合物主要来自：①雷雨放电时，在大气中生成的氮的氧化合物，随雨水进入土壤；②某些菌类（与豆科植物共生的根瘤菌）可以吸收空气中的氮而生成某些含氮化合物；三随着动物的排泄物或腐败尸体中的含氮化合物进入土壤。

问题二：哪一种自然过程可能会成为工业化生产呢？

【讲述】大气中丰富的氮气是氮元素最理想的来源，但只有将氮气转化为氮的化合物才能被多数生物吸收。

【板书】将游离态氮转变为化合态氮的方法叫做氮的固定。

那么根据思考与交流中的事实二，我们可以把氮的固定分为

人工固氮和自然固氮。

【练习】1.下列转化属于工业固氮的是（

）

A．N2→NO

B．N2→NH3

C．NH3→NH4Cl

D．NH4HCO3→NH3

2.雷雨天气中，发生自然固氮的氮元素在土壤中的主要存在形式是（

）

﹣A．NH4+

B．NO3

C．HNO3

D．NH3•H2O 一、合成氨的反应原理

【板书】N2+3H2

催化剂

高温高压

2NH3

，属放热反应。

工业上，通常采用以铁为主的催化剂，在400～500℃和10Mpa～30 Mpa的条件下合成氨。

【提问】分析P11的实验1-1，思考实验现象是什么？

【思考与交流】合成氨反应是一个可逆、放热、气体分子总数减小的反应，请根据影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析讨论合成氨工业适宜的反应条件。

【总结】外加条件要尽可能加快反应速率，提高反应进行的程度。同时也要考虑实际生产中的动力、材料、设备等因素，以取得最佳经济效益。

【练习】3.下列有关工业生产的叙述不正确的是（

）

A.合成氨生产过程中升高温度可加快反应速率，缩短生产周期，故温度越高越好

B.工业上合成氨没有采用更大的压强是从设备和动力要求方面考虑的

C.在工业合成氨中N2、H2的循环利用可提高其利用率，降低成本

D.合成氨技术实现了“从空气到面包”

【阅读】P12科学史话

【板书】二、合成氨的基本生产过程

【板书】合成氨的生产主要包括三个主要步骤

（1）造气

制备合成氨的原料气

；

（2）净化

原料气的净化处理；

（3）合成

将原料气进行化学合成为氨。

1. 制备合成氨的原料气

【阅读教材填空】（1）制取N2：物理方法为将空气液化，蒸发分离出氧气。

化学方法为碳在空气中燃烧，O2充分反应后除去CO2制取氮气。

【阅读教材填空】（2）制取H2：

①用水蒸气和焦碳高温反应制得，主要反应C＋H2O===CO＋H2

②也可用石油、天然气、焦炉气、炼厂气等所含有的大量的碳氢化合物与水蒸汽在催化剂作用下制备。

以甲烷为例写出其主要反应

：CH4＋H2O===3H2＋CO

CH4＋2H2O === 4H2＋CO2

2. 原料气的净化

（1）原料气净化的原因：除去某些杂质，防止使合成氨所用的催化剂中毒。

（2）用稀氨水吸收H2S杂质

：

NH3·H2O＋H2S===NH4HS＋H2O

（3）使CO变成CO2

：CO＋H2O===CO2＋H2

（4）用K2CO3吸收CO2

：K2CO3＋CO2＋H2O===2KHCO3

（5）最后，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。

3. 氨的合成与分离

（1）氨的合成：将净化的原料气加压送进合成塔，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%，要把混合气体通过冷凝器使氨液化，再导入液氨贮罐。

（3）由气体分离器出来的气体，经过循环压缩机，再送到合成塔中进行反应。

【思考】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、氢气，这是为什么？

【学生回答】这样能减小平衡状态下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．

【练习】4.合成氨工业有下列流程：

①原料气制备：②氨的合成；③原料气净化和压缩；④氨的分离。其先后顺序为（

）

A．①②③④

B．①③②④

C．④③②①

D．②③④①

【板书】三、合成氨工业的发展

【阅读教材】1.原料及原料气的净化

原料气之一的氮气来自空气，目前氢气主要通过不同的固态（煤和焦炭）、液态（石油提炼后的石脑油、重油）、气态（天然气、焦炉气）可燃物为原料。

2.催化剂的改进

多年来一直用磁铁矿催化剂，目前有采用钌为基础活性物质的新型催化剂。

3.环境保护

（1）废渣：主要是煤渣和炭黑，可用作建材和肥料的原料。

（2）废气：主要是H2S和CO2

等有害气体，对H2S的处理，可用直接氧化法（选择性催化氧化）、循环法（用溶剂吸收浓缩），CO2也可用来生产尿素和碳铵等。

（3）废液：主要是含氰化物和含氨的污水，处理含氰化物主要用有生化、加压水解、氧化分解、化学沉淀、反吹回炉等方法。处理氨废水可用蒸馏的方法回收，也可用离子交换法治理。

五、板书设计

人工固氮技术——合成氨

氮的固定：游离态→化合态

一、合成氨的反应原理

N2+3H2

催化剂

高温高压

2NH3

条件400～500℃，10Mpa～30 Mpa，铁作催化剂

二、工业合成氨的生产过程：

造气、净化、合成

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

六、教学反思

本节内容知识在必修一第四章第四节“氮

硝酸

硫酸”以及选修四化学反应原理第二章中的部分内容都有所涉及，是综合性非常强的一节课，在本节课中，学生主要是通过合成氨体会工业发展中，所需要考虑需要解决的问题，提高学生科学素养。课堂容量较大，因此对教学内容要规划控制好教学时间。