《高中化学 1.2人工固氮技术 合成氨课件 新人教版选修2 .ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中化学 1.2人工固氮技术 合成氨课件 新人教版选修2 .ppt（27页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、自然界中是如何将氮气自然界中是如何将氮气转化成含氮化合物的？化成含氮化合物的？提示提示雷雨放电时，雷雨放电时，N2与与O2生成氮的氧化物。豆类的根瘤生成氮的氧化物。豆类的根瘤菌吸收氮气生成含氮化合物。菌吸收氮气生成含氮化合物。工工业上是用什么方法合成含氮化合物的？上是用什么方法合成含氮化合物的？课题课题2 人工固氮技术人工固氮技术合成氨合成氨121使学生理解如何使学生理解如何应用化学反用化学反应速率和化学平衡原理，速率和化学平衡原理，选 择合成氨的适宜条件。合成氨的适宜条件。2了解合成氨生了解合成氨生产的一般流程和反的一般流程和反应原理、反原理、反应条件等。条件等。3介介绍合成氨，体合成氨，体
2、验化工生化工生产的的过程，体程，体验实验室研究与室研究与 实际生生产之之间转化化过程。程。反应原理反应原理用氢气和氮气合成氨的化学方程式为：用氢气和氮气合成氨的化学方程式为：_ 。反应特点反应特点合成氨反合成氨反应是一个是一个_、 _ 、 _的反的反应。笃学笃学一一合成氨的反应原理合成氨的反应原理1.22NH3可逆可逆放放热气体分子气体分子总数减小数减小反应条件反应条件工工业上，合成氨的适宜条件上，合成氨的适宜条件为_、 _、 _ 。3铁作催化作催化剂400500 的的温度温度1030 MPa的的压强强合成氨的基本生合成氨的基本生产过程主要包括三个步程主要包括三个步骤：_ _、 _、 _ _)
3、。氨的合成与分离氨的合成与分离(1)氨的合成：将氨的合成：将净化后的原料气化后的原料气经过压缩机加机加压送送进 _，在适宜条件下充分反，在适宜条件下充分反应制取氨。制取氨。(2)从合成塔出来的混合气体，其中氨气占从合成塔出来的混合气体，其中氨气占总体体积的的15%，要把混合气体通要把混合气体通过_使氨液化，再使氨液化，再导入入_。笃学二笃学二合成氨的基本生产过程合成氨的基本生产过程1.2造气造气(制制备合合合成氨的原料气合成氨的原料气净化化(原料气原料气净化化处理理)合成合成(使原料使原料气气进行化学反行化学反应合成氨合成氨氨合成塔氨合成塔冷凝器冷凝器液氨液氨贮罐罐通通过闪电引引发自然固氮的原
4、理是什么？自然固氮的原理是什么？3NO2H2O=2HNO3NO工工业合成氨的生合成氨的生产设备中可以中可以设计热交交换器器吗？【慎思慎思1】【慎思慎思2】合成氨是一个可逆反合成氨是一个可逆反应，所以在生，所以在生产中要把生成的中要把生成的氨及氨及时从混合气体中分离出来，并且不断地向循从混合气体中分离出来，并且不断地向循环气中气中补充氮气、充氮气、氢气，气，这是是为什么？什么？提示提示这样能减小平衡混合物中生成物的浓度，又能增大这样能减小平衡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。氨的产量。【慎思
5、慎思3】合成氨生产的要求合成氨生产的要求合成氨工业要求：合成氨工业要求：反应要有较大的反应速率；反应要有较大的反应速率；要最大要最大限度地提高平衡混合物中限度地提高平衡混合物中NH3的含量。的含量。合成氨条件的选择依据合成氨条件的选择依据运用化学反运用化学反应速率和化学平衡原理的有关知速率和化学平衡原理的有关知识，同，同时考考虑合成氨生合成氨生产中的中的动力、材料、力、材料、设备等因素来等因素来选择合成氨的合成氨的适宜生适宜生产条件。条件。要点一要点一 | 合成氨适宜条件的选择合成氨适宜条件的选择12(1)浓度：因度：因为增大反增大反应物物浓度，能提高反度，能提高反应速率和使平衡速率和使平衡正
6、向移正向移动，故生，故生产中常使廉价易得的原料适当中常使廉价易得的原料适当过量，以提量，以提高另一原料的利用率。因此生高另一原料的利用率。因此生产中常适当增加中常适当增加N2的比例。的比例。(2)压强强：无：无论从反从反应速率速率还是化学平衡考是化学平衡考虑，压强强越大越越大越有利于合成氨。但有利于合成氨。但压强强太大，太大，动力消耗大，力消耗大，设备的的质量和量和制造水平要求高，故必制造水平要求高，故必须综合考合考虑。目前我国合成氨厂一。目前我国合成氨厂一般采用的般采用的压强强在在1030 MPa之之间。3合成氨条件的理论分析合成氨条件的理论分析(3)温度：温度：对于放于放热反反应，升温可提
7、高反，升温可提高反应速率，但速率，但转化率化率降低，若温度太低，反降低，若温度太低，反应速率又太慢，速率又太慢，综合考合考虑以以500 左右左右为宜。而且在此温度下催化宜。而且在此温度下催化剂活性最大。活性最大。(4)催化催化剂：加快反：加快反应速率但不影响平衡，可以提高速率但不影响平衡，可以提高单位位时间内氨的内氨的产量。目前工量。目前工业上多以上多以铁触媒触媒为催化催化剂。对于合成氨的反于合成氨的反应来来说，使用催化，使用催化剂和施以高和施以高压，下列叙述中正确的是下列叙述中正确的是()。A都能提高反都能提高反应速率，都速率，都对化学平衡无影响化学平衡无影响B都都对化学平衡状化学平衡状态有
8、影响，都不影响达到平衡状有影响，都不影响达到平衡状态所所 用的用的时间C都能都能缩短达到平衡状短达到平衡状态所用的所用的时间，只有，只有压强强对化学化学 平衡状平衡状态有影响有影响D催化催化剂能能缩短反短反应达到平衡状达到平衡状态所用的所用的时间，而增大，而增大 压强强无此作用无此作用【例例1】答案答案C请回答下列回答下列问题：(1)从影响化学反从影响化学反应速率和化学平衡的因素分析，要有利于速率和化学平衡的因素分析，要有利于NH3和和SO3的生成，理的生成，理论上上应采取的措施是采取的措施是_。实际生生产中采取的措施是中采取的措施是_。(2)在合成氨的工在合成氨的工业生生产中，要分离出氨，目
9、的是中，要分离出氨，目的是_；而合成；而合成SO3的的过程中，程中， 则不需要分离不需要分离出出SO3，原因是，原因是_。【体验体验1】解析解析工业上合成工业上合成SO3与合成氨的最大不同之处是该反应与合成氨的最大不同之处是该反应是在常压下进行的，原因是在常压下该反应向生成是在常压下进行的，原因是在常压下该反应向生成SO3的的方向进行的程度已经很大，采用高压虽能使平衡向生成方向进行的程度已经很大，采用高压虽能使平衡向生成SO3方向移动，但产生高压既需要动力又对反应容器耐压方向移动，但产生高压既需要动力又对反应容器耐压性有较高要求，综合生产成本和经济效益两方面因素，实性有较高要求，综合生产成本和
10、经济效益两方面因素，实际生产时，在常压下进行最合理。际生产时，在常压下进行最合理。答案答案(1)适当温度、高适当温度、高压、催化、催化剂合成氨：适当温度、合成氨：适当温度、高高压、催化、催化剂；合成；合成SO3：适当温度、常：适当温度、常压、催化、催化剂(2)减小生成物的减小生成物的浓度，使平衡向生成度，使平衡向生成NH3的方向移的方向移动该反反应向生成向生成SO3的方向的方向进行的程度行的程度较大，达到平衡后大，达到平衡后SO2剩余量剩余量较少，故不需要分离少，故不需要分离SO3(1)N2的制的制备物理方法：使空气先液化，后蒸物理方法：使空气先液化，后蒸发。化学方法：先化学方法：先让空气与碳
11、作用，然后除去空气与碳作用，然后除去CO2。要点二要点二 | 合成氨的生产过程合成氨的生产过程1合成氨原料气的制备合成氨原料气的制备原料气的净化原料气的净化(含有含有CO、CO2及少量的及少量的H2S等等)K2CO3CO2H2O=2KHCO3；NH3H2OH2S=NH4HSH2O。合成氨工业流程合成氨工业流程23下下图是合成氨的是合成氨的简易流程示意易流程示意图，沿，沿X路路线回去的回去的物物质是是()。AN2、H2B催化催化剂CN2 DH2解析解析从合成塔中出来的混合气体经冷凝分离出液氨后剩从合成塔中出来的混合气体经冷凝分离出液氨后剩下下N2、H2，可以继续参与氨的合成。，可以继续参与氨的合
12、成。答案答案A【例例2】合成氨的可逆反应，无论条件多么适宜，从合成塔合成氨的可逆反应，无论条件多么适宜，从合成塔中出来的气体总有一部分未反应的中出来的气体总有一部分未反应的N2和和H2(NH3可通可通过冷凝分离除去过冷凝分离除去)，为充分利用原料气，将此混合气，为充分利用原料气，将此混合气用循环压缩机重新送入合成塔，同时不断地补充新用循环压缩机重新送入合成塔，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过程。鲜的原料气，这样氨的合成就形成了一个循环过程。利用天然气合成氨的工利用天然气合成氨的工艺流程如下流程如下图所示：所示：根据上述流程，完成下列填空：根据上述流程，完成下列填空：(
13、1)天然气脱硫天然气脱硫时的化学方程式是的化学方程式是_ _。【体验体验2】(2)n mol CH4经一次一次转化后化后产生生CO 0.9n mol、产生生H2_mol(用含用含n的代数式表示的代数式表示)。(3)K2CO3(aq)和和CO2反反应在加在加压下下进行，加行，加压的理的理论依据依据是是_。A相似相溶原理相似相溶原理 B勒夏特列原理勒夏特列原理C酸碱中和原理酸碱中和原理(4)由由KHCO3分解得到的分解得到的CO2可用于可用于_(写出写出CO2的的一种重要用途一种重要用途)。(5)整个流程有三整个流程有三处循循环：一是：一是Fe(OH)3循循环，二是，二是K2CO3(aq)循循环，
14、请在上述流程在上述流程图中中标出第三出第三处循循环。解析解析对对(1)，流程图中已给出反应物是，流程图中已给出反应物是H2S和和Fe(OH)3，生成物是生成物是Fe2S3和和H2O，CH4没有参与反应，写出化学方程没有参与反应，写出化学方程式再配平即可；对式再配平即可；对(2)，写出化学方程式后很容易看出，写出化学方程式后很容易看出H2的的物质的量；第物质的量；第(3)问是勒夏特列原理的应用；第问是勒夏特列原理的应用；第(4)问考查问考查CO2的用途；第的用途；第(5)问是对合成氨工业中实际应用的循环操问是对合成氨工业中实际应用的循环操作进行设问和考查。作进行设问和考查。答案答案(1)3H2S
15、2Fe(OH)3=Fe2S36H2O(2)2.7n (3)B(4)生生产纯碱碱(或作制冷或作制冷剂等等)(5)(1)合成氨工合成氨工业对化学和国防工化学和国防工业具有重要意具有重要意义。写出氨的两种重要用途写出氨的两种重要用途_。(2)实验室制室制备氨气，下列方法中适宜氨气，下列方法中适宜选用的是用的是_。固固态氯化化铵加加热分解分解固体固体氢氧化氧化钠中滴加中滴加浓氨水氨水氯化化铵溶液与溶液与氢氧化氧化钠溶液共溶液共热固固态氯化化铵与与氢氧化氧化钙混合加混合加热(3)为了在了在实验室利用工室利用工业原料制原料制备少量氨气，有人少量氨气，有人设计了了如下如下图所示的装置所示的装置(图中中夹持装
16、置均已略去持装置均已略去)。实验探究二实验探究二 实验室合成氨实验室合成氨【案例案例】实验操作：操作：检查实验装置的气密性后，关装置的气密性后，关闭弹簧簧夹a、b、c、d、e。在在A中加入中加入锌粒，向粒，向长颈漏斗中注入一定量稀硫酸。打开漏斗中注入一定量稀硫酸。打开弹簧簧夹c、d、e，则A中有中有氢气气产生。在生。在F出口出口处收集收集氢气气并并检验其其纯度。度。关关闭弹簧簧夹c，取下截去底部的，取下截去底部的细口瓶口瓶C，打开，打开弹簧簧夹a，将，将氢气气经导管管B验纯后点燃，然后立即罩上无底后点燃，然后立即罩上无底细口瓶口瓶C，塞，塞紧瓶塞，如上瓶塞，如上图所示。所示。氢气气继续在瓶内燃
17、在瓶内燃烧，几分，几分钟后火焰熄后火焰熄灭。用酒精灯加用酒精灯加热反反应管管E，待无底，待无底细口瓶口瓶C内水位下降到内水位下降到液面保持不液面保持不变时，打开，打开弹簧簧夹b，无底，无底细口瓶口瓶C内气体内气体经D进入反入反应管管E，片刻后，片刻后F中的溶液中的溶液变红。回答下列回答下列问题：a检验氢气气纯度的目的是度的目的是_。bC瓶内水位下降到液面保持不瓶内水位下降到液面保持不变时，A装置内装置内发生的生的现象是象是_，防止了，防止了实验装置中装置中压强强过大。此大。此时再打再打开开弹簧簧夹b的原因是的原因是_，C瓶内气体的成分是瓶内气体的成分是_。c在步在步骤中，先加中，先加热铁触媒的
18、原因是触媒的原因是_。反反应管管E中中发生反生反应的化学方程式是的化学方程式是_ _。解析解析(1)氨的用途有制硝酸、制铵盐、生产尿素、作制冷氨的用途有制硝酸、制铵盐、生产尿素、作制冷剂等。剂等。(3)a.在该实验中，关闭弹簧夹在该实验中，关闭弹簧夹a、b，打开弹簧夹，打开弹簧夹c、d、e，H2可以进入可以进入E装置，排尽其中的空气，防止空气中的装置，排尽其中的空气，防止空气中的O2将将E装置中铁触媒氧化，通过检验装置中铁触媒氧化，通过检验H2的纯度可以证明的纯度可以证明E装装置中空气是否被排尽，同时在置中空气是否被排尽，同时在步实验中要点燃步实验中要点燃H2，在点，在点燃之前，也必须检验其纯
19、度，防止爆炸。燃之前，也必须检验其纯度，防止爆炸。bC瓶内水位下降，说明瓶内压强大于外界压强，会导致瓶内水位下降，说明瓶内压强大于外界压强，会导致A装置长颈漏斗中液面上升，试管内液面下降，使酸液与装置长颈漏斗中液面上升，试管内液面下降，使酸液与Zn粒相脱离，停止反应。此时打开弹簧夹粒相脱离，停止反应。此时打开弹簧夹b，H2和和N2混合混合气体在较大的压力作用下会通过导气管，经干燥后进入气体在较大的压力作用下会通过导气管，经干燥后进入E管。由于空气中的管。由于空气中的O2与与H2反应了，所以反应了，所以C瓶内气体的成分瓶内气体的成分是是N2、H2及少量的及少量的CO2和水蒸气。和水蒸气。cN2与
20、与H2的反应需要加热，铁触媒最大活性的适宜温度的反应需要加热，铁触媒最大活性的适宜温度约为约为500 。因此，要在将。因此，要在将N2、H2混合气体通入混合气体通入E之前加之前加热铁触媒。热铁触媒。答案答案(1)制硝酸、制铵盐、制冷剂、制尿素制硝酸、制铵盐、制冷剂、制尿素(任意两种任意两种)(2)(3)a.通过检验通过检验H2的纯度证明的纯度证明E管中空气被排尽，同时也防管中空气被排尽，同时也防止点燃氢气时发生爆炸止点燃氢气时发生爆炸bA装置中液面下降，长颈漏斗中液面上升，反应停止装置中液面下降，长颈漏斗中液面上升，反应停止使使C瓶内气体进入瓶内气体进入E管中管中N2、H2、少量的、少量的CO2和水蒸气和水蒸气c合成氨反应需加热，铁触媒在约合成氨反应需加热，铁触媒在约500 的温度下活性最的温度下活性最大，故需先加热铁触媒大，故需先加热铁触媒
