课题2人工固氮技术——合成氨1．理解如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件。2．了解合成氨生产的一般流程和反应原理、反应条件等。3．通过合成氨的学习，体现化工生产的过程，体现实验室研究与实际生产之间转化过程。氮的固定指的是将游离态氮转变为化合态氮的方法。一、合成氨的反应原理如下图为合成氨的实验装置加热试管中的铁丝绒至红热后注入氢气和氮气的混合气体，可以看到湿润的pH试纸变蓝色。用氢气和氮气合成氨的化学反应方程式是N2＋3H22NH3，属放热反应。工业上，采用以铁为主的催化剂，在400～500℃和10～30MPa的条件下合成氨。工业合成氨的反应特点是什么？提示：(1)体积减小的反应；(2)放热反应；(3)反应条件为高温、高压、催化剂。二、合成氨的基本生产过程制备合成氨的原料气(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。(2)制取H2：①用水蒸气通过赤热的煤层，使水蒸气与碳反应制得。主要反应为C＋H2O===CO＋H2。②也可用石油、天然气、焦炉气、炼厂气中的碳氢化合物与水蒸气在催化剂作用下制备。主要反应为CH4＋H2O===3H2＋CO，CH4＋2H2O===4H2＋CO2。原料气净化处理(1)原料气净化的原因是有些杂质可使催化剂“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)除去CO2(用K2CO3溶液吸收)：K2CO3＋CO2＋H2O===2KHCO3。将原料气合成氨与分离从合成塔出来的混合气体，氨气占总体积的15%，要把混合气体通过冷凝器、分离器，再导入液氨贮罐。三、合成氨工业的发展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(石油中提炼的石脑油、重油)、气态(天然气、焦炉气)可燃物为原料制取。催化剂的改进多年来一直用磁铁矿作催化剂，目前有采用钌为基础活性物质的新型催化剂。环境保护(1)废渣：可用作原料。(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，处理含氰化物污水主要有生化、加压水解、氧化分解、化学沉淀、反吹回炉等方法。处理含氨废水可用蒸馏的方法回收，也可用离子交换法治理。合成氨所需的原料是()①水②空气③焦炭④铁触媒A．①②B．②③C．①②③D．全部解析：选C。铁触媒是合成氨的催化剂，不属于原料。合成氨工业中控制的反应条件应()A．温度越高越好B．压强越大越好C．混合气体中氢气含量越高越好D．所选的催化剂活性越大越好解析：选D。工业合成氨的热化学方程式：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1，似乎压强越大就越有利于平衡向合成氨的方向移动，温度越高达到平衡的时间就越短，易错选A或B。实际上在合成氨的工业生产中，压强不能太大，否则能耗太高，并且对设备的要求高。而根据化学平衡移动原理，此反应温度越低越有利于平衡向正方向移动，但温度太低，则催化剂的催化活性不能很好地发挥，反应速率太慢；为解决上述矛盾，一般选择使催化剂活性最大时的温度。为了进一步提高合成氨的生产效率，科研中具有开发价值的是()A．研制高温下活性较大的催化剂B．寻求NH3的新来源C．研制低温下活性较大的催化剂D．研制耐高温高压的新型材料建造合成塔解析：选C。合成氨的反应是放热反应，降低温度有利于提高合成氨的生产效率。要点合成氨工业生产及适宜条件的选择运用化学反应速率和化学平衡原理的有关知识，同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素如何选择合成氨的适宜生产条件？提示：(1)增加N2的比例。(2)一般采用的压强在10～30MPa之间。(3)以500℃左右为宜。而且在此温度下催化剂活性最大。(4)铁触媒为催化剂。反应原理N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(放热反应)基本生产过程(1)造气①N2：来源于空气。②H2：C＋H2O=====CO＋H2，CH4＋H2O=====CO＋3H2。(2)净化①除去H2S：NH3·H2O＋H2S===NH4HS＋H2O。②除去CO：CO＋H2O=====H2＋CO2。③除去CO2：K2CO3＋CO2＋H2O===2KHCO3。(3)合成...
