本试题 “氮气是制备含氮化合物的一种重要物质,而氮的化合物用途广泛。(1)下面是氮气的一种利用途径:过程Ⅱ的化学方程式是____ 。(2)氨气的制备与运输过程中都有严格...” 主要考查您对氮气
原电池原理
合成氨(人工固氮)
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氮元素在自然界中的存在形式:
既有游离态又有化合态。空气中含N278%(体积分数)或75%(质量分数);化合态氮存在于多种无机物和有机物中,氮元素是构成蛋白质和核酸不可缺少的元素
氮气的物理性质和化学性质:
(1)物理性质:纯净的氮气是无色气体,密度比空气略小,氮气在水中的溶解度很小,在常压下101kPa,-195.8℃氮气变成无色液体,-209.9℃变成雪花状固体。氮气的分子结构:氮分子(N2)的电子式为,结构式为N≡N,由于N2分子中的N≡N键很牢固,所以通常情况下,氮气的化学性质稳定、不活泼。
(2)化学性质:氮分子化合价为0价,既可以升高也可以降低,说明氮气既有氧化性又有还原性。
①N2与H2化合生成NH3:
说明:该反应是一个可逆反应,是工业合成氨的原理。
②N2与金属反应(Mg Ca Sr Ba)反应:
③N2与O2化合生成NO:
说明:在闪电或行驶的汽车引擎中会发生以上反应。
原电池中的电荷流动:
在外电路(电解质溶液以外),电子(负电荷)由负极经导线(包括电流表和其他用电器)流向正极,使负极呈正电性趋势、正极呈负电性趋势。在内电路(电解质溶液中),阳离子(带正电荷)向正极移动,阴离子 (带负电荷)向负极移动。这样形成了电荷持续定向流动,电性趋向平衡的闭合电路。
人工固氮技术——合成氨:
1.生产原理
2.合成氨的基本生产过程
(1)原料气的制备要实现合成氨的工业化生产,首先要解决氢气和氮气的来源问题。
①氮气的制备合成氨所需要的氮气都取自空气。从空气中制取氮气通常有两种方法:一是将空气液化后蒸发分离出氧气而获得氮气;二是将空气中的氧气与碳作用生成二氧化碳,再除去二氧化碳得到氮气。
②氢气的制备氢气主要来源于水和碳氢化合物。氢气的制取有下表中的几条途径。
(2)原料气的净化
原料气的净化就是除去原料气中的杂质。在制取原料气的过程中,常混有一些杂质,其中的某些杂质会使合成氨所用的催化剂“中毒”(所谓“中毒”即是催化剂失去催化活性),所以必须除去。原料气净化的主要目的是防止催化剂“中毒”。
(3)氨的合成与分离
①氨的合成工业合成氨的主要设备是合成塔。将净化后的原料气经过压缩机压缩后输人合成塔,经过下列化学反应合成氨:
②氨的分离从合成塔出来的混合气体,通常约含15%(体积分数)的氨。为了使氨从未反应的氮气和氢气里分离出来,要把混合气体通过冷凝器使氨液化,然后在气体分离器里把液态氨分离出来导入液氨贮罐。南气体分离器出来的气体,经过循环压缩机,再送到合成塔中进行反应。
3.合成氨适宜条件的选择
外加条件要尽可能加快反应速率,提高反应物的转化率.
4.合成氨的环境保护
随着环境保护意识的增强,以及相关的法律、法规的严格实施,合成氨生产中可能产生的“三废”的处理越来越成为技术改造的重要问题。
(1)废渣
主要来自造气阶段,特别是以煤为原料而产生的煤渣,用重油为原料产生的炭黑等,现在大都将它们用作建材和肥料的原料。
(2)废气
主要是H2S和CO2等气体。对H2S气体的处理,先后采用了直接氧化法(选择性催化氧化)、循环法(使用溶剂将其吸收浓缩)等回收技术。对CO2 的处理,正在不断研究和改进将其作为尿素和碳铵生产原料的途径。
(3)废液
主要是含氰化物和含氨的污水。目前,处理含氰化物污水主要有生化、加压水解、氧化分解、化学沉淀、反吹回炉等方法;处理含氨废水多以蒸馏的方法回收氨达到综合利用的目的,对浓度过低的含氨废水,可用离子交换法治理。
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