2022人教版選修2課題2《人工固氮技術(shù)──合成氨》word學(xué)案

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1、2022人教版選修2課題2《人工固氮技術(shù)──合成氨》word學(xué)案 學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.理解如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理，選擇合成氨的適宜條件。 2.了解合成氨生產(chǎn)的一般流程和反應(yīng)原理、反應(yīng)條件等。 3.介紹合成氨，體現(xiàn)化工生產(chǎn)的過程，體現(xiàn)實驗室研究與實際生產(chǎn)之間轉(zhuǎn)化過程。 【學(xué)習(xí)過程】 一、氮的固定 1、定義：將_________的氮轉(zhuǎn)化為____________的氮的方法。 2、方法：氮的固定主要方法有： （1）人工固氮：合成氨（其條件要求高、成本高、轉(zhuǎn)化率低、效率低。） （2）自然固氮：根瘤菌，生物固氮。（常溫常壓下進(jìn)行。成本低、轉(zhuǎn)化率高、效率高。）

2、 雷電作用。 3、工業(yè)應(yīng)用： 模擬生物的功能，把生物的功能原理用于化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)，借以改善現(xiàn)有的并創(chuàng)造嶄新的化學(xué)工藝過程。 二、合成氨的反應(yīng)原理 【實驗】分析P10的實驗1-1，結(jié)合有關(guān)物質(zhì)的物理、化學(xué)性質(zhì)總結(jié)試管口處濕潤的PH試紙的變化，推測有關(guān)反應(yīng)。 合成氨的反應(yīng)式是：____________________________________________ 注意：1、實驗現(xiàn)象：加熱試管中的鐵絲絨至紅熱后注入氫氣和氮氣的混合氣體，可以看到濕潤的PH試紙變_____色。 2、該反應(yīng)的特點：（1）該反應(yīng)為_______反應(yīng)。

3、 （2）該反應(yīng)正反應(yīng)為氣體體積_______的反應(yīng)。 （3）該反應(yīng)的正反應(yīng)為_____熱反應(yīng)。 3、工業(yè)上，采用以鐵為主的催化劑，在400～500℃和10Mpa～30 Mpa的條件下合成氨。 結(jié)合反應(yīng)特點和化學(xué)平衡知識分析合成氨的適宜條件是： _______________________________________________________________________________ 應(yīng)注意催化劑的如下特點： ①選擇性：不同的反應(yīng)選擇不同的催化劑，如合成氨選擇了鐵觸媒。每種催化劑都是對特定的反應(yīng)有催化作用，

4、并非能改變?nèi)魏位瘜W(xué)反應(yīng)的速率。 ②靈敏性：催化劑中混入雜質(zhì)，常常會失去催化作用，稱催化劑“中毒”，因此反應(yīng)氣體進(jìn)入反應(yīng)器前必須凈化。 ③催化劑只有在活化溫度以上才能起催化作用，如鐵觸媒活化溫度為400～500℃，因此該溫度為合成氨的適宜溫度。 三、合成氨的基本生產(chǎn)過程 1、合成氨三個主要步驟是 （1）造氣 制備合成氨的原料氣 ； （2）凈化 原料氣的凈化處理； （3）合成 將原料氣進(jìn)行化學(xué)合成為氨。 2. 制備合成氨的原料氣 （1）制取N2： 物理方法： 化學(xué)方法： （2）制取H2： ①水煤氣法：主要反應(yīng)為____________

5、________________________________________ _____________________________________________________ ②也可用石油、天然氣、焦?fàn)t氣、煉廠氣等所含有的大量的碳?xì)浠衔锱c水蒸汽在催化劑作用下制備。 以甲烷為例寫出其主要反應(yīng) ：_______________________________________________ ________________________________________________ 3. 原料氣凈化處理

6、 （1）原料氣凈化的原因：除去某些雜質(zhì)，防止使合成氨所用的催化劑中毒。 主要雜質(zhì)：H2S、CO （2）用稀氨水吸收H2S雜質(zhì) ：_____________________________________________ （3）除CO：使CO變成CO2 ，再用K2CO3吸收 ________________________________________________________________ _______________________

7、_________________________________________ （4）最后，原料氣還需進(jìn)行精制處理，如用醋酸銅和氨配制成的溶液來吸收CO、CO2 、 O2、H2S等少量有害氣體。 4. 氨的合成與分離 （1）氨的合成：將凈化的原料氣加壓送進(jìn)__________，在適宜條件下充分反應(yīng)制取氨。 （2）從合成塔出來的混合氣體，其中氨氣占總體積的15%，要把混合氣體通過冷凝器使氨液化，再導(dǎo)入液氨貯罐。 【思考】合成氨是一個可逆反應(yīng)，所以在生產(chǎn)中要把生成的氨及時從混合氣體中分離出來，并且不斷地向循環(huán)氣中補充氮、氫氣，這是為什么？ ______________

8、_____________________________________________________________ __________________________________________________________________________. 四、合成氨工業(yè)的發(fā)展 1.原料及原料氣的凈原料氣之一的氮氣來自空氣，目前氫氣主要通過不同的固態(tài)（煤和焦炭）、液態(tài)（石油提煉后的石腦油、重油）、氣態(tài)（天然氣、焦?fàn)t氣）可燃物為原料。 2.催化劑的改進(jìn) 多年來一直用磁鐵礦催化劑，目前有采用釕為基礎(chǔ)活性物質(zhì)的新型催化劑。 3.環(huán)境保護(hù) （1）廢渣：可用作建材和肥料的原料。 （2）廢氣：主要是H2S和CO2 等有害氣體，對H2S的處理，可用直接氧化法（選擇性催化氧化）、循環(huán)法（用溶劑吸收濃縮），CO2也可用來生產(chǎn)尿素和碳銨等。 （3）廢液：主要是含氰化物和含氨的污水，處理含氰化物主要用有生化、加壓水解、氧化分解、化學(xué)沉淀、反吹回爐等方法。處理氨廢水可用蒸餾的方法回收，也可用離子交換法治理。