课题2 人工固氮技术--合成氨3页

课题 2 人工固氮技术-------合成氨 教案
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
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 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 400～
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 、 转化为 ；
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 、
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？
催化剂
高温高压
2N 2H 3NH
2N
2H

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：
①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。
②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。
③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：
①用水蒸气和焦碳高温反应制得，主要反应 ， 。
②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 ：
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