合成氨的适宜条件.pptx

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1、课题学科版本：化学沪科版年级：高一年级执教课题：人工固氮的发展历程学校：复旦大学附属中学授课教师：刘硕妍时间：45min2008年毕业于北京大学化学与分子学院，2010年毕业于圣路易斯华盛顿大学，2011年入职复旦大学附属中学，中教一级。刘硕妍教学目标1、知识与技能(1)能书写合成氨方程式，从氮分子结构解释反应难以发生的原因(C)(2)利用化学反应速率与化学平衡的知识解释解决合成氨生产条件的选择(C)2、过程与方法(1)通过比较20世纪初两种人工固氮反应的可行性与反应条件，认识化学平衡与化学反应速率原理在化工生产中

2、的重要作用。(2)通过了解20世纪10年代的合成氨设备的设计原理，初步了解化工生产中装置设计方法。3、情感态度与价值观(1)感悟在人工固氮的发展历程中，化学原理对生产实践的指导作用，并体会化学的科研成果从实验室往产业化发展的艰难之路，能被科学家不畏艰难的钻研精神所触动。(2)通过对哈伯生平的了解和对100年来合成氨的功与过的思考，能建立辩证看待事物的价值体系。人工固氮的发展(artificialfixationofnitrogen)一、为什么要发展人工固氮？——氮肥对农作物的重要性绿肥作物(主要是豆科植物)与粮食作

3、物轮作制有机肥料（又称农家肥）——绿肥、人粪尿、厩肥、堆肥、沤肥、沼气肥和废弃物肥料为什么要发展人工固氮？——轮作制和有机肥料不能满足需要BRITISHASSOCIATIONFORTHEADVANCEMENTOFSCIENCEATBRISTOL.（1898）威廉·克鲁克斯（英国化学家，1832年6月17日－1919年4月4日）“英国和所有的文明国度都处于没有充足的东西可吃的危险之中．前一个世纪中，需要更多的食物就将草地和森林转化成麦地的做法已经不再适用，因为现在没有更多的土地了，但是人口仍在增加．必须由化学家来拯救

4、这一困境，将饥馑转化为富足。每亩土地都在生产，但粮食仍是供不应求。怎么办？依靠氮，氮可以使用较少的土地出产较多的粮食．但是地球的氮储量也一直在降低鸟粪石储备基本上被耗尽，智利的硝酸钠矿注定几十年内也被采光……”“某一天将会有一位化学家寻找出一种方法，将成对的氮原子间的三键打破，制出一种能为植物吸收的氮的化合物……”二、人工固氮的可能选择为什么这么难？高压电弧法制备，消耗大量电能，产量低。当时的重点研究反应！人工固氮的可能选择键H-HN-H键能(kJ/mol)945436391Q=-945-436×3+391×6=+

5、93kJ困难一：氮气与氢气有可能合成氨气吗？威廉·奥斯特瓦尔德（德国，1853年－1932年，1909nobelprize）能斯特（德国，1864年-1941年，1920nobelprize）勒·夏特列（LeChatelier,HenriLouis，法国化学家）（1850~1936）弗里茨·哈伯（德国，1868年-1934年，1918nobelprize）困难二：如何控制外部条件使混合气体中氨的含量能达到工业化标准？如何能提高反应速率，使氨的单位时间内的产量达到一定规模？可逆反应正反应为放热气体分子数变小的使氨生成

6、的快（反应速率）提高氨气的产量（化学平衡）压强温度催化剂高压高温使用无影响高压低温针对反应特点，分别从化学反应速率和化学平衡两个方面思考，讨论并完成下表。一致矛盾哪种？哈伯面临的两大问题耐高压设备的设计与制造：200大气压催化剂的选择哈伯-罗塞格尔合成氨装置,1909年，现保存于慕尼黑德国博物馆RobertleRossignol:英国科学家哈伯挑选了锇作催化剂，后来也考虑选用铀哈伯面临的“小”问题原料来源H2N2空气焦炭与水用C与O2反应再除去CO2哈伯提出的合成氨的条件-1909年7月1.压强：3.催化剂：2.温

7、度：4.浓度：200个大气压600℃左右N2、H2的再循环并及时补充N2和H2——增大反应物的浓度及时将氨冷却并从平衡气体中分离——降低生成物的浓度锇作催化剂合成氨工业化生产之路——博施面临的问题一卡尔·博施1874年8月27日-1940年4月26日1931nobelprize催化剂：锇(Os)不稳定、有毒铀(U)价格昂贵铁触媒催化能力博施面临的问题二耐高压设备：-受得住200个大气压的低碳钢，却害怕氢气的脱碳腐蚀。熟铁不含碳，不怕氢气的腐蚀，却没有强度，那该如何设计合成氨的反应塔呢？NobelPrizelectu

8、re1931，CarlBosch合成氨厂的实地照片Haber-Bosch合成氨法总结造气压缩合成冷却分离未反应N2H2液氨合成氨的流程图：Howacenturyofammoniasynthesischangedtheworld,Nature,Geoscience,2008.Oct.更多的思考……哈伯与合成氨——是非功过1918年诺贝尔奖获得者——发展了合成