2018版高中化学人教版选修2课件：1.2 人工固氮技术――合成氨.ppt

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1、课题2人工固氮技术——合成氨1.能记住工业合成氨的基本原理、基本生产过程以及合成氨工业的发展。2.能记住工业获得合成氨的大量廉价原料气的方法,能说出合成氨原料气循环利用的原理和重要意义。3.能说出工业合成氨与环境的关系。一二三一、合成氨的反应原理1.反应的化学方程式2.反应的特点(1)可逆反应;(2)放热反应;(3)气体分子总数减小的反应。3.适宜化工生产条件的选择温度:400~500℃;压强:10~30MPa;催化剂:以铁为主的催化剂。一二三①合成氨反应中催化剂的主要作用是什么?②合成氨方案的主要优点是什么?提示:①催化剂的主要作用是提高反应速率。②合成氨方案的主要优点:反

2、应物较易获得,通过改变反应条件可以提高氨的产率。一二三二、合成氨的基本生产过程主要包括三个步骤:造气、净化、合成。1.制备合成氨的原料气(1)制备氮气。方法一:将空气液化后蒸发分离出氧气而获得氮气。方法二:将空气中的氧气与碳作用生成二氧化碳,再除去二氧化碳得到氮气。(2)制备氢气。一二三为什么对原料气进行净化?提示:合成氨需要纯净的氮气和氢气。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而失去催化作用。一二三3.氨的合成与分离(1)氨的合成:净化后的原料气进入氨合成塔,在高温、高压和催化剂作用下合成氨。(2)氨的分离:从合成塔出来的混合气体通

3、过冷凝器使氨液化,从而将氨分离出来。合成塔出来的混合气体中约含15%(体积分数)的氨,分离出氨后为什么要进行循环操作?提示:①合成氨反应转化率低,从合成塔出来的混合气体中氮气和氢气的含量较大;②循环操作的主要目的是充分利用原料、降低成本;③循环操作利于实现全封闭、连续化生产,利于减少工序、控制废物的排放。一二三三、合成氨工业的发展1.原料及原料气的净化2.催化剂的改进3.环境保护废渣:用作建材和肥料的原料。废气:主要是H2S和CO2等有害气体。可用直接氧化法,循环法处理H2S;研究将CO2作为尿素和碳铵生产原料的途径。废液:主要是含氰化物和含氨的污水。一二三一、合成氨条件的选

4、择1.合成氨反应的特点ΔH-TΔS=-46.1kJ·mol-1-298K×(-99.5×10-3kJ·K-1·mol-1)=-16.45kJ·mol-1<0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气体物质的量减少的熵减反应;③该反应的正反应是放热反应。一二三2.合成氨工业要求(1)反应要有较大的反应速率;(2)要最大限度地提高平衡混合物中NH3的含量。3.工业合成氨最佳条件的选择任何化工生产适宜条件的选择都要从两个方面考虑:理论和实际。一二三一二三综上可知,要使合成氨的化学反应具有理想的反应速率和反应物的平衡转

5、化率,应掌握合成氨化学反应本身的特点,运用化学反应速率和化学平衡原理,同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素,综合确定合成氨的条件。当前,从所用催化剂的活性对温度的要求、工业生产对化学反应的速率与限度的要求、制作生产设备的材料性能和技术水平、追求生产投入与产品的最大正效益等实际情况来看,400~500℃的温度、10~30MPa的压强和铁触媒的组合是合成氨的最佳条件。特别提醒为了提高合成氨生产的综合经济效益,还有三点是不可忽视的:①使原料气中n(N2)∶n(H2)≈1∶3;②将从反应混合物中分离出来的氮气和氢气重新压缩后输入合成塔再次利用;③及时将NH3从平衡混合物中分离

6、出来。一二三二、合成氨的生产工艺1.关键设备合成塔。2.工艺流程一二三三、合成氨原料气的制备1.氮气的制备(1)物理方法:将空气液化,蒸发分离出N2。由于相对分子质量越大,分子间作用力越大,空气中所含气体的沸点N2

7、耗、成本、环境等重要因素。由电解水制氢气,电能消耗大,成本高,不适于制取大量的氢气。知识点1知识点2【例题1】下列有关合成氨工业的叙述,可用勒夏特列原理来解释的是()A.使用铁触媒,有利于合成氨B.高压比常压条件更有利于合成氨的反应C.500℃左右比室温更有利于合成氨的反应D.合成氨时采用循环操作,可提高原料的利用率解析:选项A中催化剂不能使平衡移动;选项B中加压可使合成氨反应正向移动;选项C中高温不利于合成氨,只能加快反应速率,另外,500℃左右铁触媒活性较高;选项D中,循环操作,不涉及平衡移动问题。