(
课件网) 巴以冲突 1898年英国物理学家克鲁克斯“先天下之忧而忧”，率先发出“向空气要氮肥”的号召，从此从此科学家们前仆后继展开了向空气要氮肥的研究………… 重走固氮路 共圆科学梦 任务一：设计获得氮肥的路径 路径一：电弧固氮法 路径二：合成氨法 活动一 根据N的价类二维图分析获得氮肥的路径 途径一：N2(g)+O2(g)==2NO(g) △H= +180.5KJ·mol-1 △S =+247.7J·K-1·mol-1 途径二：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H= -92.4KJ·mol-1 △S = -198.2J·K-1·mol-1 任务一：设计获得氮肥的路径 活动二 利用已知知识分析两种固氮的自发性 高温自发 低温自发 资料一 卡文迪许已经发现用电火花可以让空气中的氧气和氮气化合成一氧化氮，但在那个只有直流电的世界里，这种电化学的投入与产出不成正比。 当时的化学理论已经发现了可逆反应，有了勒夏特列定律做指导。哈伯开始想，如果氨可以在高温下分解，那么氢气和氮气也可以在高温下生成氨气。 任务一：设计获得氮肥的路径 活动三 分析获得氮肥的最佳路径 途径一：N2(g)+O2(g)==2NO(g) K=5×10-31 途径二：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) K=4.1×108 资料二 在理论知识武装下，1904年德国化学家哈伯向合成氨发起冲击。期间，因为实验比较困难，从氮和氢中生成的氨比较少，哈伯对这项研究逐渐没有了希望，便打算放弃。 科学家在研究中遭遇失败与当时物理化学理论不成熟、缺乏理论指导有很大的关系。当后来热力学中关于活化能、化学平衡常数等理论建立起来的时候，人们重新计算这两个反应的化学平衡常数，有了新发现。 任务二：合成氨条件的选择 活动一 原理分析（结合勒夏特列原理分析如何提高氨的含量） 对合成氨反应的影响 影响因素 浓度 温度 压强 催化剂 提高平衡混合物中氨的含量 增大反应物浓度、减小生成物浓度 低温 高压 无影响 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H= -92.4KJ·mol-1 c(N2):c(H2)=1:3时氨气产率最高 任务二：合成氨条件的选择 活动二 数据分析（根据数据分析合成氨的条件） N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H= -92.4KJ·mol-1） 资料三 年轻的罗塞格尔是机械制造领域中骨灰级大师，在当时的条件下能制造出200个大气压（20MPa）的反应塔和空气压缩机。 压强的选择必须要考虑设备的抗压能力。 任务二：合成氨条件的选择 活动三 从速率角度考虑合成氨选择的条件 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H= -92.2KJ·mol-1） 资料四 计算表明：温度每升高10℃，速率加快2—4倍。（若在500℃下年产氨量30万吨的工厂，将温度降为200℃，年产量最多为300克。） 速率和限度是工业生产需要考虑的两大核心因素，我们需要统筹兼顾，当二者发生矛盾时，优先调控反应速率。 对合成氨反应的影响 影响因素 浓度 温度 压强 催化剂 增大合成氨的反应速率 增大反应物 浓度 高温 高压 加入催化剂 任务二：合成氨条件的选择 活动四 确定合成氨条件，投入生产 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H= -92.2KJ·mol-1） 资料五 哈伯通过理论计算后，表明让氢和氮在600℃和20MPa大气压力下进行反应，大约可以生成8％的氨，提出了提高氨产率的三项措施： （1）高压条件；（2）不断把产品氨从反应器中分离出去；（3）选择高效催化剂加快反应速率。 为了寻找合适的催化剂，哈伯和助手们试验了数百种金属及其化合物，发现金属锇的活性最好。 1908年，哈伯在175—200个大气压力下和500—600℃时，利用金属锇作催化剂，氢和氮反应能产生6％左右的氨。 任务三：工业合成氨条件的控制 活动一 如何降低反应成本 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H= -92.2KJ·mol-1） 降低原料成本 提高原料转化率 加快反应速率 锦囊妙计1： 采用水煤气（主要成分为H2和CO）作为氢气的来源 氮气由液化空气分离法提供 ... ...
