2017春高中化学1.2.2合成氨的基本生产过程和合成氨工业的发展课件新人教版选修.ppt

1、目标导航,预习导引,目标导航,预习导引,一,二,一、合成氨的基本过程 1.合成氨的生产过程主要包括三个步骤:造气、净化、合成。 (1)制备NH3的原料气为N2和H2。 (2)制备原料气过程中会生成H2S、CO、CO2等杂质气体,必须除去,常用的方法有(用化学方程式表示):,目标导航,预习导引,一,二,2.合成氨工艺流程图。,目标导航,预习导引,一,二,从以上流程图中,可看出原料气要进行净化,为什么? 提示：合成氨需要纯净的氮气和氢气。在制取原料气的过程中,常混有一些杂质,其中的某些杂质会使合成氨的催化剂中毒而失去催化作用,所以必须除去。 3.氨的合成与分离。 (1)氨的合成:净化后的原料气进入

2、合成塔,在高温、高压和催化剂作用下合成氨。 (2)氨的分离:从合成塔出来的混合气体通过冷凝器,使氨液化,从而将氨分离出来,再导入液氨贮罐。,目标导航,预习导引,一,二,从合成塔中出来的混合气体中分离出氨之后,为什么要进行循环操作? 提示：合成氨反应中反应物的转化率低,从合成塔出来的混合气体中N2和H2的含量较大,循环操作的目的是充分利用原料。 循环操作利于实现全封闭、连续化生产,利于减少工序、控制废物的排放。,目标导航,一,二,预习导引,二、合成氨工业的发展 自1913年世界上第一座合成氨厂投产以来,合成氨工业不断发展。目前,合成氨工业的主要研究领域有: (1)原料及原料气的净化; (2)催化

3、剂的改进; (3)环境保护。,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,一,二,一、原料气的制备与净化 1.氮气的制备,2.氢气的制备,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,1.将空气液化后蒸发分离出O2和N2,液态空气中N2先汽化还是O2先汽化? 答案：N2的沸点比O2的沸点低,因此液态空气汽化时,N2先挥发出来。 2.制备氢气的3种方法中,比较经济的是哪一种? 答案：用天然气制取氢气是比较经济的。因为电解水制取氢气需要大量的电能;由煤(或焦炭)制取氢气的方法中煤的使用会产生大量有毒气体。 3.根据合成氨的生产过程,请举例说明合成氨工业可以进行哪些联合生产或深加工? 答案：原料气在制

4、备的过程中产生了大量的CO和CO2,可以用氨水吸收CO2制取NH4HCO3作为氮肥等。也可以将氨气催化氧化进一步加工制硝酸。,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,【例1】 下图是工业生产中合成氨流程示意图,仔细观察图示中的物质变化关系及工艺特点,回答下列问题:,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,(1)合成氨的整个工业生产包括造气、净化、合成三大部分,其中上述工艺流程图示中已经将造气与净化装置用竖线分开,请你在图示中再将净化与合成氨装置用竖线分开。 (2)合成氨工业中的氢气来源于天然气、煤等物质,根据图示物质的变化关系写出两个生成氢气的化学方程式:;。 (3)净化装置中

5、可以消除造气过程中产生的杂质,目的是。 (4)目前国家倡导节能减排,观察上述工艺流程图示,写出合成氨工业中节能减排的两项措施:。(导学号52690012),一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,解析：(1)整个工艺流程图示分为三部分,即造气、净化和合成。其中“洗涤塔”就是净化装置,而合成塔则是合成氨气的装置,另外还有氨气分离装置。 (2)图示中进入“转化炉”的气体是甲烷与水蒸气,而出来的气体有H2、CO,故在转化炉中发生甲烷与水蒸气的反应;转化炉中的CO在“变换塔”中与通入的水蒸气反应可以制备氢气。 (3)工业合成氨需要催化剂,而催化剂往往会因为杂质的存在而降低催化效果,所以需要除杂

6、。 (4)原料和热的循环利用符合节能减排的要求。,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,答案：(1)(答案如下图),(3)防止催化剂中毒 (4)氢气、氮气的循环利用;利用反应产生的热预热合成气体,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,1.已知焦炭、一氧化碳和烃类化合物都能与水反应产生合成尿素的原料氢气和二氧化碳,从充分利用原料的角度考虑,用下列物质生产H2和CO2最为合适的是() A.CB.CO C.天然气D.石脑油(C5H12、C6H14),一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,答案：D,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,2.用焦炭、空气、水为原料

7、制备NH3的有关反应的化学方程式: 参加反应的焦炭与氨气之间的物质的量之比约为 ()(导学号52690013) A.34B.32 C.23D.12 解析：由反应、可得C2H2,由可得,3H22NH3,故:3C6H24NH3,n(C)n(NH3)=34。 答案：A,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,二、合成氨工业的发展 1.催化剂的改进 催化剂的突破会彻底改变工艺过程,合成氨工业中,使用磁铁矿催化剂已经80多年,现在有采用钌为基础活性物质的新型催化剂。 2.环境保护 (1)废渣的处理:将它们用作建材和肥料。 (2)废气的处理:对H2S先后采用直接氧化法、循环法等回收技术。 (3)废

8、液的处理:处理含氰化物的污水主要有生化、加压水解、氧化分解、化学沉淀、反吹回炉等方法;含氨废水多以蒸馏的方法回收氨。,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,1.为什么催化剂能极大地增大反应速率? 答案：因为催化剂能降低反应的活化能,使更多普通分子变为活化分子,故能极大地增大反应速率。 2.含氨废水采用蒸馏法处理的依据是什么? 答案：NH3H2O NH3+H2O,NH3逸出回收利用,同时废水碱性降低。,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,【例2】 合成氨反应达到平衡时NH3的体积分数与温度、压强的关系如右图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是() (导学号526

9、90014) A.提高分离技术 B.研制耐高压的合成塔 C.研制低温催化剂 D.探索不用N2和H2合成氨的新途径 解析：由图可知:(NH3)随着温度的升高而显著下降,故要提高(NH3),必须降低温度,但目前所用催化剂铁触媒活性最好时的温度约为400500 。故最有前途的研究方向为研制低温催化剂。 答案：C,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,1.汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一,治理的办法之一是在汽车排气管上装催化转化器,它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体,其反应原理是2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)。由此可知,下列

10、说法中正确的是() (导学号52690015) A.该反应是熵增大的反应 B.该反应不能自发进行,因此需要合适的催化剂 C.该反应常温下能自发进行,高温和催化剂条件只是增大反应的速率 D.该反应常温下能自发进行,因为正反应是吸热反应,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,解析：只使用催化剂便可使尾气发生转化,故此反应能自发进行;因该反应是气体分子数减小的反应,故为熵减小的反应;因熵减小不利于反应自发,故反应自发进行的原因是放热。 答案：C,一,二,知识精要,思考探究,典题例解,迁移应用,2.合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。哈伯法合成氨需要在1030 MPa的高压和500 的高温下,并用铁作为催化剂,氨的转化率为10%15%;最近美国俄勒冈大学的化学家使用了一种名为trans-Fe(DMeOPrPE)2的催化剂,在常温下合成出氨。下列有关说法中错误的是() (导学号52690016) A.哈伯法合成氨是吸热反应,新法合成氨是放热反应 B.新法合成和哈伯法相比不需要在高温条件下,可节约大量能源 C.新法合