氨的合成的课件资料

氨的合成的课件资料第1页/共22页引言：神秘的魔鬼谷在新疆与青海交界的阿尔金山自然保护区东端有一山谷，人称魔鬼谷。每当人畜进入后，经常电闪雷鸣，狂风暴雨，把人畜击毙。然而谷内却是牧草茂盛，四季常青。你知道原因吗？

N2+O2

==2NO放电2NO

+O2==2NO2

3NO2+H2O==2HNO3

+NO第2页/共22页氮在植物中的生理功能缺氮的棉花

是植物体内蛋白质、核酸和叶绿素的组成元素。蛋白质是细胞原生质的重要成分，核酸是合成蛋白质的必要成分。在植物生长发育过程中，细胞分裂和新细胞的形成必须要有蛋白质；而光合作用则离不开叶绿素。因此，在缺氮的情况下，由于新细胞形成受阻，植物的生长发育会迟缓或停滞；如果叶绿素含量下降，则直接影响光合作用的速率和光合作用产物的形成。同时，蛋白质含量的下降使作物的品质降低。氮第3页/共22页将游离态氮转化为化合态氮的方法叫做氮的固定。氮的固定什么是氮的天然固定和人工固定？哪些可以大规模工业化生产？第4页/共22页科学史话：合成氨与诺贝尔奖利用氮、氢为原料合成氨的工业化生产曾是一个困难的课题，从实验室研究到工业化投产，经历了150年时间。1918年，德国化学家弗里茨·哈伯(FritzHaber)由于实现合成氨的工业化生产及合成氨研究对化学理论发展的推动，获得诺贝尔化学奖。1931年，德国化学家卡尔·博施(KarlBosch)因为改进合成氨的工业方法而获诺贝尔化学奖。2007年，德国化学家格哈德·埃特尔(GerhardErtl)因发现“哈伯−博施法”的作用机理并推动表面化学动力学的研究而获诺贝尔化学奖。第5页/共22页科学史话：合成氨与诺贝尔奖FritzHaber（1868~1934）KarlBosch（1874~1940）GerhardErtl（1936~）【想一想】大气中N2含量高达78%，为何人工固氮直到20世纪初才取得重大突破？第6页/共22页本节要点合成氨的反应原理合成氨的生产工艺合成氨工业的发展第7页/共22页【思考与交流】

合成氨反应有哪些特点？根据影响化学反应速率的因素，说明要加快合成氨的反应速率，反应应该在什么条件下进行？根据化学平衡移动的原理，说明要提高平衡时氨的含量，反应应该在什么条件下进行？一、合成氨的反应原理：第8页/共22页根据下表数据为实际生产选取合适的温度和压强条件：一、合成氨的反应原理：0.11020306010020015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.279.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4NH3含量/%温度/℃压强/Mpa第9页/共22页表中数据说明：温度一定时，增大压强，能提高平衡混合物中氨的含量；压强一定时，降低温度，能提高平衡混合物中氨的含量。但另一方面：温度较低时催化剂的活性较差，反应速率低；加压对设备要求高，增加成本和能量消耗，而且在操作中催化剂易被压碎，缩短催化剂寿命。一、合成氨的反应原理：第10页/共22页合成氨的反应条件：压强：10~30MPa；温度：400~500℃；浓度：氮气略过量；催化剂：铁触媒。【想一想】除了上述反应条件外，还可以采取什么措施来提高反应物的转化率。一、合成氨的反应原理：第11页/共22页合成氨的生产包括3个步骤：造气：净化：合成与分离。二、合成氨的生产工艺：第12页/共22页制备合成氨的原料气：氮气：【想一想】请设计两种从空气中分离得到氮气的方法。二、合成氨的生产工艺：空气压缩降温液态空气蒸发N2（先逸出）炭CO2＋N2除去CO2N2第13页/共22页氢气：

既可以通过水蒸气与炽热的煤（或焦炭层）制得，也可以利用煤、石油、天然气加工过程中产生的碳氢化合物在催化剂作用下与氧气或水蒸气反应制得。请写出水蒸气与炭、CO和甲烷分别发生反应的化学方程式。二、合成氨的生产工艺：H2O(g)赤热炭或其他燃料CO＋H2H2O(g)催化剂CO2＋H2除去CO2H2第14页/共22页原料气的净化：原料气体中含有的微量杂质会与催化剂反应，从而使催化剂的活性、选择性明显下降或丧失，这种现象叫做催化剂“中毒”。例如在合成氨反应中用铁作为催化剂，若反应原料中含有S，则发生反应Fe+S==FeS使铁触媒失效。【思考与交流】作为反应物的氮气和氢气中含有哪些杂质？如何除去？除去H2S：NH3·H2O+H2S==NH4HS+H2O除去CO：CO+H2O==CO2+H2除去CO2：K2CO3+CO2+H2O==2KHCO3二、合成氨的生产工艺：第15页/共22页【资料卡片】原料气的精制原料气必须进行严格的净化，否则会缩短催化剂寿命。前面提到的方法无法完全达到要求，通常还需要经过“铜洗”阶段。用[Cu(NH3)2]CH3COO可以除去几乎所有杂质：4[Cu(NH3)2]++8NH3·H2O+O2==4[Cu(NH3)4]2++4OH−+6H2O[Cu(NH3)2]++CH3COO−+CO==[Cu(NH3)2]CH3COO·CO↓2[Cu(NH3)2]++H2S+2H2O==Cu2S↓+2NH4++2NH3·H2O二、合成氨的生产工艺：第16页/共22页氨的合成与分离：【思考与交流】合成塔中的气体流向为何如此设计？二、合成氨的生产工艺：第17页/共22页氨的合成与分离：二、合成氨的生产工艺：

造气

净化

分离

合成

压缩液氨N2、H2（防止催化剂中毒）【思考与讨论】联合生产是指在生产过程中生产多种产品，请问合成氨工业可以进行哪些联合生产或深加工？CO2

+2NH3

==CO(NH2)2+H2O加热第18页/共22页原料及原料气的净化；催化剂的改进；

哈伯最初采用锇（Os）作催化剂，平衡混合物中氨的百分含量可达6%，但锇的价格极其昂贵、相关化合物毒性很大且锇是重金属，很容易中毒，后来由博施进行了配方超过2500种的20000多次试验，终于筛选出用铁的氧化物如Fe2O3、Fe3O4、Fe1−xO等为催化剂的铁基催化剂体系。从1972年开始，基于金属钌（Ru）及其化合物的钌基催化剂日益得到人们重视，但钌基催化剂价格昂贵，活性尚