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课题2人工固氮技术一一合成氨学案 【学习目标】1.了解氮的固定及人工固氮对人类社会发展的意义。 2.利用化学反 应速率和化学平衡理论解释合成氨中的相关问题。 3.了解合成氨的主要原理、原 料、典型设备、流程和意义。 【基础知识】 一、合成氨的反应原理 .反应的化学方程式 工业合成氨反应的化学方程式 .反应的特点 ⑴^应； （2） 反应； ⑶ 气体分子总数 的反应。 3.适宜工业生产条件的选择（思考：压强怎么定？温度怎么选择 ？浓度怎么定？） 外界条件 温度 催化剂 压强 浓度 理论生成 使NH3生产快 （反应速率快） 使NH3产率高 （平衡右移） 实际生成 方法指导：实际生产中压强结合动力能耗、设备材料；温度结合催化剂活性 ） 0. L 10 20 30 60 IDO 2W 15.3 阪4 9b, 4 9乩a 300 2.2 52.0 64.2 71.0 84.2 92. 400 0,4 25.1 3a.2 47.0 65.2 79.fi 500 01 10.6 19. 1 26一 4 42.2 57. 5 M)0 0, 05 4.5 9.] 13.0 23. 1 31.4 二、合成氨的基本生产过程 主要包括三个步骤：: .制备合成氨的原料气（思考：设计制备原料气的方案？） （1）制备氮气 (2)制备氢气 世界和魏国能源消费结施 世界和魏国能源消费结施 .原料气的净化(已知：原料气中的成分：N2、H2、H2S、CO、CO2) (思考：为什么对原料气进行净化？设计净化原料气的方案？) .氨的合成与分离 ⑴氨的合成：净化后的原料气进入合成塔，在 ? ?口 作用 下合成氨。 (2)氨的分离：从合成塔出来的混合气体通过 侦氨,从而将氨分离 出来。 思考：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？ 三、合成氨工业的发展 .原料及原料气的净化、 土废”处理技术改进 .新型高效催化剂合成 .化学模拟生物固氮 【练习】1.已知2SO2 (g) +O2 (g) = 2SO3 (g) ; ^Hv。的实验数据如下表： 温度 /、同压强下SO2的转化率(%) 1M05Pa _5_ 5M05Pa 1 X106Pa 5X106Pa 1 X107Pa 450 c 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 c 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 (1)应选的温度是。 (2)应采用的压强是 ,理由是。| (3)在合成的SO3过程中，不需要分离出SO3的原因是 四、课后拓展性作业 查阅资料，寻找吸收塔中的技术问题。 伊主要由接触室和热交换器两部分组成，氮气和氢气在合成塔内如何反应？ &热交换器取什么样的作用?气体的流向设计有什么好处？ 大课后提升练习| 合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为： N2(g)+3H2(g)? 2NH3(g)AH=-92.4 kJ/mol 一种工业合成氨的简易流程图如图 [ TI III IV V 天然气脱硫制氨气*热交彼一? 天然气脱硫 制氨气 *热交彼一? .合欣氮 加压 图1 (1)天然气中的H2s杂质常用氨水吸收，产物为 NH4HS. 一定条件下向NH4HS 忸液币通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式： (3)步骤 II 中制氢气原理如下： ①CH4(g)+H2O(g)? CO2(g)+3H2(g)△ H=+206.4 kJ/mol ②CO(g)+H2O(g)? CO2(g)+H2(g)AH=-41.2 kJ/mol 对于反应①，一定可以提高平衡体系中 H2百分含量，又能加快反应速率的措施是 a.升高温度；b .增大水蒸气浓度；c.加入催化剂；d.降低压强 利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2产量，若1mol CO和H2的混合气体(CO 的体积分数为20%)与H2O反应，得至I 1.18mol CO、CO2和 内的混合气体，M CO转化率为(3)图2表示500C、60.0MPa条件下，原料气投料比与平衡 时NH3体积分数的关系.根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数： (4)依据温度对合成氨反应的影响，在图 3坐标系中，画出一定条件下的密闭容 器内，从通入原料气开始，随温度不断升高， NH3物质的量变化的曲线示意图.