课题2　人工固氮技术──合成氨ppt课件配套教案内容

人工固氮技术——合成氨

第1课时

教学目标

1.利用所学的化学反应速率和化学平衡理论解释合成氨中的相关问题；

2.了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义。

教学重点

利用所学的化学反应速率和化学平衡理论解释合成氨中的相关问题。

课时安排

2课时

教学过程

新课教学:

固氮反应：

叫“固氮反应”.

主要的固氮反应有:生物固氮、自然固氮、化学固氮和人工模拟生物固氮.

1.生物固氮:是一种主要的自然固氮反应.如植物在根瘤菌作用下直接吸收空气中的N2转化为氨等,进一步合成氮白质.

2.自然固氮:如闪电产生的巨大电压,其电火花足可以击破氮分子的叁键,促使其与氧气反应生成NO.进而生成NO2和HNO3等.

3.化学固氮:合成氨反应;在放电条件下使氮气与氧气反应生成NO等;氮气与镁反应生成氮化镁.

4.人工模拟生物固氮:通过化学方法,制备出类似生物“固氮菌”的物质,使空气中的氮气在常温常压下与水及二氧化碳等反应,转化为氨态氮或铵态氮.进而实现人工合成大量的蛋白质等,最终实现工厂化生产蛋白质食品.

对比思考：“固硫”反应的概念是:将废气中对空气造成污染的SO2转化为固态含硫化合物.如实验室用NaOH溶液吸收多余的SO2生成Na2SO3;硫酸工业中用氨水吸收SO2生成亚硫酸铵;燃烧煤等产生的SO2用Na2SO3溶液吸收生成NaHSO3,在煤中加入一定比例的CaCO3或CaO使SO2转化为CaSO3.

一.应用化学反应速率和化学平衡移动原理，解释合成氨工业的适宜条件的选择理由

工业生产中既要考虑尽量增大反应物的转化率,充分利用原料,又要选择较快的反应速率,提高单位时间产率.以上两点是选择反应条件的出发点.当二者发生矛盾时,要结合具体情况辩证分析,找出最佳反应条件.

合成氨反应条件的选择原理:

选择根据

：N2(g)

＋

3H2(g)

2NH3(g) ；

△H ＝

－92.4KJ·mol－1

1. 反应特点：

①N2极不活泼,通常条件下反应难以进行.

②是一个气体体积缩小的反应.

③是一个放热反应.

2. 可供选择的条件:

反应条件

加快反应速率的措施

增大反应程度的措施

①浓度和压强

高压

高压

②温度

高温

降温

③催化剂

铁触媒

____

④其它

______

及时分离出氨

3.选择条件时综合考虑的因素:

（1）合成氨反应的特点：

体体积缩小、放热、可逆

。 依据化学反应速率和化学平衡理论讨论合成氨的条件：

从化学反应速率理论反应条件

讨论

对化学反应速率的

影响

从化学平衡理论讨论

对平衡混合物中NH3

含量的影综合两方面理论

选择合成氨的适宜条件

响

压强增大，有利于氨的合增大压强，有利于增压 强

大化学反应速率，越大越好

增大压强，有利于提高平衡混合物中NH3

的含量，越大越好

成，但需要的动力大、对材料、设备等要求高因此，工业上一般采用

20～50Mpa的压强

选择适宜的温度，工业上升高温度，有利于增温 度

大化学反应速率，越高越好

升高温度，不利于提高平衡混合物中NH3

的含量，越低越好

一般采用

500℃左右的温度，这个温度催化剂的活性最大

工业上一般采用铁触催化剂

使用催化剂有利于增大化学反应速率

没有影响

媒，使反应能在较低的温度下较快地进行。

500℃左右

20～

50Mpa

铁触媒

N2(g)

＋

3H2(g)

2NH3(g) ；

△H ＝

－92.4KJ·mol－1

课外思考

为什么2SO2+O2

2SO3，△H<0

反应中,工业上使用过量的空气? 而合成氨工业生产中又不采用一种反应物过量?

第2课时

教学目标

1.利用所学的化学反应速率和化学平衡理论解释合成氨中的相关问题；

2.了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义。

教学重点

利用所学的化学反应速率和化学平衡理论解释合成氨中的相关问题。

课时安排

2课时

教学过程

新课教学:

先复习合成氨的条件

组织学生讨论

选择生产条件的依据是什么？请写出合成氨的化学方程式，并分析该反应特点。

使氨生产得快

使氨生成得多

（从化学反应速率分析）

（从化学平衡分析）

压强

温度

是否使用催化剂

浓度

高压

高温

使用

增大N2、H2的浓度

高压

低温

不影响

增大N2、H2的浓度，

减小NH3的浓度

1、 合成氨反应的特点

【指导学生分析】合成氨反应的特点：

①可逆反应

②正反应为气体体积缩小

③正反应为放热反应。

【质疑】如果我们是企业家，要合成氨应从哪些方面考虑？

【学生讨论】

【教师评价】对学生提出的问题进行评价。

【提问】工厂中是怎样生产的呢？

合成氨生产的工艺流程

制气

→

净化除杂→

压缩

→合成

→冷却分离→循环压缩

(1)原料气的制备:

N2：物理方法为将空气液化,蒸发分离出N2.由于分子量越大分子间作用力越大,空气中气体的沸点

N2

.

工业上化学方法为碳在空气中燃烧,除去O2,吸收CO2(如用氨和水吸收制NH4HCO3)后,得到N2.

H2：工业上用水蒸气与焦碳在高温下反应制得:

C+H2O(g)

CO+H2

CO + H2O(g)

CO2+H2

吸收CO2后得到H2.

工业上也可用碳氢化合物与氧气或水蒸气反应生成CO2和H2制得氢气(见例题2).

(2)原料气净化、除杂质、压缩后通入合成塔.

(3)NH3的合成:合成塔中选择适宜条件进行.从塔口进气,经热交换器与塔内反应后的高温气体逆流交换热量后,进入接触室与铁触媒接触反应.从塔下口出气.

(4)NH3的分离:混合气经水冷器冷却后,进入氨分离器,只有氨气在该压强下液化,得到液氨

. 而未反应的N2和H2经循环压缩机压缩后再通入合成塔中进行反应.因此,虽然合成氨反应的产率不高,但经过循环反应后,N2和H2可以全部转化为NH3

3、合成氨的适宜条件

【设问】

实验数据表明30MPa、5000C时，平和混合物中NH3含量仅26.4％还是很低，为了使平衡向生成氨的方向移动，提高N2、H2的转化率，还可以采取哪些措施？

理论和实际生产条件对比

压强

温度

催化剂

浓度

为增大合成氨

增大

的反应速率

为提高平衡混增大

合物中NH3的含量

20 MPa

实际生产中

～

50 MPa

升高

降低

加入

增加N2、H2的浓度

减小平衡混合物中NH3的浓度

使气态NH3变为液态NH3并及时从平衡混合物中分离出去，及时补充N2、、H2

5000C

左右

铁触媒

（500OC

左右时活

性最大）

合成氨工业的发展前景

【过渡】同学们，如果我们是科学家，依据合成氨的研究方法展望、预言合成氨的发展前景。

【学生】

展望、预言合成氨的发展前景。