《氨的工业合成》教案1

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1、氨的工业合成教案课标要求1了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义。2认识催化剂的研制对促进化学工业发展的重大意义。课标解读1.能根据合成氨反应的特点，依据勒夏特列原理选择适合氨合成的反应条件。2明确合成氨工业流程以及各设备的作用或反应原理。教学地位合成氨工业是课程标准中明确要求的内容，也是高考的高频考点，尤其是化学平衡移动原理在合成氨反应中的应用。合成氨适宜条件的选择、工艺流程中各环节的操作等更是高考的热点。新课导入建议教学流程设计课前预习安排：看教材P610，填写课前自主导学，并完成思考交流。步骤1：导入新课，本课时教学地位分析。步骤2：建议对思考交流进行提问，反馈学生预习效果。步

2、骤3：师生互动完成探究1，可利用问题导思、的设问作为主线。步骤7：通过例2和教材P810“如何获得大量廉价的原料气”讲解研析，对“探究2、合成氨的生产工艺及原料气的制备”中注意的问题进行总结。步骤6：师生互动完成“探究2”，利用问题导思、的设问作为主线。步骤5：指导学生自主完成变式训练1和当堂双基达标第1、2、5题。步骤4：通过例1和教材P68“探究合成氨的最佳条件”的讲解研析，对“探究1、合成氨条件的选择”中注意的问题进行总结。步骤8：指导学生自主完成变式训练2和当堂双基达标中的3、4题。步骤9：引导学生自主总结本课时知识框架，然后对照课堂小结。安排课下作业完成课后知能检测。课标解读重点难点

3、1.认识合成氨的反应原理和特点，并能依据化学反应速率和化学平衡原理综合考虑合成氨生产中的相关因素，选择合成氨反应的最佳条件。2.知道获得大量廉价的氢气是实现合成氨生产的关键问题，知道合成氨工业原料氮气和氢气获得的途径和方法，能够写出相应的化学方程式。3.能根据合成氨反应的特点分析氮气和氢气不能完全转化的原因，知道循环法使未转化的氮气和氢气得到利用的原理和方法。4.知道选择适宜的反应条件、确定原料路线、解决未转化完全的原料气的利用是合成氨生产中的主要技术问题。1.合成氨反应的特点：(1)可逆反应；(2)放热反应；(3)气体体积缩小的反应。(重点) 2.合成氨适宜条件的选择：(1)高压；(2)适当

4、温度；(3)催化剂。(重点)3.勒夏特列原理在合成氨反应中的应用。(重难点)4.合成氨工艺流程。(重点)探索合成氨的最佳条件1.合成氨反应的化学方程式：N23H2=2NH3。2合成氨反应的特点：(1)可逆反应；(2)放热反应；(3)气体总体积缩小的反应。3合成氨最佳条件的选择(1)理论分析从化学反应速率的角度看，升温、加压以及使用催化剂都可以使合成氨的化学反应速率增大。从化学平衡的角度看，平衡混合气中氨的含量随着温度的升高而降低，随压强的增大而提高。这说明温度、压强对这一反应的化学平衡有影响：降温、增压有利于氨的合成。(2)实际生产中的最佳条件合成氨一般选择以铁触媒为催化剂，压强在2050_M

5、Pa之间，温度在500_左右。1合成氨反应为放热反应，在低温下有利于氨的合成，为什么实际上选用了500 C的高温？【提示】目前，合成氨工业中普遍使用的主要是以铁为主体的多组分催化剂，又称铁触媒。铁触媒在500 C左右时的活性最大，这也是合成氨反应一般选择在500 C左右进行的重要原因之一。如何获得大量廉价的原料气1.获得氮气的方法：分离空气。2获得氢气的方法方法反应原理电解水法2H2O2H2O2煤或焦炭法CH2OCOH2天然气或重油法CH4H2OCO3H2COH2OCO2H22评价上述几种制氢方法，你认为哪种方法是最佳选择？【提示】电解水制氢气，电能消耗大，成本高；天然气与煤相比较，天然气输送

6、方便、投资省、能耗低。所以用天然气做合成氨的原料为最佳选择。怎样利用未转化的氮气和氢气 在实际生产中采用了循环法，先通过冷凝把氨从合成塔出来的混合气中分离出来，余下未反应的氮气和氢气的混合气用循环压缩机重新送入合成塔进行反应，同时不断地补充新鲜的原料气，这样氨的合成就形成了一个循环流程，使氮气和氢气得到充分利用。合成氨条件的选择【问题导思】合成氨工业生产的要求是什么？【提示】a反应有较大的反应速率；b.最大限度地提高平衡混合物中NH3的含量。影响化学平衡移动的外界因素有哪些？【提示】温度、浓度、压强。合成氨实际生产中采用高温、高压、催化剂，其中有利于提高平衡混合物中NH3的百分含量的因素有哪些

7、？【提示】高温不利于平衡正向移动；催化剂对化学平衡无影响；高压利于平衡正向移动，能提高平衡混合物中NH3的百分含量。1合成氨生产的要求合成氨工业要求：反应要有较大的反应速率；要最大限度地提高平衡混合物中NH3的含量。2合成氨条件的选择依据运用化学反应速率和化学平衡移动原理的有关知识，同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素来选择合成氨的适宜生产条件。3合成氨条件的理论分析(1)浓度：因为增大反应物浓度，能提高反应速率和使平衡正向移动，故生产中常使廉价易得的原料适当过量，以提高另一原料的利用率。因此生产中常适当增加N2的比例。(2)压强：无论从反应速率还是化学平衡考虑，压强越大越有利于合成氨

8、。但压强太大，动力消耗大，设备的质量和制造水平要求高，故必须综合考虑。目前我国合成氨厂一般采用的压强在2050 MPa之间。(3)温度：对于放热反应，升温可提高反应速率，但转化率降低，若温度太低，反应速率又太慢，综合考虑以500 左右为宜。而且在此温度下催化剂活性最大。(4)催化剂：加快反应速率但不影响平衡，可以提高单位时间内氨的产量。目前工业上多采用以铁为主的催化剂。为了提高合成氨生产的综合经济效益，还有三点是不可忽视的：使原料气中n(N2)n(H2)13；将从反应混合物中分离出来的氮气和氢气重新压缩后送入合成塔再次利用；及时将NH3从平衡混合物中分离出来。合成氨时既要使氨的产率增大，又要使

9、反应速率加快，可采取的办法是()减压加压升温降温及时从平衡混合气中分离出NH3补充N2或H2加催化剂减小N2或H2的量ABC D【解析】合成氨反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0的特点为：可逆、放热、气体分子总数减小。加压、升温、增加N2或H2浓度，使用催化剂均能加快反应速率；加压、降温、及时分离出NH3、增加c(N2)和c(H2)均有利于平衡正向移动，增大氨的产率。【答案】C改变外界条件加快反应速率时，不一定使化学平衡正向移动；改变外界条件使化学平衡正向移动时，化学反应速率不一定加快。1合成氨工业中，为实现增加NH3的日产量的目的而采取下列措施，其中与平衡移动无关的是()不断将NH3

10、分离出来使用催化剂采用500 C左右的温度采用21075107 Pa的压强ABCD【解析】由N23H22NH3的特点可知，高温平衡左移不利于NH3的生成，催化剂与平衡移动无关，而高压和减小NH3的浓度均使平衡右移。【答案】B合成氨的生产工艺及原料气的制备【问题导思】合成氨生产中需要的原料气是什么？【提示】氮气和氢气。如何获得合成氨原料气？【提示】获得N2的方法：来自空气，分离方法有深冷分离、变压吸附、膜分离。获得H2的方法：电解水，由煤或焦炭制H2、由天然气或重油制H2。如何能提高合成氨工业中原料气的利用率？【提示】使平衡正向移动：加压、不断分离出NH3、将N2、H2循环利用。1工艺流程2氮气

11、的制备(1)物理方法：将空气用深冷分离、变压吸附分离或膜分离制得N2和O2。(2)工业上所采用的化学方法：用煤在空气中燃烧，除去O2，吸收CO2(如用氨水吸收制NH4HCO3)后，得到N2。3氢气的制造合成氨原料来源的关键是如何获得大量廉价的氢气。原料制备路线的选择，应综合考虑资源、工艺、能耗、成本、环境等重要因素。由电解水制氢气，电能消耗大，成本高，不适于制取大量的氢气。(2013东莞高二调研)下图是工业合成氨及与之相关的工艺流程图。仔细阅读、分析上述框图，并解答下列问题：(1)写出、的操作方法：_、_。(2)写出A、B两个化学方程式：A_、B_。(3)、的气体成分相同吗？_。(4)节能降耗

12、势在必行，也是工业发展的命脉。就上述工艺流程框图，指出该框图中的一条符合节能降耗宗旨的措施：_。【解析】(1)工业合成氨的氮气原料来自于空气，传统的空气分离方法是降温、加压而液化，然后升温精馏分离，这种方法叫深冷分离，现在工业上也常采用膜分离技术。(2)合成氨的氢气多来自石油、天然气，目前也多采用煤的综合利用，如煤的液化操作；工业合成氨采用的条件是高温、高压和催化剂。(3)进入热交换器的是温度较高的氨气、氮气和氢气混合气体，而从其中出来的仍然是这些气体，不同的是温度降低了。(4)工业生产往往采用循环利用原料、热量，采用废物利用来提高经济效益，从而达到节能降耗的目的。【答案】(1)液化(或答“深

13、冷分离”、“膜分离”都可以)冷凝(2)CH2O(g)COH2或CH4H2O(g)CO3H2或CH42H2O(g)CO24H2(写出其中任何一个即可)3H2N22NH3(3)相同(4)液化分离液氨后的氮气和氢气循环利用(或答“热的氨气、氢气和氮气混合气体与冷的氮气、氢气混合气体进行热交换”)(答出任意一条即可)2下面是合成氨的简要流程示意图：沿X路线回去的物质是()AN2和H2B催化剂CNH3 DH2【答案】A在合成氨反应中，进入合成塔的气体体积比为N2H2NH36181，从合成塔出来的气体体积比为N2H2NH39278，则H2的转化率为_。【解析】设进入合成塔的N2、H2、NH3的物质的量分别

14、为6 mol、18 mol、1 mol，反应转化的N2物质的量为x，则：N23H2=2NH3起始量 6 mol 18 mol 1 mol转化量 x 3x 2x平衡量 6 molx 18 mol3x1 mol2x(6 molx)(18 mol3x)(1 mol2x)9278解得：x1.5 mol所以转化的H2的物质的量为4.5 mol，H2的转化率为100%25%。【答案】25%1熟记合成氨反应的1个化学方程式：N23H22NH3。2明确合成氨反应的3个特点：(1)可逆反应；(2)放热反应；(3)气体总体积减小的反应。3知道合成氨2种原料气的获得方法：氮气分离空气；氢气煤或焦炭法、天然气或重油法。4理解工业合成氨的3个条件。(1)500 ；(2)2050 MPa；(3)铁触媒作催化剂。