面内容是实验室和工业制取氨气的主要技巧及注意事项,综合多篇文献梳理如下:
一、实验室制取氨气
1. 加热铵盐与碱*
应原理:
加热氯化铵(NH?Cl)与氢氧化钙(Ca(OH)?)的固体混合物,反应生成氨气、氯化钙和水:
\[ 2\textNH}_4\textCl} + \textCa(OH)}_2 \xrightarrow\Delta} \textCaCl}_2 + 2\textNH}_3↑ + 2\textH}_2\textO} \]
实验装置:
- 气体发生装置:固固加热型装置(试管略向下倾斜)。
- 干燥装置:用*或生石灰干燥(不可用浓硫酸或无水CaCl?,因会与NH?反应)。
- 收集技巧:向下排空气法,试管口塞棉花以减少气体对流。
注意事项: - 不可用NH?NO?代替NH?Cl,因*受热易爆炸。
- 避免使用NaOH或KOH代替Ca(OH)?,强碱易吸潮结块且腐蚀玻璃。
2. 加热浓氨水
应原理:
浓氨水(NH?·H?O)受热分解生成氨气和水:
\[ \textNH}_3·\textH}_2\textO} \xrightarrow\Delta} \textNH}_3↑ + \textH}_2\textO} \]
实验装置:
- 直接加热浓氨水,装置简单,但需注意防止水蒸气混入。
3. 浓氨水与固体碱性物质反应
应原理:
向浓氨水中加入生石灰(CaO)或NaOH固体,利用其吸水性和放热促进NH?的逸出:
\[ \textNH}_3·\textH}_2\textO} + \textCaO} \rightarrow \textNH}_3↑ + \textCa(OH)}_2 \]
优点:
- 无需加热,快速产生氨气,适合实验室快速制取。
二、工业合成氨(哈伯法)
1. 反应原理
气与氢气在高温高压和铁基催化剂影响下合成氨:
\[ \textN}_2 + 3\textH}_2 \xrightarrow\text高温高压, 催化剂}} 2\textNH}_3 \]
反应条件:
- 温度:约500℃
- 压力:20~50 MPa
- 催化剂:Fe?O?为主体的复合催化剂。
2. 生产流程
- 原料气制备:
- 天然气制氨:通过脱硫、转化、变换等工序制取N?和H?混合气。
- 煤/焦炭制氨:气化后生成CO和H?,再经变换和净化处理(现代较少使用)。
- 脱硫与变换:
- 脱除原料气中的硫化物(如H?S),防止催化剂中毒。
- 通过水煤气变换反应将CO转化为CO?和H?:
\[ \textCO} + \textH}_2\textO} \rightarrow \textCO}_2 + \textH}_2 \]
- 精炼与合成:
- 使用铜氨液或分子筛吸附法去除残余的CO和CO?。
- 高压下将精制后的气体送入合成塔反应,未反应气体循环利用。
三、其他制氨技巧
- 氮化物与水反应:
如*(Li?N)与水反应生成氨气:
\[ \textLi}_3\textN} + 3\textH}_2\textO} \rightarrow 3\textLiOH} + \textNH}_3↑ \]
适用于实验室少量制取。 - 尿素分解:
高温下分解尿素(CO(NH?)?)生成NH?和CO?,但工业应用较少。
四、注意事项与安全
- 实验室安全:
- 尾气处理需用稀硫酸或水吸收,防止氨气泄漏污染。
- 避免直接接触氨气,因其对呼吸道和眼睛有强刺激性。
- 工业安全:
- 合成氨反应需严格控制温度和压力,防止爆炸风险。
- 储存液氨时需使用耐压容器,远离火源。
五、应用与环保
- 农业:氨是氮肥(如尿素、碳酸氢铵)的主要原料,贡献全球约40%的粮食增产。
- 环保挑战:合成氨工业产生的氮氧化物(NO?)可能导致酸雨和温室效应,需通过分子筛吸附等技术减少污染。
需实验细节或工业流程扩展,中的具体装置图与操作步骤。