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视频标签：人工固氮技术,合成氨
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视频课题：高中化学第一单元《课题2人工固氮技术—合成氨》辽宁省
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高中化学第一单元《课题2人工固氮技术—合成氨》辽宁省
第一单元 走进化学工业 课题2 人工固氮技术 —— 合成氨
教学目标： 知识与技能：
1.掌握氮的固定的概念，了解工业合成氨对人类社会发展的意义。 2.利用化学反应速率和化学平衡理论解释合成氨中的相关问题。 3.了解合成氨的主要原理、原料、典型设备、流程和意义。
过程与方法：
1.通过查阅资料了解工业合成氨的反应原理，并利用所学化学反应速率，化学平衡移动原理分析和讨论合成氨适宜反应条件。
2.结合合成氨的基本生产过程及合成氨工业发展，理解实际生产中问题。
情感态度与价值观：
1.能够说出环境污染的主要方面及防止污染的一些措施，增强环境意识，作环境保护的宣传者、行动者。
2.树立合理利用自然资源、节约能源的观点，激发学习工业化学的兴趣，培养创新精神。
教材分析：
本节教材的内容：本节教材是高中化学选修二第一章第二节《人工固氮技术—合成氨》的内容，合成氨工业对化学工业、国防工业和我国实现农业现代化具有重要意义，是重要的化学工业之一；同时，氨气、氢气合成氨反应也是一个学生熟悉的、典型的平衡体系。本节主要通过合成氨的反应原理、原料气的制备和净化，主要生产过程及相应设备。在化学工业中，需要化学与技术的结合，本节以此为研究对象有利于学生应用化学平衡理论和化学反应速率理论尝试综合选择化工生产的适宜条件，从而体会化学热力学理论和化学动力学理论对生产实践的指导作用。
本节教材的地位及作用：本节学生已在化学必修课中，学过NH3性质，有关氨的用途也已学过，通过“化学反应的快慢和限度”的学习，已经了解了化学反应速率的相关知识并建立了化学平衡的概念。在本课题学习中，面对合成氨的实际生产问题，通过对合成氨最佳条件的探究，进一步理解化学反应速率和化学平衡移动原理是选择合成氨生产条件的主要依据，同时也提供给学生一条综合运用化学原理和其他生产因素分析和解决实际问题的途径，使他们已有的知识得到拓展和应用，并体会到化学理论对生产实践的指导作用。
教学重点：合成氨的反应原理、合成氨生产的适宜条件。 教学难点: 合成氨生产适宜条件。 教学方法:讨论探究、多媒体。教学过程：
[教师活动] [课前学生活动]课前学生查阅资料，了解氮的固定，人工合成氨的重要用途，合成氨的原理，生产流程及相应的设备，做相应的板报和PPT。 角色扮演： 教师：总导演
学生：市场调查员—介绍氨用途 学生（小组分工）：氨厂厂长 学生：硫酸厂总设计师—设计生产原理
学生：第一阶段工程师—阐述氮气和氢气的制备； 学生：第二阶段工程师—阐述氮气和氢气的净化； 学生：第三阶段工程师—阐述氨合成的条件； 学生：环境保护小组—阐述工业三废的处理； 学生扮演：外聘博士—讲述氨合成塔使用原理。
[教师活动] [课程引入ppt展示] 在新疆与青海交界处有一山谷，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。请同学们一起思考并解释原因。
[学生活动][学生归纳] N2 + O2 = 2NO(放电）
2NO + O2 = 2NO2
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
空气中的氮转化为氮氧化物被植物吸收。在人们生活中也经常有“雷雨发庄稼”“春雨贵如油”等说法。
[教师活动] [过渡]大家都知道在地壳中氮的含量只有0.04%，而大气中氮气的体积分数为78%。空中游离态氮气不能被庄稼吸收，必须将其转化为氮的化合物后才能被吸收。将游离氮转化为化合态氮的方法叫氮的固定。请大家根据课前的预习，氮的固定有哪些方法？ [学生活动][学生归纳]主要的固氮反应有：生物固氮、自然固氮、化学固氮和人工模拟生物固氮。
[ppt展示]1、生物固氮：是一种主要的自然固氮反应，如植物在根瘤菌作用下直接吸收空气中的N2转化为氨等，进一步合成氮白质。
2、自然固氮：如闪电产生的巨大电压，其电火花足可以击破氮分子的叁键，促使其与氧气反应生成NO。进而生成NO2和HNO3等。
3、化学固氮：合成氨反应；在放电条件下使氮气与氧气反应生成NO等；氮气与镁反应生成氮化镁。
4、人工模拟生物固氮：通过化学方法，制备出类似生物“固氮菌”的物质，使空气中的氮气在常温常压下与水及二氧化碳等反应，转化为氨态氮或铵态氮，进而实现人工合成大量的蛋
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白质等，最终实现工厂化生产蛋白质食品。 [信息技术支持] 利用Powerpoint展示图片
[教师活动] [过渡]那么在化学上怎样才能有效利用廉价的自然资源来生产含氮化合物？其中合成氨是最有效且便于工业化的方法，这就涉及人工固氮技术—合成氨，为什么要合成氨呢？今天我们以角色扮演的形式来学习合成氨。
[学生活动] [投影]学生-角色市场调查员阐述氨的用途,利用板报展示氨的用途。 [设计意图]通过氨对化工生产的重要性，激发学生对合成氨生产的兴趣。 [信息技术支持] 利用板报和Powerpoint展示图片
[教师活动] [设疑]氨有那么多用途，工业上是如何生产的呢？请同学们根据查阅的资料小组归纳总结合成氨的制备原理及生产过程。
[教师活动] 氨的用途如此之多，建立合成氨厂不仅可以帮助到我们的生活还会带来利润，现在我想建立合成氨厂，首先知道如何才能得到合成氨？
[设计意图]培养学生自学能力，归纳总结能力，个人与合作的能力。 [信息技术支持] 网上查阅资料：合成氨
https://baike.baidu.com/item/%E5%90%88%E6%88%90%E6%B0%A8/828886?fr=aladdin [教师活动]教师要关注学生的活动状态，与他们共同解决可能存在的问题和困惑。 教师还可以提出以下思考问题引导学生学习活动（做成导学案学生课前及课堂使用）： [创设情景]穿越历史：介绍合成氨的发展—从实验室到工业化生产？（以下问题做成导学案学生课前及课堂使用）：
1.根据氧化还原知识确定制备氨的反应原理是什么？ 2.根据反应原理确定哪些原料可以合成氨？ 3.如何净化气体中的杂质？
4.如何根据影响速率和平衡移动的因素来确定合成氨的反应条件？ 5.如何合成氨和分离氨？ 6.如何保护环境？
[学生活动][学生讨论归纳展示并板书]学生-总工程师代表团队讲述及板书：
总工程师讲述及画报展示：1.穿越历史：合成氨的历史：1900年，法国化学家勒夏特列通过理论计算，认为氮气和氢气可以直接化合生成氨。在实验验证过程中发生了爆炸,他并没有调查事故发生的原因，而是觉得这个实验有危险就放弃了。后来查明实验失败的原因是他所用的混合气体中含有氧气。
稍后，德国物理化学家能斯特通过理论计算，竟然认为合成氨是不能进行的。后来才发现，他在计算时误用一个热力学数据，以致得到错误的结论。由于能斯特在物理化学领域的权威性，人工合成氨的研究陷入低潮。
德国化学家哈伯，哈伯没有盲从权威，而是依靠实验来检验，曾在1906年发明了氨的合成法，1908年又发明了合成氨的催化剂，为工业化生产奠定了基础。而波施实现了合成氨的工业化。
2.确立用氢气和氨气合成氨的反应式是：N2+3H2
催化剂 高温高压
2NH3 ，属放热反应。
板书：一、合成氨的反应原理：N2+3H2
催化剂
高温高压
2NH3 △H＝－92.4KJ·mol－1
[学生活动][总工程师归纳]根据硫酸的工业制备及我们查阅资料，合成氨的生产主要包括三个步骤：
造气 制备合成氨的气体原料 净化 原料气净化和处理
合成与分离 使原料进行化学反应合成氨并分离氨 板书：二、合成氨的生产过程 [教师活动][投影]合成氨的工艺流程：
[信息技术支持] 利用用Powerpoint展示资料
[教师活动]下面请我们请不同阶段的工程师分别进行介绍工业合成氨的生产过程： [教师活动][设疑] [投影]第一阶段如何制备合成氨的原料气，工业合成氨时N2取自于什么物质?H2又来源于哪里?
[学生活动]第一阶段工程师介绍（画报）： 1．氮气的制备：N2主要来源于空气
(1)物理方法：将空气液化，蒸发分离出N2。由于相对分子质量越大，分子间作用力越大，空气中所含气体的沸点N2＜O2＜CO2，因此，高压下将空气液化后，经减压蒸发，最先得到的是N2，然后还可以得到O2等。此法是目前工业上制取N2和O2的主要方法。 (2)工业上所采用的化学方法：将空气中氧气与碳作用生成二氧化碳，用煤在空气中燃烧，除去O2，吸收CO2(如用氨水吸收制NH4HCO3)后，得到N2。
2.氢气的制备：主要来源于水和碳氢化合物，碳与水的作用或碳氢化合物与水的作用。 方法一：将水蒸气通过赤热的煤（或焦炭）层，使水蒸气与碳发生反应生成一氧化碳和氢气。 方法二：石油、天然气、焦炉气（炼焦厂副产的气体）、炼厂气（石油炼制厂副产的气体）等都含有大量的碳氢化合物，这些碳氢化合物在一定条件下，可以与氧气或水蒸气反应生成一氧化碳、二氧化碳和氢气。
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[学生活动]试写出碳与水制氢气的化学方程式。
制取氢气的途径 化学反应原理 电解水制取氢气 2H2O 2H2↑＋O2↑ 由煤或焦炭制取氢气
C＋H2O H2＋CO 由天然气或重油制取氢气
CH4＋H2O
3H2＋CO
CH4＋2H2O
4H2＋CO2
板书：1.造气 制备合成氨的气体原料 [教师活动][设疑]合成氨原料的关键是什么？
[学生活动]厂长团队：氮气可以从空气中获得，如何获得大量廉价的氢气，实现最大剩余价值？
[学生活动][第一阶段工程师总结]原料制备路线的选择，应综合考虑资源、工艺、能耗、成本、环境等重要因素。氮气主要来自于空气，主要是氢气，由电解水制氢气，电能消耗大，成本高，不适于制取大量的氢气，早期，主要以焦炭与水为原料生产水煤气以得到氢气，现在，已经可以使用各种不同的固态可燃物（煤和焦炭等）、液态可燃物（石油中提炼的石脑油和重油等）和气态可燃物（天然气、焦炉气等）作为制氢气的原料。 [设计意图]培养学生理论联系实际的能力，用实践检验理论。
[教师活动][设疑]在制取原料气的过程中往往会掺杂一些杂质，其中一些会使催化剂中毒，因此必须除去，这一过程就称为原料气的净化。如何净化原料气？ [设计意图]培养学生理论联系实际的能力，对工业的发展做出贡献。 [学生活动]第二阶段工程师介绍：原料气的净化处理（画报）
（1）原料气净化的原因：除去某些杂质，防止使合成氨所用的催化剂中毒。
（2）用稀氨水吸收H2 S杂质 ： NH3·H2O+H2S=NH4HS+H2O （3）使CO变成CO2 ：CO+H2O=CO2+H2 （催化剂：Fe2O3和CuO） （4）用K2CO3吸收CO2 ：K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3
（5）最后，原料气还需进行精制处理，如用醋酸、铜和氨配制成的溶液来吸收CO、CO2 、
O2、H2S等少量有害气体。
[学生活动][第二阶段工程师总结]由于原料的不同，原料气的净化工艺和技术也不断改进。 板书：2.净化 原料气净化和处理
[设计意图]培养学生理论联系实际的能力，用实践检验理论。[教师活动]净化后的原料气经过压缩机压缩至高压，进入氨合成塔合成和分离。使氨气和氢气在高温高压和催化剂条件下合成氨，最后将合成后的混合气体液化分离出液态氨，并将剩余的氨气与氢气循环送回合成塔中进行反应。
板书：3.合成与分离 使原料进行化学反应合成氨并分离氨
[教师活动][设问]作为工厂的厂长，你对工业生产主要考虑哪些问题？
[学生活动]厂长团队：经济效益和社会效益，降低成本，提高产品的产量和质量，这就需要考虑原料的利用率高，如何增大化学反应限度；单位时间内产率高，增大化学反应速率。另外还要考虑生产中的消耗能源、原料来源、设备条件、环境保护等因素。必须提高综合的经济效益，理论探究与实际相结合。
[设计意图]让学生明确化工生产所要关注的问题，为下面学习做好铺垫。
[教师活动][设问]如何加快速率提高产率呢？现在工厂合成氨气原理有何特点，应怎样选择生产条件呢？依据什么？ 板书：适宜化工生产条件的选择
[学生活动][学生讨论回答][第三阶段工程师总结]外界条件对反应速率和化学平衡的影响。 [评价并板书]依据：外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响。
[教师活动][设问]请写出合成氨的化学方程式， 并分析该反应特点。（教师指导学生分析、总结，并且教师对学生提出的见解进行评价。） [思考]如何选择合成氨的适宜条件？
① 合成氨的反应有什么特点？
② 如果我们是企业家，要提高合成氨的经济效益应采取什么措施？ ③ 怎样改变条件加快合成氨的反应速率？
④ 怎样改变条件能提高氨在平衡混合物中的百分含量？ [信息技术支持] 利用Powerpoint展示
[学生活动][学生讨论思考并尝试回答][第三阶段工程师总结]合成氨反应的特点：可逆反应；正反应为气体体积缩小；正反应为放热反应等。
[学生活动]厂长认为：根据合成氨的特点，应从化学反应速率和化学平衡两个角度来分析，要充分考虑经济效益问题。一要使反应进行得更快，二要使产品的产量更多。
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[学生活动][第三阶段工程师总结]
表1
使氨生产得快 （从化学反应速率分析） 使氨生成得多 （从化学平衡分析） 浓 度 增大N2、H2的浓度
增大N2、H2的浓度，
减小NH3的浓度
压 强 高压 高压 温 度 高温 低温 催化剂
使用
不影响
[投影]讨论结果:表一
[信息技术支持] 利用Powerpoint展示
[教师活动][讨论与思考]根据资料讨论如下问题？
（1）既然增大压强可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好呢？压强怎么定？
（2）既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？温度怎么确定？
（3）催化剂对化学平衡的移动 没有影响， 在合成氨工业中要不要使用催化剂，为什么？ （2）显然，从化学反应速率和化学平衡两个方面考虑，对压强要求是一致的，而对温度的要求是矛盾的。怎样解决这个矛盾？
[学生活动]学生共同讨论分析表2，通过数据分析理解合成氨中温度和压强的变化与氨含量的变化情况。
资料1 合成氨平衡时混合物中氨的含量（体积分数）
温度/℃
压强/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
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②灵敏性：催化剂中混入杂质，常常会失去催化作用，称催化剂“中毒”，因此反应气体进入反应器前必须净化。
③催化剂只有在活化温度以上才能起催化作用，如铁触媒活化温度为400～500℃，因此该温度为合成氨的适宜温度。
[学生活动][第三阶段工程师总结] 完成表3 [投影]表3。
表3 理论和实际生产条件的对比
反应条件
从化学反应速率理论讨论
对化学反应速率的 影响
从化学平衡理论讨论
对平衡混合物中NH3 含量的影响
综合两方面理论
选择合成氨的适宜条件
压 强
增大压强，有利于增大化
学反应速率，越大越好
增大压强，有利于提高平衡混
合物中NH3 的含量，越大越好
压强增大，有利于氨的合成，但需要的动力
大、对材料、设备等要求高因此，工业上一般
采用
10～30Mpa的压强 温 度
升高温度，有利于增大化
学反应速率，越高越好
升高温度，不利于提高平衡混
合物中NH3 的含量，越低越好
选择适宜的温度，工业
上一般采用400~500℃左右的温度，这个温度
催化剂的活性最大 催化剂
使用催化剂有利于增大化
学反应速率
没有影响 工业上一般采用铁触
媒，使反应能在较低的
温度下较快地进行。
[设计意图]培养学生理论联系实际的能力，用实践检验理论。 [信息技术支持] 利用Powerpoint展示 板书：反应条件 1）浓度：
2）温度：400～500℃； 3）高压:10MPa~30MPa； 4）催化剂(加快反应速率)：铁
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[教师活动][讨论与思考]如图，即使在500℃和30MPa时，合成氨平衡混合物中NH3的体积分数也只有26.4%，转化率仍不够大，还可采取什么办法？
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
[学生活动]保持一定的N2、H2浓度，减少氨气的浓度，可以提高合成氨的效率和产量。实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化而分离出去；及时补充氮气和氢气，使其保持一定的浓度。
[教师活动]还可以在哪些方面做进一步的改进？
[学生活动][第三阶段工程师总结]我们除了从反应原理方面分析外，还要从材料和设备方面分析才能确定合成氨工业的适宜条件，必须全面考虑问题，既注意外界条件对反应速率和化学平衡影响的一致性，又要注意其矛盾性，同时兼顾催化剂的活性对温度的限制。也就是理论要联系实际。
[教师活动][扩展]催化剂的改进：多年来一直用磁铁矿催化剂，目前有采用钌为基础活性物质的新型催化剂。
[教师活动][设问]净化后的原料气经过压缩机压缩至高压，进入氨合成塔，氮气和氢气在合成塔内如何反应？请我们外聘的博士给我们讲讲？
[学生活动]博士讲述合成塔内部结构示意图：合成塔主要由接触室和热交换器两部分组成，气体从塔顶部进入,在环隙中沿塔壁而下,经换热器壳程后到分气盒,分散到冷却管，气体被预热到铁催化剂的活性温度（通常为 400～500℃左右），再流经设有电加热器的中心管。从上而下通过催化剂床层，氮气和氢气在此反应后，出催化剂筐，通过换热器管程降低温度，出合成塔，热交换器使合成氨和氨冷凝放出的热量来加热原料气体。
[教师活动][过渡]从合成塔出来的混合气体，其中氨气占总体积的15%，要把混合气体通过冷凝器使氨液化，再导入液氨贮罐。
[教师活动][过渡]现在合成了我们所要的氨气，但随环境保护意识的增强以及相关的法律、法规的严格实施，合成氨的生产过程中可能产生的固体、液体和气体废弃物如何处理？怎样保护环境？
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[学生活动]环化小组展示：环境保护
（1）废渣：主要来自造气阶段，特别是以煤为原料而产生的煤渣，用重油为原料产生的炭黑等，可用作建材和肥料的原料。
（2）废气：主要是H2 S和CO2 等有害气体，对H2 S的处理，可用直接氧化法（选择性催化氧化）、循环法（用溶剂吸收浓缩），CO2也可用来生产尿素和碳铵等。
（3）废液：主要是含氰化物和含氨的污水，处理含氰化物主要用有生化、加压水解、氧化分解、化学沉淀、反吹回炉等方法。处理氨废水可用蒸馏的方法回收，也可用离子交换法治理。
[总结]工业制备氨流程:原理；原料制备，原料气的净化，氨的合成和分离，工业三废处理 板书设计：
人工固氮技术——合成氨 一．合成氨的反应原理 二．合成氨的基本生产过程
造气 净化 合成： 合成条件： 1）浓度：
2）温度：400～500℃； 3）高压:10MPa~30MPa； 4）催化剂(加快反应速率)：铁
课后训练 人工固氮技术—合成氨
1.有关合成氨工业的叙述，不能用勒夏特列原理解释的是( )
A．使用铁触媒有利于合成氨的反应
B．高压比常压更有利于合成氨的反应
C．500 ℃左右比室温更有利于合成氨的反应
D．使反应混合物中的氨液化有利于合成氨的反应
解析：使用铁触媒，可以加快化学反应速率，缩短达到平衡的时间，但平衡不会发生移动，不能用勒夏特列原理解释；合成氨的反应是放热反应，低温虽可提高平衡混合物中NH3的含量，但反应速率太慢，而温度太高，虽能加快反应速率，却使平衡混合物中NH3的含量降低，因此工业生产中一般采用500 ℃左右的温度，此时催化剂的活性最大，故不能用勒夏特列原理解释。
答案：AC
2.为了进一步提高合成氨的生产效率，科研中具有开发价值的是( )
A．研制高温下活性较大的催化剂
B．寻求NH3的新来源
C．研制低温下活性较大的催化剂
D．研制耐高温高压的新型材料建造合成塔
解析：合成氨的反应是放热反应，降低温度有利于提高合成氨的生产效率。研制低温下活性大的催化剂可改善工艺过程，降低成本，提高综合经济效益。
答案：C
3.合成氨的反应采用400～500 ℃温度的原因是( )
A．温度太低反应速率太小
B．该温度时催化剂活性较高
C．该温度时反应速率最大
D．该温度时N2的转化率最高
解析：在400～500 ℃时催化剂的活性较高。
答案：B
4.[双选题]下列关于氮气、氢气合成氨的说法中，正确的是( )
A．将氮气、氢气合成氨，必须施加高温、高压、催化剂等反应条件
B．在氮气、氢气合成氨的化学反应中，催化剂的性能对反应物的温度和压强的高低具有一定的制约作用
C．现代工业上实施的合成氨压强越高越有利
D．现代工业上实施的合成氨属于人工固氮
解析：催化剂是影响化学反应速率外部因素中的主角，催化剂固有性能的发挥与温度有直接的关系，温度太高或太低，都会降低催化剂的活性，A错误，B正确；压强越高越有利于氨的合成，但在工业生产中受到设备等多方面的制约，并不是压强越高经济效益越好，C错误；将游离态的氮转化为化合态的氮属于氮的固定，D正确。
答案：BD
5．在容积可变的密闭容器中，2 mol N2和8 mol H2在一定条件下发生反应，达到平衡时，H2的转化率为25%，则平衡时氮气的体积分数接近于( )
A．5% B．10%
C．15% D．20%
解析：本题考查化学平衡的计算，意在考查考生的计算能力。
N2(g) ＋ 3H2(g)2NH3(g)
起始物质的量/mol 2 8 0
转化物质的量/mol 2/3 2 4/3
平衡物质的量/mol 4/3 6 4/3
故平衡时氮气的体积分数为4/3＋6＋4/3×100%≈15%。
答案：C
6.下面是合成氨的简要流程示意图,沿x路线回去的是( )
A.N2和H2 B.催化剂
C.N2 D.H2
解析：因合成氨为可逆反应,从合成塔出来的混合气体中含有大量的N2、H2,为提高原料的利用率,将分离出氨气后的氮气、氢气再输送到压缩机,循环利用。
答案：A
7实验室合成氨装置如下图所示,则以下说法中错误的是( )
A.装置甲的作用之一是干燥
B.装置甲的作用是化合
C.乙处导出的气体是N2、H2、NH3
D.检验产物可用湿润的红色石蕊试纸或浓盐酸等
解析：装置甲的作用有三点:①干燥气体;②观察气体逸出速率便于控制反应物间的比例;③使气体混合均匀。
答案：B
8.下列措施有利于反应:N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)
ΔH=-92 kJ·mol-1平衡向正反应方向移动的是( )
①升高温度 ②降低温度 ③增大压强 ④减小压强 ⑤增大NH3浓度 ⑥减小NH3浓度
A.②④⑥ B.①③⑥
C.②③⑤ D.②③⑥
解析：合成氨反应是一个正向气体物质的量减小的放热反应,采取高压、低温、减小生成物浓度的措施利于反应向正反应方向进行。
答案：D
9.工业合成氨是在一定条件下进行的可逆反应:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。其部分工艺流程如下:
请回答下列问题:
(1)第②步除需要催化剂这个条件外,还需要的条件是 。
(2)第①步操作中的原料气的“净化”目的是 。
第③步操作中的目的是 。
(3)工业合成氨反应后可以通过降低混合气体的温度而使氨气分离出来。这种分离物质的方法的原理类似于下列哪种方法? (填编号)。
a.过滤 b.蒸馏 c.分液 d.萃取
你作出这个判断的理由是 。
(4)可以用氯气来检验输送氨气的管道是否漏气,如果漏气则会有白烟生成。该反应的化学方程式为 。
解析：(2)原料气中往往含有使催化剂中毒的物质,所以在进行原料气的反应前,需要除掉其中的杂质;工业合成氨反应后的混合气体中既有氨气,也有未反应的氢气、氮气,所以为了提高原料气的利用率,将未反应的原料气进行重新利用,这样可以提高经济效益。
(3)降低温度,氨变为液态,从而进行分离,所以与工业上利用的蒸馏类似,都是通过改变温度,使物质的状态发生变化而分离。
(4)2NH3+3Cl2
N2+6HCl,生成的HCl又与NH3反应生成NH4Cl小颗粒——白烟产生。
答案：(1)高温、高压
(2)防止催化剂中毒 提高原料利用率(或提高经济效益等)
(3)b 通过温度的改变而改变物质的状态,达到分离的目的
(4)8NH3+3Cl2
6NH4Cl+N2
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
