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視頻標簽：人工固氮技術,合成氨
所屬欄目：高中化學優質課視頻
視頻課題：高中化學第一單元《課題2人工固氮技術—合成氨》遼寧省
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高中化學第一單元《課題2人工固氮技術—合成氨》遼寧省
第一單元 走進化學工業 課題2 人工固氮技術 —— 合成氨
教學目標： 知識與技能：
1.掌握氮的固定的概念，了解工業合成氨對人類社會發展的意義。 2.利用化學反應速率和化學平衡理論解釋合成氨中的相關問題。 3.了解合成氨的主要原理、原料、典型設備、流程和意義。
過程與方法：
1.通過查閱資料了解工業合成氨的反應原理，并利用所學化學反應速率，化學平衡移動原理分析和討論合成氨適宜反應條件。
2.結合合成氨的基本生產過程及合成氨工業發展，理解實際生產中問題。
情感態度與價值觀：
1.能夠說出環境污染的主要方面及防止污染的一些措施，增強環境意識，作環境保護的宣傳者、行動者。
2.樹立合理利用自然資源、節約能源的觀點，激發學習工業化學的興趣，培養創新精神。
教材分析：
本節教材的內容：本節教材是高中化學選修二第一章第二節《人工固氮技術—合成氨》的內容，合成氨工業對化學工業、國防工業和我國實現農業現代化具有重要意義，是重要的化學工業之一；同時，氨氣、氫氣合成氨反應也是一個學生熟悉的、典型的平衡體系。本節主要通過合成氨的反應原理、原料氣的制備和凈化，主要生產過程及相應設備。在化學工業中，需要化學與技術的結合，本節以此為研究對象有利于學生應用化學平衡理論和化學反應速率理論嘗試綜合選擇化工生產的適宜條件，從而體會化學熱力學理論和化學動力學理論對生產實踐的指導作用。
本節教材的地位及作用：本節學生已在化學必修課中，學過NH3性質，有關氨的用途也已學過，通過“化學反應的快慢和限度”的學習，已經了解了化學反應速率的相關知識并建立了化學平衡的概念。在本課題學習中，面對合成氨的實際生產問題，通過對合成氨最佳條件的探究，進一步理解化學反應速率和化學平衡移動原理是選擇合成氨生產條件的主要依據，同時也提供給學生一條綜合運用化學原理和其他生產因素分析和解決實際問題的途徑，使他們已有的知識得到拓展和應用，并體會到化學理論對生產實踐的指導作用。
教學重點：合成氨的反應原理、合成氨生產的適宜條件。 教學難點: 合成氨生產適宜條件。 教學方法:討論探究、多媒體。教學過程：
[教師活動] [課前學生活動]課前學生查閱資料，了解氮的固定，人工合成氨的重要用途，合成氨的原理，生產流程及相應的設備，做相應的板報和PPT。 角色扮演： 教師：總導演
學生：市場調查員—介紹氨用途 學生（小組分工）：氨廠廠長 學生：硫酸廠總設計師—設計生產原理
學生：第一階段工程師—闡述氮氣和氫氣的制備； 學生：第二階段工程師—闡述氮氣和氫氣的凈化； 學生：第三階段工程師—闡述氨合成的條件； 學生：環境保護小組—闡述工業三廢的處理； 學生扮演：外聘博士—講述氨合成塔使用原理。
[教師活動] [課程引入ppt展示] 在新疆與青海交界處有一山谷，人稱魔鬼谷。每當人畜進入后，經常電閃雷鳴，狂風暴雨，把人畜擊斃。然而谷內卻是牧草茂盛，四季常青。請同學們一起思考并解釋原因。
[學生活動][學生歸納] N2 + O2 = 2NO(放電）
2NO + O2 = 2NO2
3NO2 + H2O = 2HNO3 + NO
空氣中的氮轉化為氮氧化物被植物吸收。在人們生活中也經常有“雷雨發莊稼”“春雨貴如油”等說法。
[教師活動] [過渡]大家都知道在地殼中氮的含量只有0.04%，而大氣中氮氣的體積分數為78%。空中游離態氮氣不能被莊稼吸收，必須將其轉化為氮的化合物后才能被吸收。將游離氮轉化為化合態氮的方法叫氮的固定。請大家根據課前的預習，氮的固定有哪些方法？ [學生活動][學生歸納]主要的固氮反應有：生物固氮、自然固氮、化學固氮和人工模擬生物固氮。
[ppt展示]1、生物固氮：是一種主要的自然固氮反應，如植物在根瘤菌作用下直接吸收空氣中的N2轉化為氨等，進一步合成氮白質。
2、自然固氮：如閃電產生的巨大電壓，其電火花足可以擊破氮分子的叁鍵，促使其與氧氣反應生成NO。進而生成NO2和HNO3等。
3、化學固氮：合成氨反應；在放電條件下使氮氣與氧氣反應生成NO等；氮氣與鎂反應生成氮化鎂。
4、人工模擬生物固氮：通過化學方法，制備出類似生物“固氮菌”的物質，使空氣中的氮氣在常溫常壓下與水及二氧化碳等反應，轉化為氨態氮或銨態氮，進而實現人工合成大量的蛋
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白質等，最終實現工廠化生產蛋白質食品。 [信息技術支持] 利用Powerpoint展示圖片
[教師活動] [過渡]那么在化學上怎樣才能有效利用廉價的自然資源來生產含氮化合物？其中合成氨是最有效且便于工業化的方法，這就涉及人工固氮技術—合成氨，為什么要合成氨呢？今天我們以角色扮演的形式來學習合成氨。
[學生活動] [投影]學生-角色市場調查員闡述氨的用途,利用板報展示氨的用途。 [設計意圖]通過氨對化工生產的重要性，激發學生對合成氨生產的興趣。 [信息技術支持] 利用板報和Powerpoint展示圖片
[教師活動] [設疑]氨有那么多用途，工業上是如何生產的呢？請同學們根據查閱的資料小組歸納總結合成氨的制備原理及生產過程。
[教師活動] 氨的用途如此之多，建立合成氨廠不僅可以幫助到我們的生活還會帶來利潤，現在我想建立合成氨廠，首先知道如何才能得到合成氨？
[設計意圖]培養學生自學能力，歸納總結能力，個人與合作的能力。 [信息技術支持] 網上查閱資料：合成氨
https://baike.baidu.com/item/%E5%90%88%E6%88%90%E6%B0%A8/828886?fr=aladdin [教師活動]教師要關注學生的活動狀態，與他們共同解決可能存在的問題和困惑。 教師還可以提出以下思考問題引導學生學習活動（做成導學案學生課前及課堂使用）： [創設情景]穿越歷史：介紹合成氨的發展—從實驗室到工業化生產？（以下問題做成導學案學生課前及課堂使用）：
1.根據氧化還原知識確定制備氨的反應原理是什么？ 2.根據反應原理確定哪些原料可以合成氨？ 3.如何凈化氣體中的雜質？
4.如何根據影響速率和平衡移動的因素來確定合成氨的反應條件？ 5.如何合成氨和分離氨？ 6.如何保護環境？
[學生活動][學生討論歸納展示并板書]學生-總工程師代表團隊講述及板書：
總工程師講述及畫報展示：1.穿越歷史：合成氨的歷史：1900年，法國化學家勒夏特列通過理論計算，認為氮氣和氫氣可以直接化合生成氨。在實驗驗證過程中發生了爆炸,他并沒有調查事故發生的原因，而是覺得這個實驗有危險就放棄了。后來查明實驗失敗的原因是他所用的混合氣體中含有氧氣。
稍后，德國物理化學家能斯特通過理論計算，竟然認為合成氨是不能進行的。后來才發現，他在計算時誤用一個熱力學數據，以致得到錯誤的結論。由于能斯特在物理化學領域的權威性，人工合成氨的研究陷入低潮。
德國化學家哈伯，哈伯沒有盲從權威，而是依靠實驗來檢驗，曾在1906年發明了氨的合成法，1908年又發明了合成氨的催化劑，為工業化生產奠定了基礎。而波施實現了合成氨的工業化。
2.確立用氫氣和氨氣合成氨的反應式是：N2+3H2
催化劑 高溫高壓
2NH3 ，屬放熱反應。
板書：一、合成氨的反應原理：N2+3H2
催化劑
高溫高壓
2NH3 △H＝－92.4KJ·mol－1
[學生活動][總工程師歸納]根據硫酸的工業制備及我們查閱資料，合成氨的生產主要包括三個步驟：
造氣 制備合成氨的氣體原料 凈化 原料氣凈化和處理
合成與分離 使原料進行化學反應合成氨并分離氨 板書：二、合成氨的生產過程 [教師活動][投影]合成氨的工藝流程：
[信息技術支持] 利用用Powerpoint展示資料
[教師活動]下面請我們請不同階段的工程師分別進行介紹工業合成氨的生產過程： [教師活動][設疑] [投影]第一階段如何制備合成氨的原料氣，工業合成氨時N2取自于什么物質?H2又來源于哪里?
[學生活動]第一階段工程師介紹（畫報）： 1．氮氣的制備：N2主要來源于空氣
(1)物理方法：將空氣液化，蒸發分離出N2。由于相對分子質量越大，分子間作用力越大，空氣中所含氣體的沸點N2＜O2＜CO2，因此，高壓下將空氣液化后，經減壓蒸發，最先得到的是N2，然后還可以得到O2等。此法是目前工業上制取N2和O2的主要方法。 (2)工業上所采用的化學方法：將空氣中氧氣與碳作用生成二氧化碳，用煤在空氣中燃燒，除去O2，吸收CO2(如用氨水吸收制NH4HCO3)后，得到N2。
2.氫氣的制備：主要來源于水和碳氫化合物，碳與水的作用或碳氫化合物與水的作用。 方法一：將水蒸氣通過赤熱的煤（或焦炭）層，使水蒸氣與碳發生反應生成一氧化碳和氫氣。 方法二：石油、天然氣、焦爐氣（煉焦廠副產的氣體）、煉廠氣（石油煉制廠副產的氣體）等都含有大量的碳氫化合物，這些碳氫化合物在一定條件下，可以與氧氣或水蒸氣反應生成一氧化碳、二氧化碳和氫氣。
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[學生活動]試寫出碳與水制氫氣的化學方程式。
制取氫氣的途徑 化學反應原理 電解水制取氫氣 2H2O 2H2↑＋O2↑ 由煤或焦炭制取氫氣
C＋H2O H2＋CO 由天然氣或重油制取氫氣
CH4＋H2O
3H2＋CO
CH4＋2H2O
4H2＋CO2
板書：1.造氣 制備合成氨的氣體原料 [教師活動][設疑]合成氨原料的關鍵是什么？
[學生活動]廠長團隊：氮氣可以從空氣中獲得，如何獲得大量廉價的氫氣，實現最大剩余價值？
[學生活動][第一階段工程師總結]原料制備路線的選擇，應綜合考慮資源、工藝、能耗、成本、環境等重要因素。氮氣主要來自于空氣，主要是氫氣，由電解水制氫氣，電能消耗大，成本高，不適于制取大量的氫氣，早期，主要以焦炭與水為原料生產水煤氣以得到氫氣，現在，已經可以使用各種不同的固態可燃物（煤和焦炭等）、液態可燃物（石油中提煉的石腦油和重油等）和氣態可燃物（天然氣、焦爐氣等）作為制氫氣的原料。 [設計意圖]培養學生理論聯系實際的能力，用實踐檢驗理論。
[教師活動][設疑]在制取原料氣的過程中往往會摻雜一些雜質，其中一些會使催化劑中毒，因此必須除去，這一過程就稱為原料氣的凈化。如何凈化原料氣？ [設計意圖]培養學生理論聯系實際的能力，對工業的發展做出貢獻。 [學生活動]第二階段工程師介紹：原料氣的凈化處理（畫報）
（1）原料氣凈化的原因：除去某些雜質，防止使合成氨所用的催化劑中毒。
（2）用稀氨水吸收H2 S雜質 ： NH3·H2O+H2S=NH4HS+H2O （3）使CO變成CO2 ：CO+H2O=CO2+H2 （催化劑：Fe2O3和CuO） （4）用K2CO3吸收CO2 ：K2CO3+CO2+H2O=2KHCO3
（5）最后，原料氣還需進行精制處理，如用醋酸、銅和氨配制成的溶液來吸收CO、CO2 、
O2、H2S等少量有害氣體。
[學生活動][第二階段工程師總結]由于原料的不同，原料氣的凈化工藝和技術也不斷改進。 板書：2.凈化 原料氣凈化和處理
[設計意圖]培養學生理論聯系實際的能力，用實踐檢驗理論。[教師活動]凈化后的原料氣經過壓縮機壓縮至高壓，進入氨合成塔合成和分離。使氨氣和氫氣在高溫高壓和催化劑條件下合成氨，最后將合成后的混合氣體液化分離出液態氨，并將剩余的氨氣與氫氣循環送回合成塔中進行反應。
板書：3.合成與分離 使原料進行化學反應合成氨并分離氨
[教師活動][設問]作為工廠的廠長，你對工業生產主要考慮哪些問題？
[學生活動]廠長團隊：經濟效益和社會效益，降低成本，提高產品的產量和質量，這就需要考慮原料的利用率高，如何增大化學反應限度；單位時間內產率高，增大化學反應速率。另外還要考慮生產中的消耗能源、原料來源、設備條件、環境保護等因素。必須提高綜合的經濟效益，理論探究與實際相結合。
[設計意圖]讓學生明確化工生產所要關注的問題，為下面學習做好鋪墊。
[教師活動][設問]如何加快速率提高產率呢？現在工廠合成氨氣原理有何特點，應怎樣選擇生產條件呢？依據什么？ 板書：適宜化工生產條件的選擇
[學生活動][學生討論回答][第三階段工程師總結]外界條件對反應速率和化學平衡的影響。 [評價并板書]依據：外界條件對化學反應速率和化學平衡的影響。
[教師活動][設問]請寫出合成氨的化學方程式， 并分析該反應特點。（教師指導學生分析、總結，并且教師對學生提出的見解進行評價。） [思考]如何選擇合成氨的適宜條件？
① 合成氨的反應有什么特點？
② 如果我們是企業家，要提高合成氨的經濟效益應采取什么措施？ ③ 怎樣改變條件加快合成氨的反應速率？
④ 怎樣改變條件能提高氨在平衡混合物中的百分含量？ [信息技術支持] 利用Powerpoint展示
[學生活動][學生討論思考并嘗試回答][第三階段工程師總結]合成氨反應的特點：可逆反應；正反應為氣體體積縮小；正反應為放熱反應等。
[學生活動]廠長認為：根據合成氨的特點，應從化學反應速率和化學平衡兩個角度來分析，要充分考慮經濟效益問題。一要使反應進行得更快，二要使產品的產量更多。
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[學生活動][第三階段工程師總結]
表1
使氨生產得快 （從化學反應速率分析） 使氨生成得多 （從化學平衡分析） 濃 度 增大N2、H2的濃度
增大N2、H2的濃度，
減小NH3的濃度
壓 強 高壓 高壓 溫 度 高溫 低溫 催化劑
使用
不影響
[投影]討論結果:表一
[信息技術支持] 利用Powerpoint展示
[教師活動][討論與思考]根據資料討論如下問題？
（1）既然增大壓強可提高反應速率，又可提高氨的產量，那么在合成氨工業中壓強是否越大越好呢？壓強怎么定？
（2）既然降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動，那么生產中是否溫度越低越好？溫度怎么確定？
（3）催化劑對化學平衡的移動 沒有影響， 在合成氨工業中要不要使用催化劑，為什么？ （2）顯然，從化學反應速率和化學平衡兩個方面考慮，對壓強要求是一致的，而對溫度的要求是矛盾的。怎樣解決這個矛盾？
[學生活動]學生共同討論分析表2，通過數據分析理解合成氨中溫度和壓強的變化與氨含量的變化情況。
資料1 合成氨平衡時混合物中氨的含量（體積分數）
溫度/℃
壓強/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靈敏性：催化劑中混入雜質，常常會失去催化作用，稱催化劑“中毒”，因此反應氣體進入反應器前必須凈化。
③催化劑只有在活化溫度以上才能起催化作用，如鐵觸媒活化溫度為400～500℃，因此該溫度為合成氨的適宜溫度。
[學生活動][第三階段工程師總結] 完成表3 [投影]表3。
表3 理論和實際生產條件的對比
反應條件
從化學反應速率理論討論
對化學反應速率的 影響
從化學平衡理論討論
對平衡混合物中NH3 含量的影響
綜合兩方面理論
選擇合成氨的適宜條件
壓 強
增大壓強，有利于增大化
學反應速率，越大越好
增大壓強，有利于提高平衡混
合物中NH3 的含量，越大越好
壓強增大，有利于氨的合成，但需要的動力
大、對材料、設備等要求高因此，工業上一般
采用
10～30Mpa的壓強 溫 度
升高溫度，有利于增大化
學反應速率，越高越好
升高溫度，不利于提高平衡混
合物中NH3 的含量，越低越好
選擇適宜的溫度，工業
上一般采用400~500℃左右的溫度，這個溫度
催化劑的活性最大 催化劑
使用催化劑有利于增大化
學反應速率
沒有影響 工業上一般采用鐵觸
媒，使反應能在較低的
溫度下較快地進行。
[設計意圖]培養學生理論聯系實際的能力，用實踐檢驗理論。 [信息技術支持] 利用Powerpoint展示 板書：反應條件 1）濃度：
2）溫度：400～500℃； 3）高壓:10MPa~30MPa； 4）催化劑(加快反應速率)：鐵
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[教師活動][討論與思考]如圖，即使在500℃和30MPa時，合成氨平衡混合物中NH3的體積分數也只有26.4%，轉化率仍不夠大，還可采取什么辦法？
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
[學生活動]保持一定的N2、H2濃度，減少氨氣的濃度，可以提高合成氨的效率和產量。實際生產中的處理方法：及時將氣態氨冷卻液化而分離出去；及時補充氮氣和氫氣，使其保持一定的濃度。
[教師活動]還可以在哪些方面做進一步的改進？
[學生活動][第三階段工程師總結]我們除了從反應原理方面分析外，還要從材料和設備方面分析才能確定合成氨工業的適宜條件，必須全面考慮問題，既注意外界條件對反應速率和化學平衡影響的一致性，又要注意其矛盾性，同時兼顧催化劑的活性對溫度的限制。也就是理論要聯系實際。
[教師活動][擴展]催化劑的改進：多年來一直用磁鐵礦催化劑，目前有采用釕為基礎活性物質的新型催化劑。
[教師活動][設問]凈化后的原料氣經過壓縮機壓縮至高壓，進入氨合成塔，氮氣和氫氣在合成塔內如何反應？請我們外聘的博士給我們講講？
[學生活動]博士講述合成塔內部結構示意圖：合成塔主要由接觸室和熱交換器兩部分組成，氣體從塔頂部進入,在環隙中沿塔壁而下,經換熱器殼程后到分氣盒,分散到冷卻管，氣體被預熱到鐵催化劑的活性溫度（通常為 400～500℃左右），再流經設有電加熱器的中心管。從上而下通過催化劑床層，氮氣和氫氣在此反應后，出催化劑筐，通過換熱器管程降低溫度，出合成塔，熱交換器使合成氨和氨冷凝放出的熱量來加熱原料氣體。
[教師活動][過渡]從合成塔出來的混合氣體，其中氨氣占總體積的15%，要把混合氣體通過冷凝器使氨液化，再導入液氨貯罐。
[教師活動][過渡]現在合成了我們所要的氨氣，但隨環境保護意識的增強以及相關的法律、法規的嚴格實施，合成氨的生產過程中可能產生的固體、液體和氣體廢棄物如何處理？怎樣保護環境？
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[學生活動]環化小組展示：環境保護
（1）廢渣：主要來自造氣階段，特別是以煤為原料而產生的煤渣，用重油為原料產生的炭黑等，可用作建材和肥料的原料。
（2）廢氣：主要是H2 S和CO2 等有害氣體，對H2 S的處理，可用直接氧化法（選擇性催化氧化）、循環法（用溶劑吸收濃縮），CO2也可用來生產尿素和碳銨等。
（3）廢液：主要是含氰化物和含氨的污水，處理含氰化物主要用有生化、加壓水解、氧化分解、化學沉淀、反吹回爐等方法。處理氨廢水可用蒸餾的方法回收，也可用離子交換法治理。
[總結]工業制備氨流程:原理；原料制備，原料氣的凈化，氨的合成和分離，工業三廢處理 板書設計：
人工固氮技術——合成氨 一．合成氨的反應原理 二．合成氨的基本生產過程
造氣 凈化 合成： 合成條件： 1）濃度：
2）溫度：400～500℃； 3）高壓:10MPa~30MPa； 4）催化劑(加快反應速率)：鐵
課后訓練 人工固氮技術—合成氨
1.有關合成氨工業的敘述，不能用勒夏特列原理解釋的是( )
A．使用鐵觸媒有利于合成氨的反應
B．高壓比常壓更有利于合成氨的反應
C．500 ℃左右比室溫更有利于合成氨的反應
D．使反應混合物中的氨液化有利于合成氨的反應
解析：使用鐵觸媒，可以加快化學反應速率，縮短達到平衡的時間，但平衡不會發生移動，不能用勒夏特列原理解釋；合成氨的反應是放熱反應，低溫雖可提高平衡混合物中NH3的含量，但反應速率太慢，而溫度太高，雖能加快反應速率，卻使平衡混合物中NH3的含量降低，因此工業生產中一般采用500 ℃左右的溫度，此時催化劑的活性最大，故不能用勒夏特列原理解釋。
答案：AC
2.為了進一步提高合成氨的生產效率，科研中具有開發價值的是( )
A．研制高溫下活性較大的催化劑
B．尋求NH3的新來源
C．研制低溫下活性較大的催化劑
D．研制耐高溫高壓的新型材料建造合成塔
解析：合成氨的反應是放熱反應，降低溫度有利于提高合成氨的生產效率。研制低溫下活性大的催化劑可改善工藝過程，降低成本，提高綜合經濟效益。
答案：C
3.合成氨的反應采用400～500 ℃溫度的原因是( )
A．溫度太低反應速率太小
B．該溫度時催化劑活性較高
C．該溫度時反應速率最大
D．該溫度時N2的轉化率最高
解析：在400～500 ℃時催化劑的活性較高。
答案：B
4.[雙選題]下列關于氮氣、氫氣合成氨的說法中，正確的是( )
A．將氮氣、氫氣合成氨，必須施加高溫、高壓、催化劑等反應條件
B．在氮氣、氫氣合成氨的化學反應中，催化劑的性能對反應物的溫度和壓強的高低具有一定的制約作用
C．現代工業上實施的合成氨壓強越高越有利
D．現代工業上實施的合成氨屬于人工固氮
解析：催化劑是影響化學反應速率外部因素中的主角，催化劑固有性能的發揮與溫度有直接的關系，溫度太高或太低，都會降低催化劑的活性，A錯誤，B正確；壓強越高越有利于氨的合成，但在工業生產中受到設備等多方面的制約，并不是壓強越高經濟效益越好，C錯誤；將游離態的氮轉化為化合態的氮屬于氮的固定，D正確。
答案：BD
5．在容積可變的密閉容器中，2 mol N2和8 mol H2在一定條件下發生反應，達到平衡時，H2的轉化率為25%，則平衡時氮氣的體積分數接近于( )
A．5% B．10%
C．15% D．20%
解析：本題考查化學平衡的計算，意在考查考生的計算能力。
N2(g) ＋ 3H2(g)2NH3(g)
起始物質的量/mol 2 8 0
轉化物質的量/mol 2/3 2 4/3
平衡物質的量/mol 4/3 6 4/3
故平衡時氮氣的體積分數為4/3＋6＋4/3×100%≈15%。
答案：C
6.下面是合成氨的簡要流程示意圖,沿x路線回去的是( )
A.N2和H2 B.催化劑
C.N2 D.H2
解析：因合成氨為可逆反應,從合成塔出來的混合氣體中含有大量的N2、H2,為提高原料的利用率,將分離出氨氣后的氮氣、氫氣再輸送到壓縮機,循環利用。
答案：A
7實驗室合成氨裝置如下圖所示,則以下說法中錯誤的是( )
A.裝置甲的作用之一是干燥
B.裝置甲的作用是化合
C.乙處導出的氣體是N2、H2、NH3
D.檢驗產物可用濕潤的紅色石蕊試紙或濃鹽酸等
解析：裝置甲的作用有三點:①干燥氣體;②觀察氣體逸出速率便于控制反應物間的比例;③使氣體混合均勻。
答案：B
8.下列措施有利于反應:N2(g)+3H2(g)
2NH3(g)
ΔH=-92 kJ·mol-1平衡向正反應方向移動的是( )
①升高溫度 ②降低溫度 ③增大壓強 ④減小壓強 ⑤增大NH3濃度 ⑥減小NH3濃度
A.②④⑥ B.①③⑥
C.②③⑤ D.②③⑥
解析：合成氨反應是一個正向氣體物質的量減小的放熱反應,采取高壓、低溫、減小生成物濃度的措施利于反應向正反應方向進行。
答案：D
9.工業合成氨是在一定條件下進行的可逆反應:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。其部分工藝流程如下:
請回答下列問題:
(1)第②步除需要催化劑這個條件外,還需要的條件是 。
(2)第①步操作中的原料氣的“凈化”目的是 。
第③步操作中的目的是 。
(3)工業合成氨反應后可以通過降低混合氣體的溫度而使氨氣分離出來。這種分離物質的方法的原理類似于下列哪種方法? (填編號)。
a.過濾 b.蒸餾 c.分液 d.萃取
你作出這個判斷的理由是 。
(4)可以用氯氣來檢驗輸送氨氣的管道是否漏氣,如果漏氣則會有白煙生成。該反應的化學方程式為 。
解析：(2)原料氣中往往含有使催化劑中毒的物質,所以在進行原料氣的反應前,需要除掉其中的雜質;工業合成氨反應后的混合氣體中既有氨氣,也有未反應的氫氣、氮氣,所以為了提高原料氣的利用率,將未反應的原料氣進行重新利用,這樣可以提高經濟效益。
(3)降低溫度,氨變為液態,從而進行分離,所以與工業上利用的蒸餾類似,都是通過改變溫度,使物質的狀態發生變化而分離。
(4)2NH3+3Cl2
N2+6HCl,生成的HCl又與NH3反應生成NH4Cl小顆粒——白煙產生。
答案：(1)高溫、高壓
(2)防止催化劑中毒 提高原料利用率(或提高經濟效益等)
(3)b 通過溫度的改變而改變物質的狀態,達到分離的目的
(4)8NH3+3Cl2
6NH4Cl+N2
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