1、人工固氮技術合成氨,李靜,人工固氮技術合成氨,一、教材分析,課標分析,本節(jié)內容在教材中地位和功能,以“人類需要的物質產品化學反應原理生產過程及其發(fā)展”為線索構建單元體系。,教材內容呈現(xiàn),教學目標,教學重難點,合成氨的反應原理 合成氨生產的適宜條件,合成氨生產的適宜條件,二、學情分析,心理特征,能力起點,知識起點,善于在產生的認知沖突下接受新知識。,有基本的歸納、總結、分析類比、遷移等能力,在必修一中學生已經對合成氨的原理有了一定的了解。已掌握氮對動植物的重要性，生物中也掌握了生物固氮技術，以及化學反應速率和化學平衡原理。,三、教法學法,教法- 1情境激學法2講授法 3指導讀書法 4啟迪、歸納法

2、,學法- 1討論交流法 2回顧舊知識,教學過程,教學過程,教學過程,P9思考與交流,問題1.哪一種自然過程可能會成為工業(yè)化生產過程?,問題2.人工固氮為什么選擇了合成氨？,工業(yè)合成氨的反應原理,教學過程,(1體積) (3體積) (2體積),特點：,a、可逆反應,b、正反應為放熱反應,c、正反應是氣體體積縮小的反應。,d、反應需要有催化劑才能較快的進行 。,教學過程,高溫高壓,催化劑,增大反應物濃度,高壓,高溫,使用催化劑,增大反應物濃度 減小生成物濃度,高壓,低溫,無影響,增大反應物的濃度可以增大反應速率，減小生成物的濃度可以使平衡正向移動。從化學平衡的角度分析，在氮氣和氫氣的物質的量比為1：

3、3時，平衡轉化率最大，但是實驗測得適當提高N2的濃度，即N2和H2的物質的量比為1：2.8時，更能促進氨的合成。,實際生產中的處理方法：使用過量的氮氣，及時將氣態(tài)氨冷卻液化分離出去；及時將氮氣和氫氣循環(huán)利用，使其保持一定的濃度。,1、濃度怎么定？ N2 和H2的比例怎么定？,教學過程,合成氨反應是氣態(tài)物質系數減小的氣體反應，增大壓強既可以增大反應速率，又能使平衡正向移動，所以理論上壓強越大越好。 但是壓強越大，對設備的要求高、壓縮H2和N2所需要的動力大，因此選擇壓強應符合實際科學技術。我國中型及大部分小型合成氨廠，采用中壓法氨合成流程，操作壓力在32MPa左右。,綜合以上兩點:根據反應器可使

4、用的鋼材質量及綜合指標來選擇壓強,1030MPa。,2、壓強怎么選？,教學過程,A201(含Co)與A110（普通）活性對比,20MPa 30,000 h-1,結論：控制溫度在450 左右,教學過程,3、溫度怎么選擇？,使用催化劑可使合成氨反應的速率提高上萬億倍。,4、使用催化劑？,實際生產中選用鐵為主體的多成分催化劑（鐵觸媒），它在450時活性最高。,經濟效益和社會效益要求化學反應速度要快，原料的利用率要高，單位時間的產量要高。,教學過程,由于反應后氣體中氨含量不高，一般只有10%20%，將未反應的氫氮氣循環(huán)的流程,工業(yè)合成氨的反應條件,1）濃度：N2和H2的物質的量比為1：2.8的 投料比

5、, 氨及時從混合氣中分離出去將未反應的氫氮氣循環(huán)的流程 2）溫度：400500； 3）高壓:10MPa30MPa； 4）催化劑(加快反應速率)：鐵觸媒,教學過程,教學過程,教學過程,想一想:現(xiàn)在的原料氣能否可以直接用于生產氨？為什么？,教學過程,3、原料氣凈化：,壓縮機、合成塔 熱交換過程 氨的分離 循環(huán)操作過程 流程演示,4、氨的合成與分離,教學過程,合成氨工業(yè)的發(fā)展 1原料及原料氣的凈化 原料氣之一的氮氣來自_，目前氫氣主要通過不同的_態(tài)(煤和焦炭)、_態(tài)(石油中提煉的石腦油、重油)、_態(tài)(天然氣、焦爐氣)可燃物為原料制取。 2催化劑的改進 多年來一直用_作催化劑，目前有采用_為基礎活性物

6、質的新型催化劑。,空氣,固,液,氣,磁鐵礦,釕,教學過程,3環(huán)境保護 (1)廢渣：主要是煤渣和炭黑，可用作肥料的原料和建筑材料 (2)廢氣：主要是_和 _等有害氣體，對H2S的處理，可用_法(選擇性催化氧化)、_法(用溶劑吸收濃縮)，CO2可用來生產尿素和碳銨等。 (3)廢液：主要是含_和含氨的污水，處理含氰化物污水主要有_、加壓水解、氧化分解、_沉淀、反吹回爐等方法。處理含氨廢水可用蒸餾的方法回收，也可用_治理。,H2S,CO2,直接氧化,循環(huán),氰化物,生化,化學,離子交換法,五、板書設計,人工固氮技術合成氨 一、合成氨的反應原理 1、方程式：N2（g） 3H2 (g) 2NH3 （g）（H0） （H=92.4kJ/mol） 合成氨的適宜條件 濃度：N2過量； 溫度：400500； 高壓：1030MPa； 催化劑：Fe 二、合成氨的基本過程 1.制備原料氣： N2主要來源于 空 氣 （因為空氣中氮氣的含量最高） H2主要來源于水和碳氫化合物 C+H2O高溫CO+H2 CH4+H2O高溫3H2+CO ；CH4+2H2O高溫4H2+CO2