《氨的合成》教案3-1-2

氨的合成氨的合成 教案教案 教学目标教学目标 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 教学过程教学过程 一 氮的固定 1 定义 氮的固定是指将游离态的氮转化为化合态氮的方法 2 方法 氨的固定主要方法有 1 人工合成氨 化学固氨法 其条件要求高 成本高 转化率低 效率低 2 根瘤菌 生物固氨 常温常压下进行 成本低 转化率高 效率高 3 工业应用 模拟生物的功能 把生物的功能原理用于化学工业生产 借以改善现 有的并创造崭新的化学工艺过程 二 合成氨的反应原理 实验 分析P11的实验 结合有关物质的物理 化学性质总结试管口处湿润的PH试 纸的变化 推测有关反应 师生 1 加热试管中的铁丝绒至红热后注入氢气和氨气的混合气体 可以看到湿润 的PH试纸变蓝色 2 用氢气和氨气合成氨的反应式是N2 3H2 催化剂 高温高压 2NH3 属放热反应 3 工业上 采用以铁为主的催化剂 在400 500 和10Mpa 30 Mpa的条件下合成 氨 阅读 P12科学史话 结合已学化学平衡知识分析下面的问题 1 合成氨中 催化剂的主要作用是什么 答案 成千上万倍地加快化学反应速率 缩短达平衡的时间 提高日产量 2 合成氨的适宜条件是什么 答案 以铁为主的催化剂 在400 500 和10Mpa 30 Mpa的条件 3 选择适宜生产条件的原则是什么 提示 有较高的反应速率和平衡转化率 能最大限度地提高利润 4 合成氨生产时 为什么不采用尽可能高的压强 通常采用10MPa 300MPa 的压强 提示 会增大设备的动力要求 增大成本 5 合成氨的反应为放热反应 降低温度会使平衡向右移动 但为什么温度要保持在40 0 500 左右 答案 合成氨的反应为放热反应 降低温度促使平衡向有移动 有利于 2 N 2 H 转化 为 3 NH 但降温必然减缓了反应速率 影响单位时间产率 生产中将二者综合考虑 既要 保证 2 N 2 H 的转化率 又要保证较快的反应速率 只能选择适中的温度400 500 左右 应注意该温度为催化剂活化温度 低于此温度 催化剂不起作用 6 在高温高压下 为什么还要使用催化剂 提示 催化剂是影响反应速率的几个因素中 对反应速率影响程度最大的 师 应注意催化剂的如下特点 选择性 不同的反应选择不同的催化剂 如合成氨选择了铁触媒 每种催化剂都是 对特定的反应有催化作用 并非能改变任何化学反应的速率 灵敏性 催化剂中混入杂质 常常会失去催化作用 称催化剂 中毒 因此反应气 体进入反应器前必须净化 催化剂只有在活化温度以上才能起催化作用 如铁触媒活化温度为400 500 因 此该温度为合成氨的适宜温度 三 合成氨的基本生产过程 1 合成氨三个主要步骤是 1 造气 制备合成氨的原料气 2 净化 原料气的净化处理 3 合成 将原料气进行化学合成为氨 2 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 用水蒸气和焦碳高温反应制得 主要反应 也可用石油 天然气 焦炉气 炼厂气等所含有的大量的碳氢化合物与水蒸汽在催 化剂作用下制备 以甲烷为例写出其主要反应 3 原料气净化处理 1 原料气净化的原因 除去某些杂质 防止使合成氨所用的催化剂中毒 2 用稀氨水吸收H2S杂质 3 使CO变成CO2 4 用K2CO3吸收CO2 5 最后 原料气还需进行精制处理 如用醋酸 铜和氨配制成的溶液来吸收CO CO2 O2 H2S等少量有害气体 4 氨的合成与分离 1 氨的合成 将净化的原料气加压送进合成塔 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 要把混合气体通过冷凝器使 氨液化 再导入液氨贮罐 思考 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 氢气 这是为什么 答案 这样能减小平衡状态下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 四 合成氨工业的发展 1 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 石油提 炼后的石脑油 重油 气态 天然气 焦炉气 可燃物为原料 2 催化剂的改进 多年来一直用磁铁矿催化剂 目前有采用钌为基础活性物质的新型催化剂 3 环境保护 1 废渣 可用作建材和肥料的原料 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