課題2　人工固氮技術(shù)──合成氨

1、含氮化合物在生活中的意義：氮是植物生長(zhǎng)必不可少的元素之一。農(nóng)作物每年從土壤中吸收大量含氮化合物。導(dǎo)入新課含氮化合物的作用：制造染料制造人造纖維制造油漆制造炸藥自然界中的氮循環(huán) 氮的固定：將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)氮的方法 土壤中含氮化合物的主要來(lái)源：1.雷雨放電；2.生物固氮；3.動(dòng)物的排泄物或腐敗尸體中含氮化合物進(jìn)入土壤。 在大氣中，氮的含量為78%，卻不能被人類呼吸利用，如何有效地利用廉價(jià)的自然資源生產(chǎn)含氮的化合物？1.合成氨的反應(yīng)原理2.合成氨的基本生產(chǎn)過(guò)程3.合成氨的工業(yè)生產(chǎn)第二節(jié)：人工固氮技術(shù)合成氨1.了解合成氨的反應(yīng)原理2.了解合成氨的基本生產(chǎn)過(guò)程3.了解合成工業(yè)發(fā)展中需要解決的問(wèn)題

2、教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與能力情感與態(tài)度過(guò)程與方法 利用多媒體動(dòng)畫、電腦圖片等學(xué)習(xí)有研究合成氨的一般步驟和方法。充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。培養(yǎng)學(xué)生勤于觀察、勤于總結(jié)思考的科學(xué)態(tài)度。提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。合成氨的反應(yīng)原理合成氨生產(chǎn)的適宜條件合成氨生產(chǎn)的適宜條件教學(xué)重難點(diǎn)重點(diǎn)難點(diǎn)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)高溫、高壓催化劑 通常以鐵為主的催化劑。 在400500和10 30MPa的條件下最適宜。 一.合成氨的反應(yīng)原理注意1 1.合成氨反應(yīng)中催化劑的主要作用是什么？ 鐵做催化劑可以顯著提高反應(yīng)速率。2.合成氨方案的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？反應(yīng)物中氮?dú)夂蜌錃舛伎梢詮拇髿庵蝎@得。想一想 3.合成氨反應(yīng)是一個(gè)可逆、

3、放熱、氣體分子總數(shù)減少的反應(yīng)，根據(jù)勒夏特列原理分析工業(yè)適宜的反映條件。 根據(jù)勒夏特列原理，溫度越低，壓強(qiáng)越大，該反應(yīng)的平衡體系中氨的含量越高；但降低溫度則反應(yīng)速率降低，因此，適宜的條件才能適應(yīng)工業(yè)生產(chǎn)。 4.從原料、能源、設(shè)備等方面分析和推測(cè)合成氨反應(yīng)在實(shí)際生產(chǎn)中可能遇到的問(wèn)題？ 從經(jīng)濟(jì)上考慮：產(chǎn)品的市場(chǎng)前景如何，物料的使用和轉(zhuǎn)運(yùn)、能耗、設(shè)備的投入和產(chǎn)出是否合理；提示： 從環(huán)境影響考慮：廠址的選定、原料的處理、生產(chǎn)過(guò)程及“三廢”的處理 還要考慮設(shè)備和技術(shù)條件能否合理，操作是否安全可靠，能否實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制等。設(shè)備：二、合成氨的基本生產(chǎn)過(guò)程三步驟：造氣 制備合成氨的原料氣凈化 原料氣的凈化處理 合成

4、 使原料氣進(jìn)行反應(yīng)合成氨制備合成氨的原料氣 氮?dú)獾膩?lái)源:取自空氣，一是將空氣液化后蒸發(fā)分離出氧氣而獲得氮?dú)?另一是將空氣中的氧氣與碳作用生成二氧化碳,再除去二氧化碳得氮?dú)? 氫氣的來(lái)源:碳與水的作用或碳?xì)浠衔锱c水的作用.C + H2O = CO + H2石油天然氣焦?fàn)t氣煉廠氣含有大量碳?xì)浠衔锸屠鼵H4+H2O=3H2+COCH4+2H2O=4H2+CO原料氣凈化處理： 在制取原料其的過(guò)程中，?；煊幸恍╇s質(zhì)，其中某些雜質(zhì)會(huì)使合成氨的催化劑“中毒”，必須出去的過(guò)程。例用稀氨水吸收 H2S雜質(zhì)：NH3H2O+H2S =NH4HS+H2O原料氣中將CO轉(zhuǎn)化為CO2的方法：CO+H2O=CO2+H

5、2將CO2吸收的方法：K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3用醋酸、銅和氨配制成的溶液吸收CO、CO2、O2、H2S等少量有害氣體。氨的合成與分離凈化氣體壓縮機(jī)氨合成塔冷凝器分離器高溫高壓循環(huán)二、合成氨的基本生產(chǎn)過(guò)程三步驟：造氣 制備合成氨的原料氣凈化 原料氣凈化處理 合成 使原料氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)合成氨為什么要循環(huán)操作？1.可以充分利用原料，降低成本。 2.有利于實(shí)現(xiàn)全封閉、連續(xù)化生產(chǎn)、有利于減少工序、控制廢棄物的排放。想一想 說(shuō)明合成氨工業(yè)可以進(jìn)行的聯(lián)合生產(chǎn)有或深加工有那些？ 合成氨與硝銨、碳銨等氮肥生產(chǎn)的聯(lián)合； 石油精煉廠與合成洗滌劑廠的聯(lián)合生產(chǎn)。三、合成氨工業(yè)的發(fā)展1.原料及原料氣的凈化

6、 原料中氮?dú)庠诳諝庵惺侨≈槐M用之不竭的； 早期：以焦炭和水為原料生產(chǎn)水煤氣制得氫。 現(xiàn)在：用不同的固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的可燃物為原料制得氫。2.催化劑的改進(jìn) 催化劑的性質(zhì)往往決定化學(xué)反應(yīng)的條件，催化劑的突破可以徹底改變工藝流程。3.環(huán)境保護(hù)廢渣 主要來(lái)自造氣階段。 例：以煤為原料的產(chǎn)生的煤渣，以中有為原料產(chǎn)生的炭黑等，大都用于建材和肥料的原料。廢氣 主要是H2S和CO2等有害氣體 H2S用直接接觸法或循環(huán)法回收 CO2不是有害氣體，但過(guò)多會(huì)導(dǎo)致溫室效應(yīng)，可作為尿素、碳銨等原料。廢液 主要是含氰化物和氨的污水 可以用生化、加壓水解、氧化分解、化學(xué)沉淀、反吹回爐等方法處理含氰化物?？捎谜麴s法回收含氨

7、廢水。工業(yè)合成氨的原理是什么？ 氫氣和氮?dú)庠谝欢l件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氨氣。N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)高溫、高壓催化劑課堂小結(jié)工業(yè)合成氨的反映條件是什么？高溫 400500高壓 10 30MPa催化劑 Fe合成氨使用的催化劑工業(yè)合成氨的生產(chǎn)過(guò)程是什么？造氣 制備合成氨的原料氣凈化 原料氣凈化處理 合成 使原料氣進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)合成氨工業(yè)合成氨中產(chǎn)生的三廢如何處理？廢氣 H2S用直接接觸法或循環(huán)法回收;CO2不是有害氣體，但過(guò)多會(huì)導(dǎo)致溫室效應(yīng)，可作為尿素、碳銨等原料。廢渣 做建材和肥料的原料廢液生化、加壓水解、氧化分解、化學(xué)沉淀、反吹回爐等方法處理含氰化物。蒸餾法回收含氨廢水 1.回答合成氨生產(chǎn)中的各種措施的主要作用是什么？（1）及時(shí)將生產(chǎn)出的氨從混合氣體中分離出來(lái)。 作用：提高原料的利用率。（2）在設(shè)備允許的條件下采用高壓。作用：提高混合氣體中氨的含量。課堂練習(xí)（3）使用鐵為主的催化劑。作用：提高反應(yīng)速率。（4）除去原料氣中的有害物質(zhì)。作用：防止催化劑中毒。（5）不采用很高的溫度。作用：提高混合氣體中氨的含量。CA增大壓強(qiáng) B降低溫度C增大水蒸氣濃度 D