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1、人工固氮技术合成氨学习指导1、生产原理N2、H2为反应气体，用铁做催化剂，原理方程式为：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g);ΔH<0实验室与工业生产的原理都是该反应。所用原料为N2、H2及催化剂。生产过程中注意的问题是原料及原料气的净化、催化剂的改进。合成氨中的废渣主要有煤渣、炭黑，废气主要是H2S、CO2等，废液主要是有毒的含氰化物和含氨的污水，都需要回收利用。2、生产过程简析工业合成氨包括造气、气体净化、氨的合成三个阶段。(1)、原料气的制备(即造气)由原理知，生产原料应为N2、H2。A、N2来源于空气N2来自于空气，利用液氧、液氮沸点的不同，可将液态空气加热，蒸发
2、分离出O2、N2，这是利用物理方法得到。也可用化学方法，用碳消耗空气中的O2生成CO2，然后除去CO2而得到N2。B、H2来源于水和碳氢化合物C与H2O反应生成水煤气：C+H2O(g)CO+H2CO与H2O作用生成CO2：CO+H2OCO2+H2碳氢化合物与H2O反应生成H2：CH4+H2O3H2+COCH4+2H2O4H2+CO2该方法主要是利用石油、天然气、焦炉气等含有的大量碳氢化合物，使工业废气得以充分利用。(2)、原料气的净化工业制硫酸的过程中，就存在SO2催化氧化前对气体净化的过程，防止杂质引起催化剂中毒。合成氨的过程会出现同样的问题，故必须除去原料气体中的杂质气体，这就是原料气的净
3、化。A、常见的杂质气体常混有的杂质气体有H2S、CO、CO2、O2等。B、常见的气体净化法H2S为酸性气体杂质，可用稀氨水吸收NH3·H2O+H2S=NH4HS+H2OCO可被氧化剂氧化为CO2CO+H2O=CO2+H2CO2可用碱溶液或K2CO3等盐溶液吸收除去CO2+K2CO3+H2O=2KHCO3(3)、氨的合成与分离合成氨生产的简易流程示意图为：该流程示意图涉及到NH3合成所需的原料气及高温高压、催化剂等条件，同时为利于NH3的合成，又采用冷却的方法使氨分离。对未反应的N2、H2又循环操作，这是工业生产经常使用的方法。3、生产条件N2与H2合成NH3的条件为高温、高压、催
4、化剂。从化学平衡移动原理分析，低温、高压有利于平衡向生成NH3的方向移动，但温度低时反应速率慢，催化剂的催化作用弱，故一般温度在400500之间，压强为10 Mpa30 Mpa，采用以铁为主的催化剂。4、三废处理及合成氨工业的发展(1)三废处理废渣大都用作建材和肥料的原料。废气中H2S可直接氧化，也可用溶液吸收。CO2可作为尿素和碳铵的生产原料。处理含氨废水多用蒸馏的方法回收氨，也可用离子交换法治理。(2)合成氨工业的发展合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，大大促进了农业和工业的发展。同时，人们对合成氨的研究仍未间断，需要改进的地方有：A、原料气的制取和净化N2来源较为丰富，但制H2的成本还
5、太高，若能廉价制取H2，合成NH3的成本会大大降低。同时，H2又是绿色能源，又可以缓解能源危机。相信H2制取成本高的难题会被科学家们突破，届时，原料气的净化工艺也相应改进。B、催化剂的改进目前，各国大多仍采用铁触媒为合成氨的催化剂，如何找到廉价易得的催化剂又是科学家们探讨的问题。C、环境保护环境保护是目前各国普遍关注的问题，我国前几年大多注重产品产率的高低，现在则注重在环境不受污染的前提下生产产品。合成氨工业中同样要对“三废”进行处理，其中煤渣、炭黑等废渣用作建材和肥料，废气中H2S被直接氧化，CO2被用于合成尿素和碳铵等的生产原料。废液中的含氰化物有剧毒，常采用加压水解、氧化分解、反吹回炉等
6、方法进行处理，含氨废水采用蒸馏等方法回收氨。【例题分析】例1、合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量的CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜()溶液来吸收原料气中的CO，其反应为：Cu(NH3)2Ac+CO+NH3Cu(NH3)3Ac·CO;H<0(1)必须除去原料气中CO的原因是_。(2)醋酸二氨合铜()吸收CO的生产适宜条件是_。(3)吸收CO后的醋酸铜氨液经过适当处理后又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸铜氨溶液再生的适宜条件应是_。解析：分析吸收CO反应的特点：正反应是气体体积缩小的放热反应，对于这样一个可逆反应，用化学平衡原理及有关知识解
7、答。答案：(1)除CO的原因是防止合成塔中的催化剂中毒;(2)吸收CO的适宜条件应选择：低温、高压;(3)醋酸铜氨再生生产的适宜条件是：高温、低压。例2、在一定条件下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中NH3的体积分数为25%。若反应前后条件保持不变，则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值是()A、1/5B、1/4C、1/3D、1/2解析：设起始时H2的物质的量为a，N2的物质的量为b，平衡时NH3的物质的量为x，据转化关系有：依据反应N2+3H22NH3，反应后气体物质的量减小值与生成的氨气的物质的量相等，所以，反应后气体减少的物质的量应为。在相同的条件下，气体的体积比等于物质的量之比，故反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值是答案：A。