《江蘇省邳州市第二中學(xué)高中化學(xué) 課題2 人工固氮技術(shù) 合成氨課件 新人教版選修3》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《江蘇省邳州市第二中學(xué)高中化學(xué) 課題2 人工固氮技術(shù) 合成氨課件 新人教版選修3（54頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、課題課題2人工固氮技術(shù)人工固氮技術(shù)合成氨合成氨課程標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航課程標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)航1.理解如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理解如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理，選擇合成氨的適宜條件。理，選擇合成氨的適宜條件。2了解合成氨生產(chǎn)的一般流程和反應(yīng)原理、了解合成氨生產(chǎn)的一般流程和反應(yīng)原理、反應(yīng)條件等。反應(yīng)條件等。3通過合成氨的學(xué)習(xí)，體現(xiàn)化工生產(chǎn)的過通過合成氨的學(xué)習(xí)，體現(xiàn)化工生產(chǎn)的過程，體現(xiàn)實驗室研究與實際生產(chǎn)之間轉(zhuǎn)化過程，體現(xiàn)實驗室研究與實際生產(chǎn)之間轉(zhuǎn)化過程。程。新知初探自學(xué)導(dǎo)引新知初探自學(xué)導(dǎo)引自主學(xué)習(xí)自主學(xué)習(xí)氮的固定指的是將氮的固定指的是將_氮轉(zhuǎn)變?yōu)榈D(zhuǎn)變?yōu)開氮的方法。氮的方法。一、合成氨的反應(yīng)原理一、合成氨

2、的反應(yīng)原理游離態(tài)游離態(tài)化合態(tài)化合態(tài)1.如下圖為合成氨的實驗裝置如下圖為合成氨的實驗裝置加熱試管中的鐵絲絨至紅熱后注入氫氣和氮加熱試管中的鐵絲絨至紅熱后注入氫氣和氮氣的混合氣體，可以看到濕潤的氣的混合氣體，可以看到濕潤的pH試紙變試紙變_色。色。藍藍放熱放熱鐵鐵400500 1030想一想想一想工業(yè)合成氨的反應(yīng)特點是什么？工業(yè)合成氨的反應(yīng)特點是什么？提示：提示：(1)體積減小的反應(yīng)；體積減小的反應(yīng)；(2)放熱反應(yīng)；放熱反應(yīng)；(3)反應(yīng)條件為高溫、高壓、催化劑。爐反應(yīng)條件為高溫、高壓、催化劑。爐(造造氣氣)、接觸室、接觸室(催化氧化室催化氧化室)、吸收塔。、吸收塔。二、合成氨的基本生產(chǎn)過程二、合成

3、氨的基本生產(chǎn)過程1.制備合成氨的原料氣制備合成氨的原料氣(1)制取制取N2：物理方法為將空氣：物理方法為將空氣_，蒸，蒸發(fā)分離出氧氣。發(fā)分離出氧氣?；瘜W(xué)方法為碳在空氣中燃燒，化學(xué)方法為碳在空氣中燃燒，O2充分反應(yīng)充分反應(yīng)后除去后除去CO2制取氮氣。制取氮氣。液化液化(2)制取制取H2：用水蒸氣通過赤熱的煤層，使水蒸氣與碳用水蒸氣通過赤熱的煤層，使水蒸氣與碳反應(yīng)制得。主要反應(yīng)為反應(yīng)制得。主要反應(yīng)為 _。也可用石油、天然氣、焦?fàn)t氣、煉廠氣中也可用石油、天然氣、焦?fàn)t氣、煉廠氣中的碳?xì)浠衔锱c水蒸氣在催化劑作用下制的碳?xì)浠衔锱c水蒸氣在催化劑作用下制備。主要反應(yīng)為備。主要反應(yīng)為_。CH2O = COH

4、2 CH4H2O = 3H2CO, CH42H2O = 4H2CO22.原料氣凈化處理原料氣凈化處理(1)原料氣凈化的原因是有些雜質(zhì)可使催化原料氣凈化的原因是有些雜質(zhì)可使催化劑劑“中毒中毒”。(2)用稀氨水吸收用稀氨水吸收H2S雜質(zhì)：雜質(zhì)：_。(3)使使CO變成變成CO2：_。(4)除去除去CO2(用用K2CO3溶液吸收溶液吸收)：_。NH3H2OH2S = NH4HSH2OCOH2O = CO2H2K2CO3CO2H2O = 2KHCO33.將原料氣合成氨與分離將原料氣合成氨與分離從合成塔出來的混合氣體，氨氣占總體積的從合成塔出來的混合氣體，氨氣占總體積的15%，要把混合氣體通過冷凝器、，要

5、把混合氣體通過冷凝器、_,再導(dǎo)入液氨貯罐。再導(dǎo)入液氨貯罐。分離器分離器三、合成氨工業(yè)的發(fā)展三、合成氨工業(yè)的發(fā)展1.原料及原料氣的凈化原料及原料氣的凈化原料氣之一的氮氣來自原料氣之一的氮氣來自_，目前氫氣主，目前氫氣主要通過不同的要通過不同的_態(tài)態(tài)(煤和焦炭煤和焦炭)、液態(tài)、液態(tài)(石石油中提煉的石腦油、重油油中提煉的石腦油、重油)、氣態(tài)、氣態(tài)(天然氣、天然氣、焦?fàn)t氣焦?fàn)t氣)可燃物為原料制取?？扇嘉餅樵现迫　?.催化劑的改進催化劑的改進多年來一直用多年來一直用_作催化劑，目前有作催化劑，目前有采用采用_為基礎(chǔ)活性物質(zhì)的新型催化劑。為基礎(chǔ)活性物質(zhì)的新型催化劑?？諝饪諝夤坦檀盆F礦磁鐵礦釕釕3.環(huán)境保

6、護環(huán)境保護(1)廢渣：可用作原料。廢渣：可用作原料。(2)廢氣：主要是廢氣：主要是 _和和 _等有害氣等有害氣體，對體，對H2S的處理，可用的處理，可用_法法(選擇選擇性催化氧化性催化氧化)、_法法(用溶劑吸收濃縮用溶劑吸收濃縮)，CO2可用來生產(chǎn)尿素和碳銨等?？捎脕砩a(chǎn)尿素和碳銨等。H2SCO2直接氧化直接氧化 循環(huán)循環(huán)(3)廢液：主要是含廢液：主要是含_和含氨的污水，和含氨的污水，處理含氰化物污水主要有處理含氰化物污水主要有_、加壓水、加壓水解、氧化分解、解、氧化分解、_、反吹回爐等方法。、反吹回爐等方法。處理含氨廢水可用蒸餾的方法回收，也可用處理含氨廢水可用蒸餾的方法回收，也可用_治理。

7、治理。氰化物氰化物生化生化化學(xué)沉淀化學(xué)沉淀離子交換法離子交換法自主體驗自主體驗1.合成氨所需的原料是合成氨所需的原料是( )水水空氣空氣焦炭焦炭鐵觸媒鐵觸媒ABC D全部全部解析：選解析：選C。鐵觸媒是合成氨的催化劑，不。鐵觸媒是合成氨的催化劑，不屬于原料。屬于原料。2. (2012長沙高二檢測長沙高二檢測)合成氨工業(yè)中控制合成氨工業(yè)中控制的反應(yīng)條件應(yīng)的反應(yīng)條件應(yīng)( )A溫度越高越好溫度越高越好B壓強越大越好壓強越大越好C混合氣體中氫氣含量越高越好混合氣體中氫氣含量越高越好D所選的催化劑活性越大越好所選的催化劑活性越大越好實際上在合成氨的工業(yè)生產(chǎn)中，壓強不能太實際上在合成氨的工業(yè)生產(chǎn)中，壓強不

8、能太大，否則能耗太高，并且對設(shè)備的要求高。大，否則能耗太高，并且對設(shè)備的要求高。而根據(jù)化學(xué)平衡移動原理，此反應(yīng)溫度越低而根據(jù)化學(xué)平衡移動原理，此反應(yīng)溫度越低越有利于平衡向正方向移動，但溫度太低，越有利于平衡向正方向移動，但溫度太低，則催化劑的催化活性不能很好地發(fā)揮，反應(yīng)則催化劑的催化活性不能很好地發(fā)揮，反應(yīng)速率太慢；為解決上述矛盾，一般選擇使催速率太慢；為解決上述矛盾，一般選擇使催化劑活性最大時的溫度?；瘎┗钚宰畲髸r的溫度。3.為了進一步提高合成氨的生產(chǎn)效率，科研為了進一步提高合成氨的生產(chǎn)效率，科研中具有開發(fā)價值的是中具有開發(fā)價值的是( )A研制高溫下活性較大的催化劑研制高溫下活性較大的催化劑

9、B尋求尋求NH3的新來源的新來源C研制低溫下活性較大的催化劑研制低溫下活性較大的催化劑D研制耐高溫高壓的新型材料建造合成塔研制耐高溫高壓的新型材料建造合成塔解析：選解析：選C。合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降。合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度有利于提高合成氨的生產(chǎn)效率。低溫度有利于提高合成氨的生產(chǎn)效率。要點突破講練互動要點突破講練互動探究導(dǎo)引探究導(dǎo)引運用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理的運用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理的有關(guān)知識，同時考慮合成氨生產(chǎn)中的動力、材有關(guān)知識，同時考慮合成氨生產(chǎn)中的動力、材料、設(shè)備等因素如何選擇合成氨的適宜生產(chǎn)條料、設(shè)備等因素如何選擇合成氨的適宜生產(chǎn)條件？件？ 合成氨工業(yè)生產(chǎn)及適宜

10、條件合成氨工業(yè)生產(chǎn)及適宜條件的選擇的選擇提示：提示：(1)增加增加N2的比例。的比例。(2)一般采用的壓強在一般采用的壓強在1030 MPa之間。之間。(3)以以500 左右為宜。而且在此溫度下催左右為宜。而且在此溫度下催化劑活性最大?；瘎┗钚宰畲蟆?4)鐵觸媒為催化劑。鐵觸媒為催化劑。要點歸納要點歸納(3)合成：使原料氣進行化學(xué)反應(yīng)合成氨。合成：使原料氣進行化學(xué)反應(yīng)合成氨。及時分離出氨氣，剩余氣體再送回合成塔，及時分離出氨氣，剩余氣體再送回合成塔，循環(huán)利用。循環(huán)利用。(4)“三廢三廢”處理處理廢渣：主要是煤渣和炭黑，可用作肥料的廢渣：主要是煤渣和炭黑，可用作肥料的原料和建筑材料。原料和建筑材

11、料。廢氣：主要是廢氣：主要是H2S和和CO2等有害氣體。等有害氣體。H2S可用直接氧化法、循環(huán)法等回收技術(shù)處理，可用直接氧化法、循環(huán)法等回收技術(shù)處理，CO2可作為生成尿素和碳銨的原料。可作為生成尿素和碳銨的原料。(3)催化劑催化劑使用催化劑可加快化學(xué)反應(yīng)速率，但不影響使用催化劑可加快化學(xué)反應(yīng)速率，但不影響化學(xué)平衡化學(xué)平衡采用以鐵為主的催化劑。采用以鐵為主的催化劑。(4)循環(huán)操作循環(huán)操作合成氨轉(zhuǎn)化率較低，要采用循環(huán)操作?；旌虾铣砂鞭D(zhuǎn)化率較低，要采用循環(huán)操作?；旌蠚怏w通過冷凝器，使氨液化，將氨分離出氣體通過冷凝器，使氨液化，將氨分離出來，并將沒有完全反應(yīng)的來，并將沒有完全反應(yīng)的N2和和H2經(jīng)過循環(huán)

12、壓經(jīng)過循環(huán)壓縮機，再送入合成塔，使其被充分利用?？s機，再送入合成塔，使其被充分利用。特別提醒特別提醒(1)合成氨原料中的氮氣來源廣泛，擴大氫合成氨原料中的氮氣來源廣泛，擴大氫氣原料的來源以降低成本。氣原料的來源以降低成本。(2)反應(yīng)過程中的工藝條件常決定于催化劑反應(yīng)過程中的工藝條件常決定于催化劑的性能。研究高效的新型催化劑，以改變反的性能。研究高效的新型催化劑，以改變反應(yīng)條件。應(yīng)條件。即時應(yīng)用即時應(yīng)用(2012新鄉(xiāng)高二檢測新鄉(xiāng)高二檢測)利用天然氣合成氨利用天然氣合成氨的工藝流程如圖所示：的工藝流程如圖所示：依據(jù)上述流程，完成下列填空：依據(jù)上述流程，完成下列填空：(1)天然氣脫硫時的化學(xué)方程式是

13、天然氣脫硫時的化學(xué)方程式是_。(2)n mol CH4經(jīng)一次轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生經(jīng)一次轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生CO 0.9n mol，產(chǎn)生，產(chǎn)生H2_mol(用含用含n的代數(shù)式的代數(shù)式表示表示)。(3)二次轉(zhuǎn)化的主要原因一是二次轉(zhuǎn)化的主要原因一是_，二是二是_。(4)K2CO3(aq)和和CO2反應(yīng)在加壓條件下進反應(yīng)在加壓條件下進行，加壓的理論依據(jù)是行，加壓的理論依據(jù)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酸堿中和原理酸堿中和原理(5)由由KHCO3分解得到的分解得到的CO2可以用于可以用于_。(6)整個流程有三處循環(huán)，一是整個流程有三處循環(huán)，一是Fe(OH)3循環(huán)循環(huán),二是二是K2CO3(aq)

14、循環(huán)，請在上述流程圖中指循環(huán)，請在上述流程圖中指出第三處循環(huán)出第三處循環(huán)(循環(huán)方向、循環(huán)物質(zhì)循環(huán)方向、循環(huán)物質(zhì)) _。解析：根據(jù)框圖寫反應(yīng)的化學(xué)方程式時，一解析：根據(jù)框圖寫反應(yīng)的化學(xué)方程式時，一定要看清框圖中的反應(yīng)物和生成物是什么、定要看清框圖中的反應(yīng)物和生成物是什么、反應(yīng)的條件如何等重要信息。計算時也必須反應(yīng)的條件如何等重要信息。計算時也必須根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式進行。循環(huán)物質(zhì)肯定根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式進行。循環(huán)物質(zhì)肯定是反應(yīng)不完全時的剩余物，只有可逆反應(yīng)才是反應(yīng)不完全時的剩余物，只有可逆反應(yīng)才不能完全進行。不能完全進行。題型探究技法歸納題型探究技法歸納合成氨工藝流程合成氨工藝流程 某合成氨工廠

15、工藝流程如圖，試回某合成氨工廠工藝流程如圖，試回答相關(guān)問題。答相關(guān)問題。(1)不同的原料生產(chǎn)氫氣其經(jīng)濟指標(biāo)如表：不同的原料生產(chǎn)氫氣其經(jīng)濟指標(biāo)如表：天然天然氣氣石腦油石腦油重油重油煤焦煤焦油油投資投資/億元億元5.66.58.0/能源能源/GJt1(NH3)283035.541.854.4成本成本/元元t1(NH3)257390447220280500_。(3)氣體的精制氣體的精制經(jīng)凈化的氣體仍有少量的經(jīng)凈化的氣體仍有少量的CO有害氣體。常有害氣體。常用的除去用的除去CO的方法有銅洗法和甲烷化法。的方法有銅洗法和甲烷化法。銅洗法的原理：銅洗法的原理：CO(g)CH3COO Cu(NH3)2(aq

16、)NH3(l)CH3COOCu(NH3)3CO(aq)H0；反應(yīng)在銅洗塔中進行，反應(yīng)在銅洗塔中進行， 吸收后的銅液送到吸收后的銅液送到再生器中，在再生器中解吸再生器中，在再生器中解吸CO，適宜條件，適宜條件是是_，解吸后銅液循環(huán)使用。，解吸后銅液循環(huán)使用。【思路點撥思路點撥】解答此題注意以下兩點：解答此題注意以下兩點：(1)發(fā)展前景一方面從成本比較，另一方面發(fā)展前景一方面從成本比較，另一方面還要比較能源消耗，綜合兩者天然氣更具前還要比較能源消耗，綜合兩者天然氣更具前景。景。(2)補充方程式的關(guān)鍵是理解題意，最后生補充方程式的關(guān)鍵是理解題意，最后生成金屬氧化物和硫單質(zhì)。成金屬氧化物和硫單質(zhì)。 【

17、解析解析】本題考查了平衡原理在工業(yè)生產(chǎn)本題考查了平衡原理在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。反應(yīng)中生成中的應(yīng)用。反應(yīng)中生成SO2，要將，要將SO2轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成硫單質(zhì)。金屬硫化物中硫顯化成硫單質(zhì)。金屬硫化物中硫顯2價，價，SO2中硫顯中硫顯4價，通過兩者歸中反應(yīng)可制價，通過兩者歸中反應(yīng)可制得得硫。硫。(3)將將CO解吸出來，要使平衡向逆反應(yīng)解吸出來，要使平衡向逆反應(yīng)方向移動，因此需要的條件是減壓和加熱；方向移動，因此需要的條件是減壓和加熱；甲烷化平衡需正向移動，即條件為高壓和適甲烷化平衡需正向移動，即條件為高壓和適當(dāng)溫度。當(dāng)溫度。 熱點示例思維拓展熱點示例思維拓展經(jīng)典案例經(jīng)典案例實驗室模擬合成氨和氨催化氧實驗室模擬

18、合成氨和氨催化氧化的流程如下：化的流程如下：已知實驗室可用飽和亞硝酸鈉已知實驗室可用飽和亞硝酸鈉(NaNO2)溶液溶液與飽和氯化銨溶液經(jīng)加熱后反應(yīng)制取氮氣。與飽和氯化銨溶液經(jīng)加熱后反應(yīng)制取氮氣。(1)從上圖中選擇制取氣體的合適裝置：氮氣從上圖中選擇制取氣體的合適裝置：氮氣_、氫氣、氫氣_。(2)氮氣和氫氣通過甲裝置，甲裝置的作用除氮氣和氫氣通過甲裝置，甲裝置的作用除了將氣體混合外，還有了將氣體混合外，還有_、_。(3)氨合成器出來經(jīng)冷卻的氣體連續(xù)通入乙氨合成器出來經(jīng)冷卻的氣體連續(xù)通入乙裝置的水中吸收氨，裝置的水中吸收氨，_(填填“會會”或或“不會不會”)發(fā)生倒吸；原因是發(fā)生倒吸；原因是_。(4

19、)用乙裝置吸收一段時間氨后，再通入空用乙裝置吸收一段時間氨后，再通入空氣，同時將加熱的鉑絲插入乙裝置的錐形瓶氣，同時將加熱的鉑絲插入乙裝置的錐形瓶內(nèi)，能使鉑絲保持紅熱的原因是內(nèi)，能使鉑絲保持紅熱的原因是_，錐形瓶中還可觀察到的現(xiàn)象是錐形瓶中還可觀察到的現(xiàn)象是_。(5)寫出乙裝置中氨氧化的化學(xué)方程式：寫出乙裝置中氨氧化的化學(xué)方程式：_。(6)反應(yīng)結(jié)束后錐形瓶內(nèi)的溶液中含有反應(yīng)結(jié)束后錐形瓶內(nèi)的溶液中含有H、OH、_、_?！窘馕鼋馕觥勘绢}是考查氨的合成和氨催化氧本題是考查氨的合成和氨催化氧化的實驗題。制取氮氣用氯化銨溶液和亞硝化的實驗題。制取氮氣用氯化銨溶液和亞硝酸鈉溶液加熱反應(yīng)生成，故選酸鈉溶液加熱反應(yīng)生成，故選a裝置，制取裝置，制取氫氣用鋅與稀硫酸反應(yīng)，不用加熱，選氫氣用鋅與稀硫酸反應(yīng)，不用加熱，選b裝裝置。甲裝置的作用是混合氮氣、氫氣，干燥置。甲裝置的作用是混合氮氣、氫氣，干燥氣體，控制氮氣和氫氣的流速。從氨合成器氣體，控制氮氣和氫氣的流速。從氨合成器中出來的氣體主要是氮氣和氫氣，通入水中中出來的氣體主要是氮氣和氫氣，通入水中吸收氨氣，因為氮氣、氫氣難溶于水，不會吸收氨氣，因為氮氣、氫氣難溶于水，不會倒吸。倒吸。