(苏教化学选修2)2.1《氨的合成》ppt课件(44页)

D．研制耐高温、高压的新型材料建造合成塔
解析 合成氨的反应特点是放热反应，降低温度有利于提高
合成氨的生产效率。
答案 C
自1913年世界上第一座合成氨厂投产以来，合成氨工业不断发 展。目前，合成氨工业的主要研究领域有： 1．原料及原料气的净化 由于氮气来自空气，取之不尽用之不竭。制氢气的工艺和技术 成为研究的主要课题。早期的合成氨工业，主要以焦炭与水为 原料生产水煤气以得到氢气。现在已经可以使用各种不同的固 态(煤和焦炭等)、液态(石油中提炼的石脑油和重油等)和气态(天 然气、焦炉气等)可燃物作为制氢气的原料，由于原料不同，原 料气的净化工艺和技术也不断改进。
(4)下面是合成氨的简要流程示意图：
沿X路线回去的物质是 A．N2和H2 C．NH3
B．催化剂 D．H2
( )。
(5)硝酸厂的尾气中含有NO和NO2等污染物，为了防止污染大气 可以用烧碱溶液吸收从吸收塔中放出的尾气，发生的反应如
下：2NaOH＋NO＋NO2===2NaNO2＋H2O 2NaOH＋2NO2===NaNO2＋NaNO3＋H2O 但在实际生产中常用纯碱代替烧碱，也能发生类似的反应，且
高温、高压 催化剂
2NH3(g)。已知：298 K时，ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝ －99.5 J·K－1·mol－1。
请你根据正反应的焓变和熵变分析298 K下合成氨反应
能否自发进行。
ΔH－TΔS＝－92.4 kJ·mol－1－298 K×(－99.5×10－3
kJ·K－1·mol－1)＝－62.7 kJ·mol－1＜0
2．原料气的净化 (1)对原料气净化的原因：在制取原料气的过程中，常混有一 些杂质，其中的某些杂质会使合成氨所用的催化剂“中 毒”，所以必须除去，这一过程称为原料气的净化。 (2) 吸 收 H2S ： 用 稀 氨 水 吸 收 H2S 杂 质 ： NH3·H2O ＋ H2S===NH4HS＋H2O
(3)除去CO：制中在催化剂(如Fe2O3和CuO等)作用下，一氧 化碳可以与水蒸气反应生成二氧化碳和氢气：CO＋
1．了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义，知 道催化剂的研制对促进化工发展的重大意义，认识实际化工 生产技术问题的复杂性，增强技术意识。
2．从合成氨工业流程与技术出发了解化学在工农业生产中的具 体应用，认识化学学科发展对化工生产技术进步的促进作 用，认识化学工业在国民经济发展中的地位。
常温下，合成氨反应能自发进行，所以合成氨的反应特点：① 所有的反应物和生成物都是气态，且该反应为可逆反应；②气 体的物质的量减少的熵减反应；③该反应的正反应是放热反 应。
2．合成氨反应原理的实验研究 实验方法 在一干燥的硬质试管中放入适量铁丝绒，按照右图连接好实 验装置。加热试管中的铁丝绒至红热后，用注射器抽取20 mL干燥氮气和60 mL干燥氢气，将混合气体通入试管，并 将湿润的pH试纸置于导管口处，观察试纸的变化。
第一单元 氨的合成
1．N2与H2生成NH3的反应特点？ 提示 可逆反应，即N2、H2与NH3是一个共存体系。
2．影响化学反应速率和化学平衡移动的因素？ 提示 (1)影响化学反应速率的因素 ①浓度 ②温度 ③压强 ④催化剂 (2)影响化学平衡移动的因素 ①浓度 ②压强 ③温度
3．从合成氨的经济效益考虑如何选择恰当的条件？ 提示 要提高合成氨经济效益，一要考虑反应快慢 二要考虑N2与H2的转化率，所以合适的条件为温度为500～ 700 ℃ ， 选 择 中 压 、 适 宜 的 催 化 剂 ， N2 与 H2 的 投 料 比 为 1∶2.8时，生成的NH3及时分离移出。
H2O(g)
催化剂 =高==温==
CO2＋H2。生成的二氧化碳，常采用K2CO3
溶液吸收：K2CO3＋CO2＋H2O===2KHCO3。 (4)精制原料气：原料气通过用醋酸、铜和氨配酸制成的溶
液来吸收CO、CO2、O2、H2S等少量有害气体，进行精制 处理。
3．氨的合成与分离 净化后的原料气经过压缩机压缩至高压，进入氨合成塔，氮 气与氢气在高温、高压和催化剂作用下合成氨。从合成塔出 来的混合气体，通常约含20%(体积分数)的氨。为了使氨从 没有起反应的氮气和氢气里分离出来，要把混合气体通过冷 凝器使氨液化，然后在气体分离器里把液态氨分离出来导入 液氨贮罐。由气体分离器出来的气体，经过循环压缩机，再 送到合成塔中进行反应。
合成氨的实验装置
实验现象 导管口处的湿润的pH试纸变为蓝色。 实验结论 在铁丝绒和加热的条件下，氮气与氢气反应生成了氨。
3．合成氨最佳条件
对化学反 反应条件 应速率的
影响
有利于增 增大压强 大化学反
应速率
对平衡混合物 中氨含量(体积 分数)的影响
有利于提高平 衡混合物中氨 的含量
合成氨条件的选择
解析 催化剂只能改变化学反应速率，不能改变化学平 衡，正催化剂能提高化学反应速率，负催化剂能降低化学 反应速率。N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的正反应既是放热反 应又是气体总体积缩小的反应，加热能提高化学反应速率 并使化学平衡向逆反应方向移动；加压能提高化学反应速 率并使化学平衡向正反应方向移动。 答案 C
2．合成塔的构造特点
原料气从 塔底 进入，向上流经 外筒 的环隙，至顶端后再进
入 热交换器 。折流向下的气体穿过 热交换器 的管
间，被加热到400 ℃左右进入第一层催化剂，经反应后温度 上升到 500 ℃左右。在第一、二层间，反应气与冷的 原料气
混合后进入第二层催化剂，以此类推，最后的气体从
第四层催化剂底部
尽量使化学平衡向生成NH3的方向移动，应为高压、降低温 度并减少NH3的浓度，故③④合理。 答案 C
1．造气 原料气中的氮气来自于空气，而氢气来自于含氢的天然 气、煤、炼油产品。以天然气为原料时，反应可简单表示 为CH4＋H2O(g) =高==温== CO＋3H2，CO＋H2O(g) =高==温== CO2 ＋H2。
增大压强，有利于氨 的合成，但需要的动 力大，对材料、设备 等要求也高，因此， 工业上一般采用20～ 50 MPa的压强
升高 温度
使用 催化剂
续表
有利于 增大化 学反应 速率
有利于 增大化 学反应 速率
不利于提 高平衡混 合物中氨 的含量
升高温度，化学反应速 率增大，但不利于提高 平衡混合物中氨的含量 ，因此，合成氨时温度 要适宜，工业上一般采 用400～500 ℃左右的温 度，在这个温度时，铁 触媒的活性也最大
1.合成氨反应的特点
合成氨是20世纪初德国人 哈伯
发明的。实际生产
在 高压 、适宜温度 和 催化剂条件下进行：
N2(g)＋3H2(g)催化5剂00、℃高压2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－
1，这一可逆反应的特点是正反应为气体体积 减小 的 放热 反应。
2．合成氨反应条件的选择 在合成氨生产中要综合考虑 反应速率 、催化剂工作温度 、 反应物转化率 、 反应装置材料 与 生产技术水平 来确定 反应的条件。 目前，工业上用 铁触媒 作催化剂，在 20～50 MPa、450 ℃ 左右用氮、氢混合气体进行氨的合成，得到的平衡混合物 中，氨的含量约为20%。
工模拟生物固氮。
【慎思4】为什么N2与H2的投料之比为1∶2.8而不是1∶3? 提示 尽管N2与H2按1∶3反应但是为了提高价格较高的H2 的转化率，可适当增加N2的投量，故选择1∶2.8。
【慎思5】原料N2和H2在进合成塔前为什么净化？ 提示 防止催化剂中毒。
1．合成氨反应的特点
合成氨反应是一个可逆反应：N2(g)＋3H2(g)
化工生产中采用循环操作的原因：①很多化学反应并不能将反 应进行到底；②循环操作能充分利用原料，降低成本；③有利 于实现全封闭、连续化生产，有利于减少工序、控制废弃物的 排放。
【体验2】 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
【例2】 氨在国民经济中占有重要的地位。现在约有80%的氨用
来制造化肥，其余的用作生产其他化工产品的原料。例
如，农业上使用的氮肥如尿素、硝酸铵、硫酸铵、氯化
铵、氨水以及各种含氮混合肥料和复合肥料，都是以氨为
原料制成的；氨氧化法制硝酸是工业上制硝酸的主要方
法。
(1)对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施以高压，下列
工业上一般采用铁触媒 没有影响 ，使反应能在较低温度
下较快地进行
【例1】化学反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的正反应是放热反 应，在一定的条件下达到了化学平衡。要再提高化学反应
速率并使化学平衡向逆反应方向移动，下列措施中最合适
的是
( )。
A．施加负催化剂并加压 B．施加正催化剂并加压
C．施加正催化剂并加热 D．加热并加压
答案 (1)C (2)铁 20～50 MPa 400～500 ℃
(3)③
CH4＋H2O(g)
催化剂 =高==温==
CO＋3H2
CO＋H2O(g)
催化剂 ==△===
CO2＋H2 (4)A (5)①Na2CO3＋NO＋NO2===2NaNO2＋CO2 ②Na2CO3＋2NO2===NaNO2＋NaNO3＋CO2
叙述中正确的是
( )。
A．都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响 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时间，而压强无此作用
(2) 综 合 考 虑 各 种 因 素 ， 在 实 际 生 产 中 ， 合 成 氨 一 般 选 择 以 ________ 为 主 的 催 化 剂 ， 压 强 在 ________ 之 间 ， 温 度 ________。 (3)要实现合成氨的工业化生产，首先要解决氢气和氮气的来源 问题。氢气的制取可有以下几条途径：①电解水制取氢气，② 由煤或焦炭来制取氢气，③由天然气或重油制取氢气。你认为 哪种方法是最佳选择？________(填序号)，其反应的化学方程式 为______________________________________________。