[参考资料]合成氨工业流程原理(模拟实验)


　　【原理】

　　氮跟氢化合成氨是一个放热的可逆反应。

N2+3H2 2NH3+93.7kJ

　　增加压力将使反应移向生成氨的方向，提高温度会将反应移向相反的方向，但温度过低又使反应速度过小。

　　工业生产中常用的压强为200——6001×105pa，温度为450——600℃，用金属铁作催化剂，转化率可提高到约8%。在实验室里一般是在较低的温度和压强下进行的，只能了解氮气和氢气在催化剂作用下能生成氨气。

　　【用品】

　　还原铁粉（加有少量氧化铝和氧化钾）、亚硝酸钠、氯化氨、锌粒、稀硫酸、酚酞试剂。

　　贮气瓶、硫酸洗瓶、三通管、橡皮管、导管、玻璃管、三芯灯、广口瓶、双孔塞、铁研钵、药匙。

　　【操作】

　　1．制备催化剂：在实验室里用还原铁粉或铁铈合金粉末作催化剂，并加少量助催化剂，（2%Al2O3和0.8%K2O），防止降低活性。

　　(l)将石棉绒（作载体用）4g和加有Al2O3和K2O的还原铁粉3g混合均匀后，填充在一支长约20cm、内径约1.5的玻璃管里，作成一段长约7cm的催化柱。两端用铁丝网夹紧。防止松散。

　　(2)铁铈合金催化剂，可以把打火石约20颗放在铁研钵里研成细小粒状后，载在石棉绒上使用。

　　2．制取氮气和氢气：氮气可用加热分解亚硝酸钠和氯化铵饱和溶液的方法制取，氢气可用锌和稀硫酸制取。

　　3．组合装置：把盛有氮气和氢气的贮气瓶分别接在两个硫酸洗气瓶上，再用三通管和催化管相连接，最后接一个自制洗气瓶为检验，实验前先向其中滴加酚酞。

　　4．先要检验氢气的纯度，然后将氮气和氢气同时通入装置驱除空气，用小试管在尾气出口处收集后用爆鸣法检验。调节氮气和氢气的流速，使它们通入的体积比为1：3，同时用三芯灯光将整个催化管均匀加热后，再集中火力在催化剂的下面强热，5——6min后可以看到无色的酚酞试液变成红色。

　　【备注】

　　1．催化剂的质量是成败关键，应保护催化剂防止中毒。温度适当，混合气比例合适，就能于检验瓶中看到酚酞变红，如果效果好，还可从尾气出口处用沾有浓盐酸玻璃棒去试，可见到少量白烟。

　　2．还原铁粉用匙，小心从下面取用，最好用新开瓶的，A12O3和K2O要求用二级或三级品。一般需加热到500℃左右，以达到催化剂的活性温度。


　　3．用电热丝加热的简易装置

上图

装置如图。在大试管里盛锌粒和稀硫酸，小试管里盛氯化铵和亚硝酸钠饱和溶液。玻璃管内装入用石棉绒作载体的打火石粉末，作为催化剂。管上绕以10——12圈300W电热丝，与25——30V的直流电源相连接，外面再绕上石棉绳以保温，通电后可获得400——500℃温度。实验开始时，先加热小试管，反应开始后，立即插入大试管内，再装好催化管并接通电流。氢气和氮气的混和气体通过加热的催化剂时合成氨，由导管通入盛酚酞的小试管内，5min后，可以看到酚酞变成红色。

　　4．气体必须非常干燥，催化管、导管和用作载体的石棉绒等所有仪器都要烘干后才能使用。

好棒好棒,氨合成塔的图!

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