32-氨的合成.pptx

化学技术与生活模块化学技术与生活模块化学技术与生活模块化学技术与生活模块专题三专题三专题三专题三 从自然资源到化学品从自然资源到化学品从自然资源到化学品从自然资源到化学品单击此处编辑母版标题样式引言引言：神秘的魔鬼谷神秘的魔鬼谷 在在在在新疆与青海交界的阿尔金山自然保护区东端有一新疆与青海交界的阿尔金山自然保护区东端有一新疆与青海交界的阿尔金山自然保护区东端有一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，山谷，人称魔鬼谷。每当人畜进入后，经常电闪雷鸣，山谷，人称魔鬼谷。每当人畜进入后，经常电闪雷鸣，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，四季狂风暴雨，把人畜击毙。然而谷内却是牧草茂盛，四季狂风暴雨，把人畜击毙。然而谷内却是牧草茂盛，四季狂风暴雨，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？常青。你知道原因吗？常青。你知道原因吗？常青。你知道原因吗？N N2 2+O+O2 2 =2NO2NO放电放电放电放电2NO2NO +OO2 2=2NO=2NO2 2 3NO3NO2 2+HH2 2O=2HNOO=2HNO3 3 +NO+NO单击此处编辑母版标题样式氮在植物中的生理功能氮在植物中的生理功能缺氮的棉花缺氮的棉花缺氮的棉花缺氮的棉花 是植物体内蛋白质、核酸和叶绿素的组成元素。蛋白质是是植物体内蛋白质、核酸和叶绿素的组成元素。蛋白质是是植物体内蛋白质、核酸和叶绿素的组成元素。蛋白质是是植物体内蛋白质、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；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；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；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，在而光合作用则离不开叶绿素。因此，在而光合作用则离不开叶绿素。因此，在而光合作用则离不开叶绿素。因此，在缺氮缺氮缺氮缺氮的情况下，由于新的情况下，由于新的情况下，由于新的情况下，由于新细胞形成受阻，细胞形成受阻，细胞形成受阻，细胞形成受阻，植物的生长发育会迟缓或停滞植物的生长发育会迟缓或停滞植物的生长发育会迟缓或停滞植物的生长发育会迟缓或停滞；如果叶绿素含；如果叶绿素含；如果叶绿素含；如果叶绿素含量下降，则直接量下降，则直接量下降，则直接量下降，则直接影响光合作用的速率和光合作用产物的形成影响光合作用的速率和光合作用产物的形成影响光合作用的速率和光合作用产物的形成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同时，蛋白质含量的下降使作物的同时，蛋白质含量的下降使作物的同时，蛋白质含量的下降使作物的品质降低品质降低品质降低品质降低。氮氮单击此处编辑母版标题样式将将游离态氮转化为化合态氮游离态氮转化为化合态氮的方法叫做氮的固定。的方法叫做氮的固定。氮的固定氮的固定什么是氮的天然固定和什么是氮的天然固定和什么是氮的天然固定和什么是氮的天然固定和人工固定？哪些可以大人工固定？哪些可以大人工固定？哪些可以大人工固定？哪些可以大规模工业化生产？规模工业化生产？规模工业化生产？规模工业化生产？单击此处编辑母版标题样式科学史话科学史话：合成氨与诺贝尔奖合成氨与诺贝尔奖 利用利用利用利用氮、氢为原料合成氨的工业化生产曾是一氮、氢为原料合成氨的工业化生产曾是一氮、氢为原料合成氨的工业化生产曾是一氮、氢为原料合成氨的工业化生产曾是一个困个困个困个困难的课题难的课题难的课题难的课题，从实验室研究到从实验室研究到从实验室研究到从实验室研究到工业化投产工业化投产工业化投产工业化投产，经历，经历，经历，经历了了了了150150年年年年时间时间时间时间。1918 1918年，年，年，年，德国化学家弗里茨德国化学家弗里茨德国化学家弗里茨德国化学家弗里茨 哈伯哈伯哈伯哈伯(Fritz Haber)(Fritz Haber)由由由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于实现合成氨的工业化生产及合成氨研究对化学理论发于实现合成氨的工业化生产及合成氨研究对化学理论发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。展的推动，获得诺贝尔化学奖。展的推动，获得诺贝尔化学奖。展的推动，获得诺贝尔化学奖。1931 1931年，年，年，年，德国化学家卡尔德国化学家卡尔德国化学家卡尔德国化学家卡尔 博施博施博施博施(Karl Bosch)(Karl Bosch)因为因为因为因为改进合成氨的工业方法而获诺贝尔化学奖。改进合成氨的工业方法而获诺贝尔化学奖。改进合成氨的工业方法而获诺贝尔化学奖。改进合成氨的工业方法而获诺贝尔化学奖。2007 2007年，年，年，年，德国化学家格哈德德国化学家格哈德德国化学家格哈德德国化学家格哈德 埃特尔埃特尔埃特尔埃特尔(Gerhard(Gerhard Ertl)Ertl)因发现因发现因发现因发现“哈伯哈伯哈伯哈伯 博施法博施法博施法博施法”的作用机理并推动表面化的作用机理并推动表面化的作用机理并推动表面化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。学动力学的研究而获诺贝尔化学奖。学动力学的研究而获诺贝尔化学奖。学动力学的研究而获诺贝尔化学奖。单击此处编辑母版标题样式科学史话科学史话：合成氨与诺贝尔奖合成氨与诺贝尔奖Fritz HaberFritz Haber（1868193418681934）Karl BoschKarl Bosch（1874194018741940）Gerhard ErtlGerhard Ertl（19361936）【想一想想一想想一想想一想】大气中大气中大气中大气中N N2 2含量高达含量高达含量高达含量高达78%78%，为何人工固氮，为何人工固氮，为何人工固氮，为何人工固氮直到直到直到直到2020世纪初才取得重大突破？世纪初才取得重大突破？世纪初才取得重大突破？世纪初才取得重大突破？单击此处编辑母版标题样式本节要点本节要点1.合成氨的反应原理合成氨的反应原理2.合成氨的生产工艺合成氨的生产工艺3.合成氨工业的发展合成氨工业的发展单击此处编辑母版标题样式【思考与交流思考与交流】合成氨反应有哪些特点？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，成氨的反应速率，反应应该在什么条件下进行反应应该在什么条件下进行？根据根据化学平衡移动的原理，说明要化学平衡移动的原理，说明要提高平衡时提高平衡时氨的氨的含量，含量，反应应该在什么条件下进行？反应应该在什么条件下进行？一、合成氨的反应原理：一、合成氨的反应原理：单击此处编辑母版标题样式 根据下表数据为实际生产选取合适的温度和根据下表数据为实际生产选取合适的温度和压强条件：压强条件：一、合成氨的反应原理：一、合成氨的反应原理：0.10.1101020203030606010010020020015.315.381.581.586.486.489.989.995.495.498.898.83003002.22.252.052.064.264.271.071.084.284.292.692.64004000.40.425.125.138.238.247.047.065.265.279.879.85005000.10.110.610.619.119.126.426.442.242.257.557.56006000.050.054.54.59.19.113.813.823.123.131.431.4NHNH3 3含量含量含量含量/%/%温度温度温度温度/压强压强压强压强/Mpa/Mpa单击此处编辑母版标题样式n表中数据说明：表中数据说明：1.温度一定时，增大压强，能提高平衡混合物中温度一定时，增大压强，能提高平衡混合物中氨的含量；氨的含量；2.压强一定时，降低温度，能提高平衡混合物中压强一定时，降低温度，能提高平衡混合物中氨的含量。氨的含量。n但另一方面：但另一方面：温度较低时催化剂的温度较低时催化剂的活性活性较差较差，反应速率低；反应速率低；加压对加压对设备要求设备要求高高，增加，增加成本和成本和能量消耗，而能量消耗，而且在操作中催化剂易被压碎，缩短催化剂寿命。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：一、合成氨的反应原理：单击此处编辑母版标题样式合成氨的反应条件：合成氨的反应条件：1.压强：压强：1030 MPa；2.温度：温度：400500；3.浓度：氮气略过量；浓度：氮气略过量；4.催化剂：铁触媒。催化剂：铁触媒。【想一想想一想】除了上述反应条件外，还可以采取什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。么措施来提高反应物的转化率。一、合成氨的反应原理：一、合成氨的反应原理：单击此处编辑母版标题样式合成氨的生产包括合成氨的生产包括3个步骤：个步骤：1.造造气：气：2.净化：净化：3.合成合成与与分离。分离。二、合成氨的生产工艺：二、合成氨的生产工艺：单击此处编辑母版标题样式1.制备合成氨的原料气：制备合成氨的原料气：氮气：氮气：【想一想想一想】请设计两种从空气中分离得到氮气的请设计两种从空气中分离得到氮气的方法。方法。二、合成氨的生产工艺：二、合成氨的生产工艺：空气空气空气空气压缩压缩压缩压缩降温降温降温降温液态空气液态空气液态空气液态空气蒸发蒸发蒸发蒸发N N2 2（先逸出）（先逸出）（先逸出）（先逸出）炭炭炭炭COCO2 2N N2 2除去除去除去除去COCO2 2N N2 2单击此处编辑母版标题样式氢气：氢气：既可以通过水蒸气与炽热的煤（或焦炭层）制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。反应制得。请写出水蒸气与炭、请写出水蒸气与炭、CO和甲烷分别发生反应的和甲烷分别发生反应的化学方程式。化学方程式。二、合成氨的生产工艺：二、合成氨的生产工艺：HH2 2O(g)O(g)赤热炭赤热炭赤热炭赤热炭或其他燃料或其他燃料或其他燃料或其他燃料COCOHH2 2HH2 2O(g)O(g)催化剂催化剂催化剂催化剂COCO2 2HH2 2除去除去除去除去COCO2 2HH2 2单击此处编辑母版标题样式2.原料气的净化：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，原料气体中含有的微量杂质会与催化剂反应，原料气体中含有的微量杂质会与催化剂反应，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，这从而使催化剂的活性、选择性明显下降或丧失，这从而使催化剂的活性、选择性明显下降或丧失，这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种现象叫做催化剂种现象叫做催化剂种现象叫做催化剂“中毒中毒中毒中毒”。例如在合成氨反应中例如在合成氨反应中例如在合成氨反应中例如在合成氨反应中用铁作为催化剂，若反应原料中含有用铁作为催化剂，若反应原料中含有用铁作为催化剂，若反应原料中含有用铁作为催化剂，若反应原料中含有S S，则发生反应，则发生反应，则发生反应，则发生反应Fe+S=FeSFe+S=FeS使铁触媒失效。使铁触媒失效。使铁触媒失效。使铁触媒失效。【思考与交流思考与交流】作为反应物的氮气和氢气中含有哪作为反应物的氮气和氢气中含有哪作为反应物的氮气和氢气中含有哪作为反应物的氮气和氢气中含有哪些杂质？如何除去？些杂质？如何除去？些杂质？如何除去？些杂质？如何除去？除去除去除去除去HH2 2S S：NHNH3 3HH2 2O+HO+H2 2S=NHS=NH4 4HS+HHS+H2 2OO除去除去除去除去COCO：CO+HCO+H2 2O=COO=CO2 2+H+H2 2除去除去除去除去COCO2 2：KK2 2COCO3 3+CO+CO2 2+H+H2 2O=2KHCOO=2KHCO3 3二、合成氨的生产工艺：二、合成氨的生产工艺：单击此处编辑母版标题样式【资料卡片资料卡片】原料气的精制原料气的精制 原料气必须进行严格的净化，否则会缩短催化原料气必须进行严格的净化，否则会缩短催化原料气必须进行严格的净化，否则会缩短催化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，通常剂寿命。前面提到的方法无法完全达到要求，通常剂寿命。前面提到的方法无法完全达到要求，通常剂寿命。前面提到的方法无法完全达到要求，通常还需要经过还需要经过还需要经过还需要经过“铜洗铜洗铜洗铜洗”阶段。用阶段。用阶段。用阶段。用Cu(NHCu(NH3 3)2 2CHCH3 3COOCOO可以除去几乎所有杂质：可以除去几乎所有杂质：可以除去几乎所有杂质：可以除去几乎所有杂质：4Cu(NH4Cu(NH3 3)2 2+8NH+8NH3 3HH2 2O+OO+O2 2=4Cu(NH=4Cu(NH3 3)4 4 2+2+4OH+4OH +6H6H2 2O O Cu(NHCu(NH3 3)2 2+CH+CH3 3COOCOO +CO=Cu(NH+CO=Cu(NH3 3)2 2CHCH3 3COOCO COOCO 2Cu(NH2Cu(NH3 3)2 2+H+H2 2S+2HS+2H2 2O=CuO=Cu2 2S+2NHS+2NH4 4+2NH+2NH3 3HH2 2OO二、合成氨的生产工艺：二、合成氨的生产工艺：单击此处编辑母版标题样式3.氨的合成与分离：氨的合成与分离：【思考与交流思考与交流思考与交流思考与交流】合成塔中的气体流向为何如此设计合成塔中的气体流向为何如此设计合成塔中的气体流向为何如此设计合成塔中的气体流向为何如此设计？二、合成氨的生产工艺：二、合成氨的生产工艺：单击此处编辑母版标题样式3.氨的合成与分离：氨的合成与分离：二、合成氨的生产工艺：二、合成氨的生产工艺：造气造气造气造气 净化净化净化净化 分离分离分离分离 合成合成合成合成 压缩压缩压缩压缩液氨液氨液氨液氨N N2 2H H2 2（防止催化剂中毒）（防止催化剂中毒）（防止催化剂中毒）（防止催化剂中毒）【思考与讨论思考与讨论】联合生产是指在生产过程中生产多种产品，请联合生产是指在生产过程中生产多种产品，请联合生产是指在生产过程中生产多种产品，请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？问合成氨工业可以进行哪些联合生产或深加工？问合成氨工业可以进行哪些联合生产或深加工？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加热加热加热加热单击此处编辑母版标题样式1.原料及原料气的净化；原料及原料气的净化；2.催化剂的改进；催化剂的改进；哈伯最初采用锇（哈伯最初采用锇（哈伯最初采用锇（哈伯最初采用锇（OsOs）作催化剂，平衡混合物中氨）作催化剂，平衡混合物中氨）作催化剂，平衡混合物中氨）作催化剂，平衡混合物中氨的百分含量可达的百分含量可达的百分含量可达的百分含量可达6%6%，但锇的价格极其昂贵、相关化合，但锇的价格极其昂贵、相关化合，但锇的价格极其昂贵、相关化合，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，后来由博施进物毒性很大且锇是重金属，很容易中毒，后来由博施进物毒性很大且锇是重金属，很容易中毒，后来由博施进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行了配方超过行了配方超过行了配方超过25002500种的种的种的种的2000020000多次试验，终于筛选出用多次试验，终于筛选出用多次试验，终于筛选出用多次试验，终于筛选出用铁的氧化物如铁的氧化物如铁的氧化物如铁的氧化物如FeFe2 2OO3 3、Fe Fe3 3OO4 4、FeFe1x1xOO等为催化剂的铁基等为催化剂的铁基等为催化剂的铁基等为催化剂的铁基催化剂体系。从催化剂体系。从催化剂体系。从催化剂体系。从19721972年开始，基于金属钌（年开始，基于金属钌（年开始，基于金属钌（年开始，基于金属钌（RuRu）及其化）及其化）及其化）及其化合物的钌基催化剂日益得到人们重视，但钌基催化剂价合物的钌基催化剂日益得到人们重视，但钌基催化剂价合物的钌基催化剂日益得到人们重视，但钌基催化剂价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，活性尚未超过铁基催化剂，目前仍在研究之中。格昂贵，活性尚未超过铁基催化剂，目前仍在研究之中。格昂贵，活性尚未超过铁基催化剂，目前仍在研究之中。格昂贵，活性尚未超过铁基催化剂，目前仍在研究之中。3.三废处理。三废处理。三、合成氨工业的发展：三、合成氨工业的发展：单击此处编辑母版标题样式1.氨的固定与人工固氮的意义：氨的固定与人工固氮的意义：2.合成氨的反应原理与生产工艺：合成氨的反应原理与生产工艺：3.合成氨的工业生产过程中必须考虑的因素。合成氨的工业生产过程中必须考虑的因素。总结：本节课重点总结：本节课重点单击此处编辑母版标题样式合成氨工厂实拍照片：合成氨工厂实拍照片：