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氨与水的化学方程式(氨水制备化学方程式)

2022-09-02 02:44:30网络趣梗0人已围观

简介　　氨与水的化学方程式(氨水制备化学方程式)，新营销网红网本栏目通过数据整理汇集了氨与水的化学方程式(氨水制备化学方程式)相关信息，下面一起看看

　　氨与水的化学方程式(氨水制备化学方程式)，新营销网红网本栏目通过数据整理汇集了氨与水的化学方程式(氨水制备化学方程式)相关信息，下面一起看看。

　　氨是由什么组成的？氨是一种无机化合物，由下列元素组成：氢和氮。氨水中氮和氢的比例是1:3，氨的分子式是NH3。

　　氨在工业生产之前就存在了；它是一种天然存在的化合物，由土壤中的一些细菌捕获空气中的氮并将其转化为氨而形成。氨是由生物分解产生的，比如枯萎的植物和腐烂的动物。在工业过程发展之前，氨的主要来源是有机物。

　　氨合成概述氨合成是通过氢和氮结合来生产氨的过程。产生的氨大部分用作肥料，尽管它也可以用于其他目的，如制造业。这个过程是20世纪初在德国发展起来的。

　　大气中充满了氮，但它是不活泼的，通常不与其他元素结合。氨(NH3)生产的基本策略是在高温高压下将氢H2与氮N2结合。从化学上讲，这是一个困难的反应，所以需要一种试剂来加速这个过程。

　　 20世纪初，德国发明了氨合成技术。

　　催化剂是一种使反应进行得更快的化合物。在氨合成中，使用的催化剂通常是铁。所用的铁是还原磁铁矿。还有其他化学物质可以用作催化剂，但铁是最常见的。

　　氢气的来源通常是天然气，也称为甲烷和CH4。介绍了氨合成的基本工艺。合成氨厂还有许多其他步骤。含硫化合物首先通过与氧化锌反应从天然气中去除，氧化锌转化为硫化锌。这就留下了游离的甲烷，它被转化成氢气几次。

　　使用的温度约为400 ,使用的压力低于最佳反应。出于安全原因，使用的压力约为200个大气压。在此条件下，产率约为10-20%。当混合物离开反应器时，它被冷却，因此氨变成液体。热量被捕获并重新用于加热进入的气体。

　　这种氨合成法被称为哈伯法，因为它是由德国化学家弗里茨哈伯发明的，他发展了化学反应的条件。20世纪初，他在没有氮肥的情况下发明了氨。当时德国需要为一战而制造。目前，世界各地都在大规模生产氨。

　　另一种为反应准备氢气的方法是电解水。电解被用来分解化合物。在这种情况下，水分解成氢和氧。这与水力发电厂的电力生产相结合。早在1911年，电解水就被用来为合成氨提供氢气。

　　一些微生物可以利用空气中的氮来产生氨。这个过程叫做固氮。在这种情况下，催化剂是一种叫做固氮酶的复合酶。执行这一过程的细菌生活在豆科植物的根部，如豌豆。固氮显著地改善了许多土壤的养分状况。

　　合成氨过程

　　如前所述，氨是一种无机分子，由三个氢原子和一个氮原子组成。氢是氨的主要元素之一。问题是，氢分子是如何分离获得的？有两种传统的制氢方法：电解水和甲烷与蒸汽的反应。

　　水的电解

　　电解水利用电流将水分子分解成氢分子和氧分子。很简单，水分子被分解成氧和氢。这种生产使用电解槽，电解槽是由电解液、阳极和阴极组成的单元。每个电解槽都有独特的功能，但最终都提供了相同的结果：分解——个水分子。

　　在聚合物电解质膜电解槽(PEM)中，塑料固体被用作电解质。本单元内容如下：3360

　　质子(带正电的氢离子)和氧在水的阳极形成。

　　质子到达阴极(氧气停留在阳极)。

　　阳极产生的电子通过外部电路传输到阴极。

　　质子和电子在阴极结合形成氢。

　　以及阳极和阴极上的反应。

　　 2HOO 4H 4e-

　　 4H 4e-2H

　　电解水的优点是：

　　主要材料水资源丰富且非常便宜。

　　产生的氢气是纯净的。

　　质子的高选择性(氧气不会到达阴极)。

　　电解水的缺点是：

　　电解产生的废水量

　　这种产品是由最简单的碳氢化合物甲烷CH4与温度在700度到1000度之间的热水蒸汽反应制成的。这个过程发生在非常高的压力下，从300千帕到2500千帕。反应如下：3360

　　 CH4 _ 2O的热量为——CO

　　水蒸气和甲烷的反应也会产生少量的二氧化碳。这个反应非常吸热；它需要大量的热量才能发生。一氧化碳被收集并在催化剂如镍或铂的存在下与水蒸气反应。生成的产物是二氧化碳和更多的氢气。

　　 CO H2O ——CO2 H2

　　这种气体混合物经过一个称为变压吸附的过程，变压吸附是一种利用压力分离气体混合物成分的分离技术。氢从其他杂质中分离出来，然后被收集。

　　甲烷与蒸汽反应的优点是：

　　氢气的产量非常高。

　　这种产生的一氧化碳的再利用产生了更多的氢气。

　　甲烷与蒸汽反应的缺点是：

　　吸热反应需要过多的能量。

　　这个过程发生在极端条件下(高温高压)；极端的条件是昂贵的。

　　这个过程使用昂贵的催化剂。

　　氮的制备氮是氨中的主要元素之一。它可以通过液态空气的分馏或甲烷与空气的反应获得。

　　空气分馏

　　压缩空气和所有气体(除了氮气和氧气)被过滤掉。纯空气混合物可以通过设定温度低于氧和氮的液化点来液化。通过液氮分馏从液态空气混合物中分离出来。由于氮气的沸点比氧气低，所以氮气的比例增加，而氧气停留在底部。

　　液体分馏的优点是：

　　与常规蒸馏塔相比，分馏具有更多的理论塔板，这使得分馏在分离气体混合物方面非常有效。

　　提取的氮气非常纯净。

　　液气分馏的缺点有:

　　分馏是非常昂贵的。

　　需要大量的能量。

　　甲烷与空气的反应

　　甲烷与空气的反应是放热燃烧反应。甲烷与空气中的氧气发生反应，氧气约占空气的21%。剩下的79%的空气是由氮组成的。当甲烷与空气反应时，它被氧化成二氧化碳。惰性的氮;它不参与反应。

　　CH4 +空气 ——CO2 + H2O + N2

　　产品混合物可以经过一个分离步骤，其中氮被收获并从水和二氧化碳中分离出来。

　　甲烷与空气反应的优点:

　　燃烧反应是放热的，不需要像其他一样多的能量。

　　这个过程比其他更便宜。

　　甲烷与空气反应的缺点:

　　碳产物的形成可能对环境造成潜在危害。

　　氮的纯度取决于产物分离步骤的效率。

　　氢气和氮气生成氨

　　反应塔中的化学合成

　　3 H 2 + N 2 ⇋ 2 NH 3

　　氨合成是一种放热反应（负焓变），它在低温下自发发生（负熵变）。尽管它在室温下是有利的，但在室温下发生的反应的反应速率太慢而不能应用于工业规模。为了提高反应动力学以达到目标转化率，需要高压和高温。为了有效地从其主要成分（氢气和氮气）合成氨，反应应在铁基催化剂的辅助下分别在 400-500 ℃和 10-30 MPa 的较高温度和压力下进行。由于三键氮的高解离能 (941 kJ/mol)，需要此条件。

　　冷却

　　由于氨的合成反应是一个放热过程，为了得到液氨，需要将化学合成得到的氨气冷却处理。

　　氨的分离，以及氢氮的回收

　　当气体离开反应器时，它们是热的并且处于非常高的压力下。只要氨不太热，在压力下很容易液化，因此混合物的温度降低到足以使氨变成液体。即使在这些高压下，氮和氢仍以气体形式存在，并且可以循环使用。

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