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

自然界中是如何将氮气转化成含氮化合物的？提示雷雨放电时，N2与O2生成氮的氧化物。豆类的根瘤菌吸收氮气生成含氮化合物。工业上是用什么方法合成含氮化合物的？,课题2人工固氮技术合成氨,1,2,1使学生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介绍合成氨，体验化工生产的过程，体验实验室研究与实际生产之间转化过程。,反应原理用氢气和氮气合成氨的化学方程式为：_。反应特点合成氨反应是一个_、_、_的反应。,1.,2,2NH3,可逆,放热,气体分子总数减小,反应条件工业上，合成氨的适宜条件为_、_、_。,3,铁作催化剂,400500的,温度,1030MPa的压强,合成氨的基本生产过程主要包括三个步骤：_、_、_)。氨的合成与分离(1)氨的合成：将净化后的原料气经过压缩机加压送进_，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_使氨液化，再导入_。,1.,2,造气(制备合,合成氨的原料气,净化(原料气净化处理),合成(使原料,气进行化学反应合成氨,氨合成塔,冷凝器,液氨贮罐,通过闪电引发自然固氮的原理是什么？3NO2H2O=2HNO3NO工业合成氨的生产设备中可以设计热交换器吗？,【慎思1】,【慎思2】,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气、氢气，这是为什么？提示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，以提高氨的产量。,【慎思3】,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。合成氨条件的选择依据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、设备等因素来选择合成氨的适宜生产条件。,1,2,(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。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1030MPa之间。,3合成氨条件的理论分析,(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。目前工业上多以铁触媒为催化剂。,对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施以高压，下列叙述中正确的是()。A都能提高反应速率，都对化学平衡无影响B都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用的时间C都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化学平衡状态有影响D催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而增大压强无此作用,【例1】,答案C,请回答下列问题：(1)从影响化学反应速率和化学平衡的因素分析，要有利于NH3和SO3的生成，理论上应采取的措施是_。实际生产中采取的措施是_。(2)在合成氨的工业生产中，要分离出氨，目的是_；而合成SO3的过程中，则不需要分离出SO3，原因是_。,【体验1】,解析工业上合成SO3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SO3的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性有较高要求，综合生产成本和经济效益两方面因素，实际生产时，在常压下进行最合理。答案(1)适当温度、高压、催化剂合成氨：适当温度、高压、催化剂；合成SO3：适当温度、常压、催化剂(2)减小生成物的浓度，使平衡向生成NH3的方向移动该反应向生成SO3的方向进行的程度较大，达到平衡后SO2剩余量较少，故不需要分离SO3,(1)N2的制备物理方法：使空气先液化，后蒸发。化学方法：先让空气与碳作用，然后除去CO2。,1合成氨原料气的制备,原料气的净化(含有CO、CO2及少量的H2S等)K2CO3CO2H2O=2KHCO3；NH3H2OH2S=NH4HSH2O。合成氨工业流程,2,3,下图是合成氨的简易流程示意图，沿X路线回去的物质是()。AN2、H2B催化剂CN2DH2解析从合成塔中出来的混合气体经冷凝分离出液氨后剩下N2、H2，可以继续参与氨的合成。答案A,【例2】,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N2和H2(NH3可通过冷凝分离除去)，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艺流程如下图所示：根据上述流程，完成下列填空：(1)天然气脱硫时的化学方程式是_。,【体验2】,(2)nmolCH4经一次转化后产生CO0.9nmol、产生H2_mol(用含n的代数式表示)。(3)K2CO3(aq)和CO2反应在加压下进行，加压的理论依据是_。A相似相溶原理B勒夏特列原理C酸碱中和原理(4)由KHCO3分解得到的CO2可用于_(写出CO2的一种重要用途)。(5)整个流程有三处循环：一是Fe(OH)3循环，二是K2CO3(aq)循环，请在上述流程图中标出第三处循环。,解析对(1)，流程图中已给出反应物是H2S和Fe(OH)3，生成物是Fe2S3和H2O，CH4没有参与反应，写出化学方程式再配平即可；对(2)，写出化学方程式后很容易看出H2的物质的量；第(3)问是勒夏特列原理的应用；第(4)问考查CO2的用途；第(5)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。答案(1)3H2S2Fe(OH)3=Fe2S36H2O(2)2.7n(3)B(4)生产纯碱(或作制冷剂等)(5),(1)合成氨工业对化学和国防工业具有重要意义。写出氨的两种重要用途_。(2)实验室制备氨气，下列方法中适宜选用的是_。固态氯化铵加热分解固体氢氧化钠中滴加浓氨水氯化铵溶液与氢氧化钠溶液共热固态氯化铵与氢氧化钙混合加热(3)为了在实验室利用工业原料制备少量氨气，有人设计了如下图所示的装置(图中夹持装置均已略去)。,实验探究二实验室合成氨,【案例】,实验操作：检查实验装置的气密性后，关闭弹簧夹a、b、c、d、e。在A中加入锌粒，向长颈漏斗中注入一定量稀硫酸。打开弹簧夹c、d、e，则A中有氢气产生。在F出口处收集氢气并检验其纯度。关闭弹簧夹c，取下截去底部的细口瓶C，打开弹簧夹a，将氢气经导管B验纯后点燃，然后立即罩上无底细口瓶C，塞紧瓶塞，如上图所示。氢气继续在瓶内燃烧，几分钟后火焰熄灭。,用酒精灯加热反应管E，待无底细口瓶C内水位下降到液面保持不变时，打开弹簧夹b，无底细口瓶C内气体经D进入反应管E，片刻后F中的溶液变红。回答下列问题：a检验氢气纯度的目的是_。bC瓶内水位下降到液面保持不变时，A装置内发生的现象是_，防止了实验装置中压强过大。此时再打开弹簧夹b的原因是_，C瓶内气体的成分是_。c在步骤中，先加热铁触媒的原因是_。反应管E中发生反应的化学方程式是_。,解析(1)氨的用途有制硝酸、制铵盐、生产尿素、作制冷剂等。,(3)a.在该实验中，关闭弹簧夹a、b，打开弹簧夹c、d、e，H2可以进入E装置，排尽其中的空气，防止空气中的O2将E装置中铁触媒氧化，通过检验H2的纯度可以证明E装置中空气是否被排尽，同时在步实验中要点燃H2，在点燃之前，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A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b，H2和N2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E管。由于空气中的O2与H2反应了，所以C瓶内气体的成分是N2、H2及少量的CO2和水蒸气。,cN2与H2的反应需要加热，铁触媒最大活性的适宜温度约为500。因此，要在