視頻標(biāo)簽：人工固氮技術(shù),合成氨

所屬欄目：高中化學(xué)優(yōu)質(zhì)課視頻

視頻課題：高中化學(xué)第一單元《課題2人工固氮技術(shù)—合成氨》遼寧省

本視頻配套資料的教學(xué)設(shè)計(jì)、課件 /課堂實(shí)錄及教案下載可聯(lián)本站系客服

高中化學(xué)第一單元《課題2人工固氮技術(shù)—合成氨》遼寧省

第一單元 走進(jìn)化學(xué)工業(yè) 課題2 人工固氮技術(shù) —— 合成氨 
教學(xué)目標(biāo)： 知識與技能： 
1.掌握氮的固定的概念，了解工業(yè)合成氨對人類社會發(fā)展的意義。 2.利用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡理論解釋合成氨中的相關(guān)問題。 3.了解合成氨的主要原理、原料、典型設(shè)備、流程和意義。 
過程與方法： 
1.通過查閱資料了解工業(yè)合成氨的反應(yīng)原理，并利用所學(xué)化學(xué)反應(yīng)速率，化學(xué)平衡移動原理分析和討論合成氨適宜反應(yīng)條件。 
2.結(jié)合合成氨的基本生產(chǎn)過程及合成氨工業(yè)發(fā)展，理解實(shí)際生產(chǎn)中問題。 
情感態(tài)度與價(jià)值觀： 
1.能夠說出環(huán)境污染的主要方面及防止污染的一些措施，增強(qiáng)環(huán)境意識，作環(huán)境保護(hù)的宣傳者、行動者。 
2.樹立合理利用自然資源、節(jié)約能源的觀點(diǎn)，激發(fā)學(xué)習(xí)工業(yè)化學(xué)的興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新精神。 
教材分析： 
本節(jié)教材的內(nèi)容：本節(jié)教材是高中化學(xué)選修二第一章第二節(jié)《人工固氮技術(shù)—合成氨》的內(nèi)容，合成氨工業(yè)對化學(xué)工業(yè)、國防工業(yè)和我國實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化具有重要意義，是重要的化學(xué)工業(yè)之一；同時，氨氣、氫氣合成氨反應(yīng)也是一個學(xué)生熟悉的、典型的平衡體系。本節(jié)主要通過合成氨的反應(yīng)原理、原料氣的制備和凈化，主要生產(chǎn)過程及相應(yīng)設(shè)備。在化學(xué)工業(yè)中，需要化學(xué)與技術(shù)的結(jié)合，本節(jié)以此為研究對象有利于學(xué)生應(yīng)用化學(xué)平衡理論和化學(xué)反應(yīng)速率理論嘗試綜合選擇化工生產(chǎn)的適宜條件，從而體會化學(xué)熱力學(xué)理論和化學(xué)動力學(xué)理論對生產(chǎn)實(shí)踐的指導(dǎo)作用。 
本節(jié)教材的地位及作用：本節(jié)學(xué)生已在化學(xué)必修課中，學(xué)過NH3性質(zhì)，有關(guān)氨的用途也已學(xué)過，通過“化學(xué)反應(yīng)的快慢和限度”的學(xué)習(xí)，已經(jīng)了解了化學(xué)反應(yīng)速率的相關(guān)知識并建立了化學(xué)平衡的概念。在本課題學(xué)習(xí)中，面對合成氨的實(shí)際生產(chǎn)問題，通過對合成氨最佳條件的探究，進(jìn)一步理解化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡移動原理是選擇合成氨生產(chǎn)條件的主要依據(jù)，同時也提供給學(xué)生一條綜合運(yùn)用化學(xué)原理和其他生產(chǎn)因素分析和解決實(shí)際問題的途徑，使他們已有的知識得到拓展和應(yīng)用，并體會到化學(xué)理論對生產(chǎn)實(shí)踐的指導(dǎo)作用。 
教學(xué)重點(diǎn)：合成氨的反應(yīng)原理、合成氨生產(chǎn)的適宜條件。 教學(xué)難點(diǎn): 合成氨生產(chǎn)適宜條件。 教學(xué)方法:討論探究、多媒體。教學(xué)過程： 
[教師活動] [課前學(xué)生活動]課前學(xué)生查閱資料，了解氮的固定，人工合成氨的重要用途，合成氨的原理，生產(chǎn)流程及相應(yīng)的設(shè)備，做相應(yīng)的板報(bào)和PPT。 角色扮演： 教師：總導(dǎo)演 
學(xué)生：市場調(diào)查員—介紹氨用途 學(xué)生（小組分工）：氨廠廠長 學(xué)生：硫酸廠總設(shè)計(jì)師—設(shè)計(jì)生產(chǎn)原理 
學(xué)生：第一階段工程師—闡述氮?dú)夂蜌錃獾闹苽洌?nbsp;學(xué)生：第二階段工程師—闡述氮?dú)夂蜌錃獾膬艋��?nbsp;學(xué)生：第三階段工程師—闡述氨合成的條件； 學(xué)生：環(huán)境保護(hù)小組—闡述工業(yè)三廢的處理； 學(xué)生扮演：外聘博士—講述氨合成塔使用原理。 
[教師活動] [課程引入ppt展示] 在新疆與青海交界處有一山谷，人稱魔鬼谷。每當(dāng)人畜進(jìn)入后，經(jīng)常電閃雷鳴，狂風(fēng)暴雨，把人畜擊斃。然而谷內(nèi)卻是牧草茂盛，四季常青。請同學(xué)們一起思考并解釋原因。 
[學(xué)生活動][學(xué)生歸納]   N2 + O2    =  2NO(放電） 
2NO + O2  = 2NO2 
3NO2 + H2O  =  2HNO3 + NO 
空氣中的氮轉(zhuǎn)化為氮氧化物被植物吸收。在人們生活中也經(jīng)常有“雷雨發(fā)莊稼”“春雨貴如油”等說法。 
[教師活動] [過渡]大家都知道在地殼中氮的含量只有0.04%，而大氣中氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)為78%。空中游離態(tài)氮?dú)獠荒鼙磺f稼吸收，必須將其轉(zhuǎn)化為氮的化合物后才能被吸收。將游離氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)氮的方法叫氮的固定。請大家根據(jù)課前的預(yù)習(xí)，氮的固定有哪些方法？ [學(xué)生活動][學(xué)生歸納]主要的固氮反應(yīng)有：生物固氮、自然固氮、化學(xué)固氮和人工模擬生物固氮。 
[ppt展示]1、生物固氮：是一種主要的自然固氮反應(yīng)，如植物在根瘤菌作用下直接吸收空氣中的N2轉(zhuǎn)化為氨等，進(jìn)一步合成氮白質(zhì)。 
2、自然固氮：如閃電產(chǎn)生的巨大電壓，其電火花足可以擊破氮分子的叁鍵，促使其與氧氣反應(yīng)生成NO。進(jìn)而生成NO2和HNO3等。 
3、化學(xué)固氮：合成氨反應(yīng)；在放電條件下使氮?dú)馀c氧氣反應(yīng)生成NO等；氮?dú)馀c鎂反應(yīng)生成氮化鎂。 
4、人工模擬生物固氮：通過化學(xué)方法，制備出類似生物“固氮菌”的物質(zhì)，使空氣中的氮?dú)庠诔�溫常壓下與水及二氧化碳等反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為氨態(tài)氮或銨態(tài)氮，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)人工合成大量的蛋
 



 
5 
白質(zhì)等，最終實(shí)現(xiàn)工廠化生產(chǎn)蛋白質(zhì)食品。 [信息技術(shù)支持] 利用Powerpoint展示圖片 
[教師活動] [過渡]那么在化學(xué)上怎樣才能有效利用廉價(jià)的自然資源來生產(chǎn)含氮化合物？其中合成氨是最有效且便于工業(yè)化的方法，這就涉及人工固氮技術(shù)—合成氨，為什么要合成氨呢？今天我們以角色扮演的形式來學(xué)習(xí)合成氨。 
[學(xué)生活動] [投影]學(xué)生-角色市場調(diào)查員闡述氨的用途,利用板報(bào)展示氨的用途。 [設(shè)計(jì)意圖]通過氨對化工生產(chǎn)的重要性，激發(fā)學(xué)生對合成氨生產(chǎn)的興趣。 [信息技術(shù)支持] 利用板報(bào)和Powerpoint展示圖片 
[教師活動] [設(shè)疑]氨有那么多用途，工業(yè)上是如何生產(chǎn)的呢？請同學(xué)們根據(jù)查閱的資料小組歸納總結(jié)合成氨的制備原理及生產(chǎn)過程。 
[教師活動] 氨的用途如此之多，建立合成氨廠不僅可以幫助到我們的生活還會帶來利潤，現(xiàn)在我想建立合成氨廠，首先知道如何才能得到合成氨？ 
[設(shè)計(jì)意圖]培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力，歸納總結(jié)能力，個人與合作的能力。 [信息技術(shù)支持] 網(wǎng)上查閱資料：合成氨
https://baike.baidu.com/item/%E5%90%88%E6%88%90%E6%B0%A8/828886?fr=aladdin [教師活動]教師要關(guān)注學(xué)生的活動狀態(tài)，與他們共同解決可能存在的問題和困惑。 教師還可以提出以下思考問題引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)活動（做成導(dǎo)學(xué)案學(xué)生課前及課堂使用）： [創(chuàng)設(shè)情景]穿越歷史：介紹合成氨的發(fā)展—從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)化生產(chǎn)？（以下問題做成導(dǎo)學(xué)案學(xué)生課前及課堂使用）： 
1.根據(jù)氧化還原知識確定制備氨的反應(yīng)原理是什么？ 2.根據(jù)反應(yīng)原理確定哪些原料可以合成氨？ 3.如何凈化氣體中的雜質(zhì)？ 
4.如何根據(jù)影響速率和平衡移動的因素來確定合成氨的反應(yīng)條件？ 5.如何合成氨和分離氨？ 6.如何保護(hù)環(huán)境？ 
[學(xué)生活動][學(xué)生討論歸納展示并板書]學(xué)生-總工程師代表團(tuán)隊(duì)講述及板書： 
總工程師講述及畫報(bào)展示：1.穿越歷史：合成氨的歷史：1900年，法國化學(xué)家勒夏特列通過理論計(jì)算，認(rèn)為氮?dú)夂蜌錃饪梢灾苯踊�合生成氨。在�?shí)驗(yàn)驗(yàn)證過程中發(fā)生了爆炸,他并沒有調(diào)查事故發(fā)生的原因，而是覺得這個實(shí)驗(yàn)有危險(xiǎn)就放棄了。后來查明實(shí)驗(yàn)失敗的原因是他所用的混合氣體中含有氧氣。  
   稍后，德國物理化學(xué)家能斯特通過理論計(jì)算，竟然認(rèn)為合成氨是不能進(jìn)行的。后來才發(fā)現(xiàn)，他在計(jì)算時誤用一個熱力學(xué)數(shù)據(jù)，以致得到錯誤的結(jié)論。由于能斯特在物理化學(xué)領(lǐng)域的權(quán)威性，人工合成氨的研究陷入低潮。 
德國化學(xué)家哈伯，哈伯沒有盲從權(quán)威，而是依靠實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)，曾在1906年發(fā)明了氨的合成法，1908年又發(fā)明了合成氨的催化劑，為工業(yè)化生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。而波施實(shí)現(xiàn)了合成氨的工業(yè)化。 
2.確立用氫氣和氨氣合成氨的反應(yīng)式是：N2+3H2 
催化劑 高溫高壓 
2NH3 ，屬放熱反應(yīng)。 
板書：一、合成氨的反應(yīng)原理：N2+3H2
 
催化劑 
高溫高壓 
2NH3   △H＝－92.4KJ·mol－1 
[學(xué)生活動][總工程師歸納]根據(jù)硫酸的工業(yè)制備及我們查閱資料，合成氨的生產(chǎn)主要包括三個步驟： 
造氣  制備合成氨的氣體原料 凈化  原料氣凈化和處理 
合成與分離 使原料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)合成氨并分離氨 板書：二、合成氨的生產(chǎn)過程 [教師活動][投影]合成氨的工藝流程： 
 
[信息技術(shù)支持] 利用用Powerpoint展示資料 
[教師活動]下面請我們請不同階段的工程師分別進(jìn)行介紹工業(yè)合成氨的生產(chǎn)過程： [教師活動][設(shè)疑] [投影]第一階段如何制備合成氨的原料氣，工業(yè)合成氨時N2取自于什么物質(zhì)?H2又來源于哪里? 
[學(xué)生活動]第一階段工程師介紹（畫報(bào)）： 1．氮?dú)獾闹苽洌篘2主要來源于空氣 
(1)物理方法：將空氣液化，蒸發(fā)分離出N2。由于相對分子質(zhì)量越大，分子間作用力越大，空氣中所含氣體的沸點(diǎn)N2＜O2＜CO2，因此，高壓下將空氣液化后，經(jīng)減壓蒸發(fā)，最先得到的是N2，然后還可以得到O2等。此法是目前工業(yè)上制取N2和O2的主要方法。 (2)工業(yè)上所采用的化學(xué)方法：將空氣中氧氣與碳作用生成二氧化碳，用煤在空氣中燃燒，除去O2，吸收CO2(如用氨水吸收制NH4HCO3)后，得到N2。 
2.氫氣的制備：主要來源于水和碳?xì)浠�合物，碳與水的作用或碳?xì)浠�合物與水的作用。 方法一：將水蒸氣通過赤熱的煤（或焦炭）層，使水蒸氣與碳發(fā)生反應(yīng)生成一氧化碳和氫氣。 方法二：石油、天然氣、焦?fàn)t氣（煉焦廠副產(chǎn)的氣體）、煉廠氣（石油煉制廠副產(chǎn)的氣體）等都含有大量的碳?xì)浠�合物，這些碳?xì)浠�合物在一定條件下，可以與氧氣或水蒸氣反應(yīng)生成一氧化碳、二氧化碳和氫氣。     
 



 7 
[學(xué)生活動]試寫出碳與水制氫氣的化學(xué)方程式。 
制取氫氣的途徑 化學(xué)反應(yīng)原理 電解水制取氫氣 2H2O 2H2↑＋O2↑ 由煤或焦炭制取氫氣 
C＋H2O H2＋CO 由天然氣或重油制取氫氣 
CH4＋H2O 
3H2＋CO 
CH4＋2H2O
4H2＋CO2  
板書：1.造氣  制備合成氨的氣體原料 [教師活動][設(shè)疑]合成氨原料的關(guān)鍵是什么？ 
[學(xué)生活動]廠長團(tuán)隊(duì)：氮?dú)饪梢詮目諝庵蝎@得，如何獲得大量廉價(jià)的氫氣，實(shí)現(xiàn)最大剩余價(jià)值？ 
[學(xué)生活動][第一階段工程師總結(jié)]原料制備路線的選擇，應(yīng)綜合考慮資源、工藝、能耗、成本、環(huán)境等重要因素。氮?dú)庵饕獊碜杂诳諝猓�主要是氫氣，由電解水制氫氣，電能消耗大，成本高，不適于制取大量的氫氣，早期，主要以焦炭與水為原料生產(chǎn)水煤氣以得到氫氣，現(xiàn)在，已經(jīng)可以使用各種不同的固態(tài)可燃物（煤和焦炭等）、液態(tài)可燃物（石油中提煉的石腦油和重油等）和氣態(tài)可燃物（天然氣、焦?fàn)t氣等）作為制氫氣的原料。 [設(shè)計(jì)意圖]培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，用實(shí)踐檢驗(yàn)理論。 
[教師活動][設(shè)疑]在制取原料氣的過程中往往會摻雜一些雜質(zhì)，其中一些會使催化劑中毒，因此必須除去，這一過程就稱為原料氣的凈化。如何凈化原料氣？ [設(shè)計(jì)意圖]培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，對工業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。 [學(xué)生活動]第二階段工程師介紹：原料氣的凈化處理（畫報(bào)） 
（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。     
（2）用稀氨水吸收H2 S雜質(zhì) ： NH3·H2O+H2S=NH4HS+H2O                                        （3）使CO變成CO2  ：CO+H2O=CO2+H2 （催化劑：Fe2O3和CuO）                        （4）用K2CO3吸收CO2 ：K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3  
（5）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。 
[學(xué)生活動][第二階段工程師總結(jié)]由于原料的不同，原料氣的凈化工藝和技術(shù)也不斷改進(jìn)。 板書：2.凈化  原料氣凈化和處理 
[設(shè)計(jì)意圖]培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，用實(shí)踐檢驗(yàn)理論。[教師活動]凈化后的原料氣經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮至高壓，進(jìn)入氨合成塔合成和分離。使氨氣和氫氣在高溫高壓和催化劑條件下合成氨，最后將合成后的混合氣體液化分離出液態(tài)氨，并將剩余的氨氣與氫氣循環(huán)送回合成塔中進(jìn)行反應(yīng)。 
板書：3.合成與分離 使原料進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)合成氨并分離氨 
[教師活動][設(shè)問]作為工廠的廠長，你對工業(yè)生產(chǎn)主要考慮哪些問題？ 
[學(xué)生活動]廠長團(tuán)隊(duì)：經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，降低成本，提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，這就需要考慮原料的利用率高，如何增大化學(xué)反應(yīng)限度；單位時間內(nèi)產(chǎn)率高，增大化學(xué)反應(yīng)速率。另外還要考慮生產(chǎn)中的消耗能源、原料來源、設(shè)備條件、環(huán)境保護(hù)等因素。必須提高綜合的經(jīng)濟(jì)效益，理論探究與實(shí)際相結(jié)合。 
[設(shè)計(jì)意圖]讓學(xué)生明確化工生產(chǎn)所要關(guān)注的問題，為下面學(xué)習(xí)做好鋪墊。 
[教師活動][設(shè)問]如何加快速率提高產(chǎn)率呢？現(xiàn)在工廠合成氨氣原理有何特點(diǎn)，應(yīng)怎樣選擇生產(chǎn)條件呢？依據(jù)什么？  板書：適宜化工生產(chǎn)條件的選擇  
[學(xué)生活動][學(xué)生討論回答][第三階段工程師總結(jié)]外界條件對反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響。 [評價(jià)并板書]依據(jù)：外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的影響。 
[教師活動][設(shè)問]請寫出合成氨的化學(xué)方程式， 并分析該反應(yīng)特點(diǎn)。（教師指導(dǎo)學(xué)生分析、總結(jié)，并且教師對學(xué)生提出的見解進(jìn)行評價(jià)。） [思考]如何選擇合成氨的適宜條件？ 
① 合成氨的反應(yīng)有什么特點(diǎn)？ 
② 如果我們是企業(yè)家，要提高合成氨的經(jīng)濟(jì)效益應(yīng)采取什么措施？ ③ 怎樣改變條件加快合成氨的反應(yīng)速率？  
④ 怎樣改變條件能提高氨在平衡混合物中的百分含量？ [信息技術(shù)支持] 利用Powerpoint展示 
[學(xué)生活動][學(xué)生討論思考并嘗試回答][第三階段工程師總結(jié)]合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)：可逆反應(yīng)；正反應(yīng)為氣體體積縮小；正反應(yīng)為放熱反應(yīng)等。 
[學(xué)生活動]廠長認(rèn)為：根據(jù)合成氨的特點(diǎn)，應(yīng)從化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡兩個角度來分析，要充分考慮經(jīng)濟(jì)效益問題。一要使反應(yīng)進(jìn)行得更快，二要使產(chǎn)品的產(chǎn)量更多。         
 



 
9 
[學(xué)生活動][第三階段工程師總結(jié)]                                                  
表1 
 
使氨生產(chǎn)得快 （從化學(xué)反應(yīng)速率分析） 使氨生成得多 （從化學(xué)平衡分析） 濃 度 增大N2、H2的濃度 
增大N2、H2的濃度， 
減小NH3的濃度 
壓 強(qiáng) 高壓 高壓 溫 度 高溫 低溫 催化劑 
使用 
不影響 
[投影]討論結(jié)果:表一 
[信息技術(shù)支持] 利用Powerpoint展示 
[教師活動][討論與思考]根據(jù)資料討論如下問題？ 
（1）既然增大壓強(qiáng)可提高反應(yīng)速率，又可提高氨的產(chǎn)量，那么在合成氨工業(yè)中壓強(qiáng)是否越大越好呢？壓強(qiáng)怎么定？ 
（2）既然降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動，那么生產(chǎn)中是否溫度越低越好？溫度怎么確定？ 
（3）催化劑對化學(xué)平衡的移動  沒有影響， 在合成氨工業(yè)中要不要使用催化劑，為什么？ （2）顯然，從化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡兩個方面考慮，對壓強(qiáng)要求是一致的，而對溫度的要求是矛盾的。怎樣解決這個矛盾？ 
[學(xué)生活動]學(xué)生共同討論分析表2，通過數(shù)據(jù)分析理解合成氨中溫度和壓強(qiáng)的變化與氨含量的變化情況。 
資料1   合成氨平衡時混合物中氨的含量（體積分?jǐn)?shù)） 
溫度/℃ 
壓強(qiáng)/MPa 
0.1 
10 20 30 60 100 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.2 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.4 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.1 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 
4.5 
9.1 
13.8 
23.1 
31.4



 
11 
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。 
[學(xué)生活動][第三階段工程師總結(jié)]   完成表3  [投影]表3。 
表3    理論和實(shí)際生產(chǎn)條件的對比 
反應(yīng)條件 
從化學(xué)反應(yīng)速率理論討論 
對化學(xué)反應(yīng)速率的 影響 
從化學(xué)平衡理論討論 
對平衡混合物中NH3 含量的影響 
綜合兩方面理論 
選擇合成氨的適宜條件 
壓  強(qiáng) 
增大壓強(qiáng)，有利于增大化
學(xué)反應(yīng)速率，越大越好 
增大壓強(qiáng)，有利于提高平衡混
合物中NH3 的含量，越大越好 
壓強(qiáng)增大，有利于氨的合成，但需要的動力
大、對材料、設(shè)備等要求高因此，工業(yè)上一般
采用 
10～30Mpa的壓強(qiáng) 溫  度 
升高溫度，有利于增大化
學(xué)反應(yīng)速率，越高越好 
升高溫度，不利于提高平衡混
合物中NH3 的含量，越低越好 
選擇適宜的溫度，工業(yè)
上一般采用400~500℃左右的溫度，這個溫度
催化劑的活性最大 催化劑 
使用催化劑有利于增大化
學(xué)反應(yīng)速率 
沒有影響 工業(yè)上一般采用鐵觸
媒，使反應(yīng)能在較低的
溫度下較快地進(jìn)行。 
 
[設(shè)計(jì)意圖]培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，用實(shí)踐檢驗(yàn)理論。 [信息技術(shù)支持] 利用Powerpoint展示 板書：反應(yīng)條件 1）濃度： 
2）溫度：400～500℃； 3）高壓:10MPa~30MPa； 4）催化劑(加快反應(yīng)速率)：鐵  
 



 
12 
[教師活動][討論與思考]如圖，即使在500℃和30MPa時，合成氨平衡混合物中NH3的體積分?jǐn)?shù)也只有26.4%，轉(zhuǎn)化率仍不夠大，還可采取什么辦法？ 
        
0.1 
10 
20 
30 
60 
100 
200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 
300 2.2 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 
400 0.4 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.1 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 
4.5 
9.1 
13.8 
23.1 
31.4 
 
[學(xué)生活動]保持一定的N2、H2濃度，減少氨氣的濃度，可以提高合成氨的效率和產(chǎn)量。實(shí)際生產(chǎn)中的處理方法：及時將氣態(tài)氨冷卻液化而分離出去；及時補(bǔ)充氮?dú)夂蜌錃猓�使其保持一定的濃度�?nbsp;
[教師活動]還可以在哪些方面做進(jìn)一步的改進(jìn)？ 
[學(xué)生活動][第三階段工程師總結(jié)]我們除了從反應(yīng)原理方面分析外，還要從材料和設(shè)備方面分析才能確定合成氨工業(yè)的適宜條件，必須全面考慮問題，既注意外界條件對反應(yīng)速率和化學(xué)平衡影響的一致性，又要注意其矛盾性，同時兼顧催化劑的活性對溫度的限制。也就是理論要聯(lián)系實(shí)際。              
[教師活動][擴(kuò)展]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。 
[教師活動][設(shè)問]凈化后的原料氣經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮至高壓，進(jìn)入氨合成塔，氮?dú)夂蜌錃庠诤铣伤��?nèi)如何反應(yīng)？請我們外聘的博士給我們講講？ 
[學(xué)生活動]博士講述合成塔內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖：合成塔主要由接觸室和熱交換器兩部分組成，氣體從塔頂部進(jìn)入,在環(huán)隙中沿塔壁而下,經(jīng)換熱器殼程后到分氣盒,分散到冷卻管，氣體被預(yù)熱到鐵催化劑的活性溫度（通常為 400～500℃左右），再流經(jīng)設(shè)有電加熱器的中心管。從上而下通過催化劑床層，氮?dú)夂蜌錃庠诖朔磻?yīng)后，出催化劑筐，通過換熱器管程降低溫度，出合成塔，熱交換器使合成氨和氨冷凝放出的熱量來加熱原料氣體。 
[教師活動][過渡]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。 
[教師活動][過渡]現(xiàn)在合成了我們所要的氨氣，但隨環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)以及相關(guān)的法律、法規(guī)的嚴(yán)格實(shí)施，合成氨的生產(chǎn)過程中可能產(chǎn)生的固體、液體和氣體廢棄物如何處理？怎樣保護(hù)環(huán)境？ 
 



 
13 
[學(xué)生活動]環(huán)化小組展示：環(huán)境保護(hù) 
（1）廢渣：主要來自造氣階段，特別是以煤為原料而產(chǎn)生的煤渣，用重油為原料產(chǎn)生的炭黑等，可用作建材和肥料的原料。 
（2）廢氣：主要是H2 S和CO2 等有害氣體，對H2 S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。        
 [總結(jié)]工業(yè)制備氨流程:原理；原料制備，原料氣的凈化，氨的合成和分離，工業(yè)三廢處理 板書設(shè)計(jì)： 
人工固氮技術(shù)——合成氨 一．合成氨的反應(yīng)原理 二．合成氨的基本生產(chǎn)過程 
造氣                                    凈化 合成： 合成條件： 1）濃度： 
2）溫度：400～500℃； 3）高壓:10MPa~30MPa； 4）催化劑(加快反應(yīng)速率)：鐵

課后訓(xùn)練   人工固氮技術(shù)—合成氨
1.有關(guān)合成氨工業(yè)的敘述，不能用勒夏特列原理解釋的是(　　)
A．使用鐵觸媒有利于合成氨的反應(yīng)
B．高壓比常壓更有利于合成氨的反應(yīng)
C．500 ℃左右比室溫更有利于合成氨的反應(yīng)
D．使反應(yīng)混合物中的氨液化有利于合成氨的反應(yīng)
解析：使用鐵觸媒，可以加快化學(xué)反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡的時間，但平衡不會發(fā)生移動，不能用勒夏特列原理解釋；合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，低溫雖可提高平衡混合物中NH₃的含量，但反應(yīng)速率太慢，而溫度太高，雖能加快反應(yīng)速率，卻使平衡混合物中NH₃的含量降低，因此工業(yè)生產(chǎn)中一般采用500 ℃左右的溫度，此時催化劑的活性最大，故不能用勒夏特列原理解釋。
答案：AC
2.為了進(jìn)一步提高合成氨的生產(chǎn)效率，科研中具有開發(fā)價(jià)值的是(　　)
A．研制高溫下活性較大的催化劑
B．尋求NH₃的新來源
C．研制低溫下活性較大的催化劑
D．研制耐高溫高壓的新型材料建造合成塔
解析：合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度有利于提高合成氨的生產(chǎn)效率。研制低溫下活性大的催化劑可改善工藝過程，降低成本，提高綜合經(jīng)濟(jì)效益。
答案：C
3.合成氨的反應(yīng)采用400～500 ℃溫度的原因是(　　)
A．溫度太低反應(yīng)速率太小
B．該溫度時催化劑活性較高
C．該溫度時反應(yīng)速率最大
D．該溫度時N₂的轉(zhuǎn)化率最高
解析：在400～500 ℃時催化劑的活性較高。
答案：B
4.[雙選題]下列關(guān)于氮?dú)狻�氫氣合成氨的說法中，正確的是(　　)
A．將氮?dú)狻�氫氣合成氨，必須施加高溫、高壓、催化劑等反�?yīng)條件
B．在氮?dú)狻�氫氣合成氨的化學(xué)反應(yīng)中，催化劑的性能對反應(yīng)物的溫度和壓強(qiáng)的高低具有一定的制約作用
C．現(xiàn)代工業(yè)上實(shí)施的合成氨壓強(qiáng)越高越有利
D．現(xiàn)代工業(yè)上實(shí)施的合成氨屬于人工固氮
解析：催化劑是影響化學(xué)反應(yīng)速率外部因素中的主角，催化劑固有性能的發(fā)揮與溫度有直接的關(guān)系，溫度太高或太低，都會降低催化劑的活性，A錯誤，B正確；壓強(qiáng)越高越有利于氨的合成，但在工業(yè)生產(chǎn)中受到設(shè)備等多方面的制約，并不是壓強(qiáng)越高經(jīng)濟(jì)效益越好，C錯誤；將游離態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為化合態(tài)的氮屬于氮的固定，D正確。
答案：BD
5．在容積可變的密閉容器中，2 mol N₂和8 mol H₂在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到平衡時，H₂的轉(zhuǎn)化率為25%，則平衡時氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)接近于(　　)
A．5%　　　　　　　 B．10%
C．15% D．20%
解析：本題考查化學(xué)平衡的計(jì)算，意在考查考生的計(jì)算能力。
　　　　　　　N₂(g)　＋　3H₂(g)�鸠�2NH₃(g)
起始物質(zhì)的量/mol  2  8  0
轉(zhuǎn)化物質(zhì)的量/mol  2/3  2  4/3
平衡物質(zhì)的量/mol  4/3  6  4/3
故平衡時氮?dú)獾捏w積分?jǐn)?shù)為4/3＋6＋4/3(4/3)×100%≈15%。
答案：C
6.下面是合成氨的簡要流程示意圖,沿x路線回去的是(　　)
　　　　　　　　　　　　　
 
A.N₂和H₂ B.催化劑
C.N₂ D.H₂
解析：因合成氨為可逆反應(yīng),從合成塔出來的混合氣體中含有大量的N₂、H₂,為提高原料的利用率,將分離出氨氣后的氮?dú)狻�氫氣再輸送到壓縮機(jī),循環(huán)利用。
答案：A
7實(shí)驗(yàn)室合成氨裝置如下圖所示,則以下說法中錯誤的是(　　)
A.裝置甲的作用之一是干燥
B.裝置甲的作用是化合
C.乙處導(dǎo)出的氣體是N₂、H₂、NH₃
D.檢驗(yàn)產(chǎn)物可用濕潤的紅色石蕊試紙或濃鹽酸等
解析：裝置甲的作用有三點(diǎn):①干燥氣體;②觀察氣體逸出速率便于控制反應(yīng)物間的比例;③使氣體混合均勻。
答案：B
8.下列措施有利于反應(yīng):N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)
ΔH=-92 kJ·mol^-1平衡向正反應(yīng)方向移動的是(　　)
①升高溫度　②降低溫度　③增大壓強(qiáng)　④減小壓強(qiáng)　⑤增大NH₃濃度　⑥減小NH₃濃度
A.②④⑥ B.①③⑥
C.②③⑤ D.②③⑥
解析：合成氨反應(yīng)是一個正向氣體物質(zhì)的量減小的放熱反應(yīng),采取高壓、低溫、減小生成物濃度的措施利于反應(yīng)向正反應(yīng)方向進(jìn)行。
答案：D
9.工業(yè)合成氨是在一定條件下進(jìn)行的可逆反應(yīng):
N₂(g)+3H₂(g)2NH₃(g)。其部分工藝流程如下:
 
請回答下列問題:
(1)第②步除需要催化劑這個條件外,還需要的條件是　                               。 
(2)第①步操作中的原料氣的“凈化”目的是                                          。
第③步操作中的目的是　                                                       。 
(3)工業(yè)合成氨反應(yīng)后可以通過降低混合氣體的溫度而使氨氣分離出來。這種分離物質(zhì)的方法的原理類似于下列哪種方法?　　　(填編號)。 
a.過濾 　 b.蒸餾 　c.分液 　d.萃取
你作出這個判斷的理由是                                                    　。 
(4)可以用氯氣來檢驗(yàn)輸送氨氣的管道是否漏氣,如果漏氣則會有白煙生成。該反應(yīng)的化學(xué)方程式為　                                                                    。 
解析：(2)原料氣中往往含有使催化劑中毒的物質(zhì),所以在進(jìn)行原料氣的反應(yīng)前,需要除掉其中的雜質(zhì);工業(yè)合成氨反應(yīng)后的混合氣體中既有氨氣,也有未反應(yīng)的氫氣、氮?dú)?所以為了提高原料氣的利用率,將未反應(yīng)的原料氣進(jìn)行重新利用,這樣可以提高經(jīng)濟(jì)效益。
(3)降低溫度,氨變?yōu)橐簯B(tài),從而進(jìn)行分離,所以與工業(yè)上利用的蒸餾類似,都是通過改變溫度,使物質(zhì)的狀態(tài)發(fā)生變化而分離。
(4)2NH₃+3Cl₂N₂+6HCl,生成的HCl又與NH₃反應(yīng)生成NH₄Cl小顆粒——白煙產(chǎn)生。
答案：(1)高溫、高壓
(2)防止催化劑中毒　提高原料利用率(或提高經(jīng)濟(jì)效益等)
(3)b　通過溫度的改變而改變物質(zhì)的狀態(tài),達(dá)到分離的目的
(4)8NH₃+3Cl₂6NH₄Cl+N₂

視頻來源：優(yōu)質(zhì)課網(wǎng) www.m.fsyixinda.com -----更多視頻請?jiān)诒卷撁骓敳克阉鳈谳斎搿叭斯す痰�技術(shù),合成氨”其中的單個詞或詞組，搜索以字?jǐn)?shù)為3-6之間的關(guān)鍵詞為宜，切記！注意不要輸入“科目或年級等文字”。本視頻標(biāo)題為“高中化學(xué)第一單元《課題2人工固氮技術(shù)—合成氨》遼寧省”，所屬分類為“高中化學(xué)優(yōu)質(zhì)課視頻”，如果喜歡或者認(rèn)為本視頻“高中化學(xué)第一單元《課題2人工固氮技術(shù)—合成氨》遼寧省”很給力，您可以一鍵點(diǎn)擊視頻下方的百度分享按鈕，以分享給更多的人觀看。優(yōu)質(zhì)課網(wǎng) 的成長和發(fā)展，離不開您的支持，感謝您的關(guān)注和支持！有問題請【點(diǎn)此聯(lián)系客服QQ：9899267】 -----