化学：1.2《氨的工业合成》学案（鲁科版选修2）

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主题1 空气资源 氨的合成
课题2 氨的工业合成（第1课时）
［导与学目标］
1．理解合成氨的主要原理、原料、重要设备和流程
2．掌握应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法
一．合成氨选择的最佳条件
［情景创设］
1．氨气在国民经济中有哪些重要用途？
2．在合成氨工业化生产中，人们都遇到了哪些问题？
［自主学习］
阅读教材P6－7，完成下列填空：
氮气与氢气合成氨的反应是一个可逆反应，生成氨的反应是__热、气体总体积______的反应。N2+3H22NH3
从化学反应速率的角度看，______________________________都可以使合成氨的化学反应速率增大
从化学平衡的角度看，反应达平衡时平衡混合气中氨的含量随着温度的升高而________，随压强的增大而______。这说明温度、压强对这一反应的化学平衡有影响：_______________________________
在实际生产中，我国合成氨厂一般选用的压强在_______________之间。
合成氨如果采用较低温度，虽然有利于增大平衡混合气中氨的含量，但温度过低，反应速率太小，要很长时间才能使反应达到平衡状态，这对生产十分不利。加入催化剂是为了_______________________，然而催化剂需要在一定的温度范围内才能表现出良好的催化活性。目前，合成氨工业普遍使用的是以_____________催化剂，这种催化剂又称为铁触媒。铁触媒在________________的活性最大。
［合作探究］
合成氨的最佳条件是什么？你选择这样的条件的依据是什么？
二．获得大量廉价的原料气
［自主学习］
阅读课本4~5页，完成下面的填空：
合成氨原料为____________，空气中有充足的____________，故合成氨原料来源的关键是获得大量廉价的___气。
氢气的制取可有以下几条途径：
（1）电解水制取氢气
（2）由煤或焦炭来制取氢气
煤或焦炭经加热，炽热的炭与水蒸气发生反应生成氢气：
__________________________________________
（3）由天然气或重油制取氢气
天然气的主要成分_____________，在高温、催化剂的作用下与水蒸气反应生成氢气和一氧化碳：
________________________________________
由煤或焦炭、天然气制氢气的过程中产生的一氧化碳，在催化剂存在的条件下与水蒸气反应生成氢气和二氧化碳：
__________________________________________
这一过程在工业上称为__________，最后脱去________，可得到氢气。
［合作探究］
对上述几种制氢方法，请评价一下它们的优缺点。你认为哪种方法是最佳选择？
［基础过关］
1．对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施以高压，下列叙述中正确的是
A．都能提高反应速率，都对化学平衡无影响
B．都对化学平衡有影响，都不影响达到化学平衡所用的时间
C．都能缩短达到化学平衡所用的时间，只有压强对化学平衡状态有影响
D．催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而压强无此作用
2．下列变化属于氮的固定的是
A．N2与H2在一定条件下反应生成NH3
B．NO和O2反应生成NO2
C．NH3经催化氧化生成NO
D．由NH3制NH4HCO3和（NH4）2SO4
［能力提升］
合成氨原料可以由天然气制取。其主要反应为：
CH4（g）+H2O（g）→CO（g）+3H2
（1）1m3（标准状况）CH4按上式完全反应，产生H2 ____ mol。
（2）CH4和O2的反应为2CH4（g）+O2（g）→2CO（g）+4H2（g）。设CH4同时和H2O（g）及O2（g）反应。1m3（标准状况）CH4按上述两式完全反应，产物气体的体积（标准状况）为_____________
（3）CH4（g）和H2O（g）及富氧空气（O2含量较高，不同富氧空气O2含量不同）混合反应，产物气体的组成如下表：
气体 CO H2 N2 O2
体积（L） 25 60 15 1.5
计算该富氧空气中O2和N2的体积比V（O2）/V（N2）
（4）若CH4和H2O（g）及富氧空气混合反应的产物中，
V（H2）/V（N2）=3/1（合成氨反应的最佳比），则反应中的
H2O（g）与富氧空气的体积比为何值？
［信息反馈］
本节课你学习了什么知识？
本节课你学会了哪些知识？
你还有哪些疑难或困惑？
主题1 空气资源 氨的合成
课题2 氨的工业合成（第2课时）
［导与学目标］
1．理解合成氨的重要设备和流程
2．掌握应用化学原理选择化工生产条件的思路和方法
三．利用未转化的H2和N2
［情景创设］
从合成塔出口出来的含氨混合气中是否还有未反应的氮气和氢气？你认为应如何处理它？
［自主学习］
阅读课本第10页，完成下面的填空
在实际生产中采用了_________， 先通过冷凝把__________从合成塔出来的混合气中分离出来，余下未反应的_______混合气用_________重新送入_______进行反应，同时不断地补充新鲜的原料气，这样氨的合成就形成了一个___________ ，使氢气和氮气得到_________。
［合作探究］
试画出合成氨的工艺流程图。
［概括整合］
［基础过关］
1．合成氨工业中，为实现增加NH3的日产量的目的而采取下列措施，其中与平衡移动无关的是
A．不断将NH3分离出来
B．使用催化剂
C．采用500℃左右的高温
D．采用2×107~5×107Pa的压强
2．下列事实不能用勒夏特列原理解释的是
A．对盛在烧杯里的氨水加热，氨水中NH4+浓度减小
B．对熟石灰的悬浊液加热使温度升高，悬浊液中Ca（OH）2固体的含量增加
C．高压有利于合成氨的反应
D．500℃比室温更有利于合成氨的反应
3．用焦炭、空气、水为原料制备NH3，则参加反应的焦炭与产品之间的物质的量之比为（ ）
A．3：4 B．3：2 C．2：3 D．1：2
4．有平衡体系CO（g）+2H2（g）CH3OH（g） △H＜0
为了增加甲醇的产量，应采取的正确措施为
A．高温
B．适宜的温度、高压、催化剂
C．低温、低压
D．高温、高压、催化剂
5．合成氨工业采用循环操作主要是因为
A．加快反应速率
B．能提高NH3的平衡浓度
C．降低NH3的沸点
D．提高N2和H2的利用率
［能力提升］
1．在一定条件下，进入氨合成塔的混合气体中氮气的体积占22%，氢气的体积占78%，经合成反应达到平衡后，在相同温度和压强下，气体体积缩小至原体积的95%，氮气的转化率接近于
A．11.5% B．10.5% C．9.75% D．13.2%
2．已知N2（g）+3H2（g） 2NH3（g），2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）。这两个反应的正反应都是放热反应。回答下列问题：
（1）从影响速率和平衡的因素分析，要有利于NH3和SO3的生成，理论上应采取的措施是_______________________________________________，实际生产中采取的措施分别是________________________
（2）在实际生产合成氨过程中，要分离出氨气，其目的是________________________；而合成SO3过程中，不需要分离出SO3，原因是______________________________。
3．反应C（s）+H2O（g）CO（g）+H2（g）在一可变容积的容器内进行，下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是
①增加C的量②将容器体积缩小一半③保持容器体积不变，充入N2使体系压强增大④保持压强不变，充入N2使容器体积增大
A．①④ B ．②③
C．①③ D．②④
4．合成氨的温度和压强通常控制在约500℃以及200atm~500atm的范围，且进入合成塔的N2和H2体积比为1：3，经科学测定在相应条件下，N2和H2反应所得氨的平衡浓度（体积分数）如下表所示：
200 atm 600 atm
500℃ 19.1 42.2
而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%，这表明
A．表中所测数据有明显误差
B．生产条件控制不当
C．氨的分解速率大于预测值
D．合成氨中的反应并未达平衡
［信息反馈］
本节课你学习了什么知识？
本节课你学会了哪些知识？
你还有哪些疑难或困惑？
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