氨气教学课件

氨气教学课件课程内容目录1基础知识模块2性质结构模块氨气简介、发现历史、自然界分布、获取途径等基础概念物理性质、分子结构、化学性质等核心理论知识3制备应用模块安全环保模块实验制备、工业制造、铵盐关系、实际用途等实践内容氨气基本简介分子组成物理外观分子式，分子量，由一无色气体，具有强烈刺激性气NH₃

17.03个氮原子和三个氢原子构成的简味，能够立即被人的嗅觉感知单化合物溶解特性极易溶于水，形成氨水溶液，是典型的极性分子化合物氨气的发现与历史1年1774英国化学家普里斯特利首次成功制得纯净的氨气，标志着氨气化学研究的开端2世纪初19科学家们深入研究氨气的性质和反应机理，为后续工业化生产奠定理论基础3世纪初20德国化学家哈伯发明合成氨法，实现了氨气的大规模工业生产，彻底改变了农业发展自然界中的氨气生物代谢动植物在正常新陈代谢过程中产生氨气，是生命活动的重要副产物，参与氮循环微生物分解土壤中的细菌分解有机物质时释放氨气，这是自然界氨气的主要来源之一大气循环大气中含有微量氨气，通过自然循环在生态系统中发挥重要作用氨气的获取途径生物分解途径微生物分解蛋白质等含氮有机物，通过复杂的生化反应过程释放氨气工业生产途径化肥生产过程中的副产物，以及专门的氨气合成工艺流程自然环境途径自然大气中含有微量氨气，通过各种环境因素的相互作用而产生氨气的物理性质基本特征外观特征密度特性相变性质氨气是一种完全无色的气体，在标准条氨气的密度约为倍空气密度，这意味氨气易于液化，沸点为在常温

0.77-

33.4°C件下肉眼无法看到其存在，但可以通过着氨气比空气轻，在泄漏时会向上飘下施加适当压力就能使氨气液化，这为强烈的刺激性气味来感知这种特殊的散这个性质对于氨气的收集和安全防氨气的储存和运输提供了便利条件气味使得氨气泄漏能够被及时发现护具有重要意义氨气的物理性质溶解性70025°C溶解比例标准温度一体积水可溶解约体积气体在标准温度下的最大溶解度700NH₃35%浓氨水市售浓氨水中的质量分数NH₃氨气的物理性质其他特征刺激性气味眼部刺激具有强烈而独特的刺激性气味，即使很容易刺激眼睛，引起流泪和不适感，高低浓度也能被人体嗅觉感知浓度时可能造成严重伤害挥发特性呼吸道影响容易挥发到空气中，需要良好通风环境刺激呼吸道黏膜，可能引起咳嗽、喉咙进行操作和储存不适等症状氨分子的结构特点三角锥形分子呈现三角锥形立体结构杂化sp³氮原子采用杂化轨道sp³孤对电子氮原子上存在一对孤对电子氨分子的键角键角大小键角约为H-N-H107°电子影响孤对电子对键角产生压缩效应几何构型决定了分子的三角锥形结构分子间作用力碱性表现溶解机理溶于水后显碱性，是因为氨分子能够接受氢键形成氨分子与水分子之间形成氢键，这是氨气水分子提供的质子，形成氢氧根离子，从氨分子能够形成强氢键，这是由于氮原子极易溶于水的根本原因氢键使得氨分子而使溶液呈现碱性特征的高电负性和氢原子的部分正电荷相互作能够与水分子紧密结合，形成稳定的水合用的结果氢键的存在显著影响了氨气的分子物理化学性质氨气的极性高度极性高溶解度氨分子具有显著的偶极矩，表现出强烈极性导致氨气在极性溶剂中具有极高的的极性特征溶解度氢键能力高反应性极性分子结构使氨气具有强大的氢键形分子极性增强了氨气与其他极性分子的成能力相互作用氨气的化学性质总览碱性气体反应活性强电子给体氨气是典型的碱性气体，能够与酸氨气具有很强的化学反应活性，能氮原子上的孤对电子使氨气能够作反应生成铵盐，在水溶液中表现出够参与多种类型的化学反应，包括为电子给体，参与配位化合物的形明显的碱性特征酸碱反应、氧化还原反应等成和各种络合反应氨气的碱性石蕊试纸检验与水反应溶液值pH湿润的红色石蕊试纸遇氨气立即变蓝⇌⇌氨水溶液值大于，呈现明显碱性NH₃+H₂O NH₃·H₂O NH₄⁺+OH⁻pH7氨与无机酸的反应反应物化学方程式产物特征氨气盐酸产生白烟+NH₃+HCl→NH₄Cl氨气硫酸生成白色晶体+2NH₃+H₂SO₄→NH₄₂SO₄氨气硝酸形成无色晶体+NH₃+HNO₃→NH₄NO₃氨气的还原性还原机理典型反应氨气在高温条件下能够还原多种金属氧化物，这是因为氨分子中经典反应为氨气还原氧化铜3CuO+2NH₃→3Cu+3H₂O+N₂的氮原子具有较低的氧化态，能够失去电子被氧化成更高价态的反应中氨气被氧化成氮气，氧化铜被还原成红色的金属铜氮化合物氨气与氧气的反应氨气在氧气中燃烧时发生氧化反应完全燃烧产生氮气和水蒸气，释放大量热能在催化剂存在下，氨气4NH₃+3O₂→2N₂+6H₂O也可以被选择性氧化生成一氧化氮，这是工业制备硝酸的重要步骤氨气的吸水性强吸湿性氨气具有极强的吸湿性，能够迅速吸收空气中的水分，这是其极性分子特征的直接体现气溶胶形成与空气中水分结合生成气溶胶，形成可见的白雾现象，常见于氨气泄漏现场湿度影响环境湿度越高，氨气的吸水现象越明显，对储存和运输条件要求更严格氨气与氯气反应完全反应不完全反应反应现象在高温条件下常温下，产生大反应过程中产生明显的白烟，温度升8NH₃+3Cl₂→6NH₄Cl NH₃+HCl→NH₄Cl，氨气与氯气完全反应生成氯化铵量白烟状的氯化铵晶体，这是检验氨高，有刺激性气味，需要在通风条件+N₂和氮气气和氯化氢的经典反应下进行实验室制备氨气反应原理反应方程式2NH₄Cl+CaOH₂→2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O加热条件需要加热至约使反应充分进行300°C固体反应固体氯化铵与氢氧化钙混合加热气体产生生成的氨气通过导管收集实验室制备氨气装置1反应容器使用硬质玻璃试管作为反应容器，耐高温且便于观察反应过程2加热系统采用酒精灯或电加热装置，确保温度稳定均匀，避免局部过热3导气装置使用单孔橡胶塞和玻璃导管，确保气体顺畅导出，防止压力过大4收集系统向上排空气法收集，利用氨气密度小于空气的特点进行有效收集实验室制备氨气收集方法向上排空气法由于氨气密度比空气小（相对分子质量），采用向上排空气法收集17将收集管口向下，氨气从下方进入，空气从上方排出，确保收集到纯净的氨气避免水收集绝对不能使用排水法收集氨气，因为氨气极易溶于水（体积水可溶1体积氨气）如果用水收集，氨气会完全溶解在水中，无法收集700到气体检验收集完毕用湿润的红色石蕊试纸检验收集管口，试纸变蓝说明氨气已收集满也可以用玻璃棒蘸取浓盐酸靠近管口，产生白烟表明氨气收集完成氨气制备的注意事项装置密封性确保所有连接处密封良好，防止氨气泄漏使用橡胶塞和玻璃导管时要涂抹凡士林增强密封效果排除空气实验开始时要充分排出装置内的空气，避免空气稀释产生的氨气，影响实验效果和气体纯度通风要求实验必须在通风橱内进行，氨气有强烈刺激性，可能对人体呼吸道和眼睛造成伤害温度控制加热要适度均匀，避免温度过高导致试管炸裂或反应过于剧烈难以控制检验氨气石蕊试纸法用湿润的红色石蕊试纸靠近可能含氨气的容器口颜色变化试纸由红色变为蓝色，说明存在氨气确认结果颜色变化明显且迅速，证明氨气浓度较高其他方法也可用浓盐酸检验，产生白烟为氨气存在的证据工业合成氨哈伯法原理反应条件工业合成氨采用哈伯法⇌热量这是一个可工业生产条件严格控制温度、压力高N₂+3H₂2NH₃+400-500°C20-30MPa逆的放热反应，需要在特定条件下进行以获得最佳产率反应使温有利于反应速率，但不利于平衡正向移动；高压有利于平衡正用铁作催化剂，并添加助催化剂提高效率向移动条件选择需要兼顾反应速率和产率工业制氨过程优化循环反应系统催化剂改进采用循环反应器设计，未反应的氮气和不断优化铁基催化剂配方，提高催化活氢气循环利用，提高原料转化率性和选择性，延长使用寿命自动化控制换热技术计算机控制系统实现精确的温度、压先进的换热器设计回收反应热，降低能力、流量控制，确保最优操作条件耗，提高经济效益合成氨的全球产量亿吨

1.8年全球产量2023年产量创历史新高，主要用于化肥生产30%中国产量占比中国是世界最大的氨气生产国15%印度产量占比印度位居世界第二大氨气生产国8%美国产量占比美国是重要的氨气生产和消费国氨与铵盐的关系氨气碱性气体，易溶于水形成氨水酸反应与各种无机酸发生中和反应铵盐生成各种铵盐晶体化合物农业应用铵盐广泛用作氮肥等用途常见铵盐举例常见的铵盐包括氯化铵、硫酸铵、硝酸铵和碳酸铵等这些铵盐都是白色晶体，大多数易溶于NH₄Cl NH₄₂SO₄NH₄NO₃NH₄₂CO₃水，是重要的化工原料和化肥硫酸铵和硝酸铵是优质的氮肥，氯化铵常用于电池制造，碳酸铵用作发泡剂铵盐的性质高溶解性热分解性离子特性绝大多数铵盐都极易溶加热时铵盐容易分解产铵离子具有类似金NH₄⁺于水，溶解时通常吸生氨气，不同铵盐分解属离子的性质，能够形热，使溶液温度降低，产物不同，这是检验铵成各种盐类化合物，显这是铵盐的重要物理特离子的重要方法示正电性征铵盐的检验方法加碱加热1向铵盐溶液中加入氢氧化钠溶液并加热NH₄⁺+OH⁻→NH₃↑+H₂O2氨气产生反应产生具有刺激性气味的氨气，可以通过嗅觉初步判断试纸检验3用湿润的红色石蕊试纸检验产生的气体，试纸变蓝确认为氨气4确认铵离子通过氨气的产生和检验，可以确认原溶液中含有铵离子氨气的主要用途总览制药工业化肥生产合成各种药物中间体和活性成分占氨气用量的以上，是农业的重要基础80%制冷剂工业制冷系统的重要工作介质清洗剂纺织印染制备各种清洁用品和去污剂用于纤维处理和染料生产过程化肥工业中的氨气氨气在制冷领域的应用制冷剂经济环保优势R717氨气作为制冷剂编号，具有氨制冷剂成本低廉，对臭氧层无R717优异的热力学性质其制冷效率破坏作用，温室效应潜值为零，高，单位制冷量大，是工业制冷是真正的天然环保制冷剂，符合系统的首选工作介质绿色发展要求应用领域广泛应用于大型冷库、制冰厂、啤酒厂、化工装置等工业制冷场合，特别适合大容量长期制冷需求氨气在医药与化工消毒剂制备精细化工中间体氨气参与制备氯胺类消毒剂，如一氯胺、氨基酸合成在精细化工领域，氨气用于合成各种胺类二氯胺等，这些消毒剂具有持续消毒能力氨气是合成各种氨基酸的重要原料，包括化合物、酰胺类化合物等重要中间体这强、副产物少的特点，广泛用于饮用水处甘氨酸、丙氨酸等人体必需氨基酸这些些中间体进一步用于生产农药、染料、表理和医院消毒氨基酸不仅用于医药领域，还广泛应用于面活性剂等高附加值化工产品食品添加剂和营养补充剂的生产氨水的清洁作用清洁机理应用范围氨水具有强碱性和良好的去污能力，能够溶解油脂类污垢，中和家庭清洁中常用于擦拭玻璃、镜子、瓷砖等表面，能够快速去除酸性污渍氨分子的极性使其能够渗透到污垢内部，破坏污垢与水渍和油污，不留痕迹工业清洁中用于设备除垢、金属表面处表面的结合，从而实现高效清洁理等，效果显著且成本低廉氨气与环境问题生成PM

2.5大气中的氨气与硫酸、硝酸反应形成细颗粒物酸雨中和氨气能够部分中和酸雨，但过量时造成生态失衡工业排放化肥厂、养殖场是主要的氨气排放源全球循环参与全球氮循环，影响生态系统平衡氨气的生态影响水体富营养化过量氨气进入水体后转化为铵离子和硝酸盐，成为藻类等水生植物的营养源藻类爆发营养过剩导致藻类大量繁殖，消耗水中溶解氧，形成水华现象生态失衡缺氧环境导致鱼类等水生动物死亡，破坏水生生态系统的正常结构水质恶化水体变黑变臭，失去使用价值，影响人类生活和经济发展氨气泄漏事故案例1年河南事故2023某大型冷库氨气管道破裂，导致名工人中毒住院，事故原因为5设备老化和维护不当2年山东事故2022化肥厂氨气储罐泄漏，疏散周边居民余人，经济损失超过500万元2003年江苏事故2021制冷企业氨气泄漏致人死亡，暴露出安全管理和应急预案的严3重缺陷氨气的健康危害呼吸系统损害刺激呼吸道黏膜，引起咳嗽、胸闷、呼吸困难眼部刺激伤害强烈刺激眼睛，导致流泪、疼痛、角膜损伤皮肤化学灼伤直接接触可造成皮肤红肿、水疱、化学性灼伤急性中毒致命高浓度吸入可引起肺水肿、窒息，危及生命氨气安全防护措施呼吸防护通风设施监测报警必须佩戴专用工作场所要有配备氨气浓度防毒面具或正良好的通风系监测仪和声光压式呼吸器，统，安装强制报警装置，实过滤器要定期排风装置，保时监控环境中更换，确保防持空气流通氨气浓度变化护效果应急设施设置紧急冲洗装置和安全淋浴设施，发生接触时立即冲洗氨气泄漏应急措施人员疏散水雾稀释立即疏散泄漏区域所有人员，建立安全用大量水雾喷淋稀释氨气，降低空气中警戒线，禁止无关人员进入氨气浓度，减少危害范围报告救援切断泄漏源立即报告相关部门，联系专业救援队穿戴防护设备，关闭泄漏阀门或采取堵伍，启动应急预案进行处置漏措施，控制泄漏继续扩大氨气实验操作规范防护用品实验前必须佩戴橡胶手套、防护眼镜和实验服，防止氨气直接接触皮肤和眼睛造成伤害2通风环境所有涉及氨气的实验都必须在通风橱内进行，确保有足够的排风量带走氨气温度控制制备氨气时要严格控制加热温度，避免反应过于剧烈导致氨气大量逸出废气处理实验产生的氨气不能直接排放，要用稀酸溶液吸收处理后再排放氨气在绿色能源领域氢能载体氨气可作为氢能的储存和运输载体，密度高且相对安全无碳燃料氨燃烧只产生氮气和水，被视为理想的无碳燃料燃料电池氨燃料电池技术快速发展，效率不断提升国际合作各国积极探索氨能源的工业化应用前景氨气前沿应用示例日本氨动力船舶澳洲氨燃料电厂氢氨转换技术年日本成功启用全球首艘商用氨动力澳大利亚正在试点建设世界上第一座大规德国等欧洲国家正在开发先进的氢氨转换2024货轮，标志着海运业向零碳排放的重大突模氨燃料发电厂，将氨气与可再生能源相技术，利用氨气储存和运输氢能这种技破该船舶使用氨气作为主要燃料，燃烧结合，为电网提供稳定的清洁电力该项术能够解决氢气储存困难的问题，为氢能产物仅为氮气和水蒸气，完全不产生二氧目为全球能源转型提供了重要的技术示经济的发展开辟新路径化碳排放范典型高考例题解析实验设计题反应条件分析例题设计实验方案制备并收集氨气，要求写出反应方程式、装例题工业合成氨反应⇌中，分析温度、压力对反N₂+3H₂2NH₃置图和收集方法解析要点选择合适的反应物（铵盐强应速率和平衡的影响解析要点高温提高反应速率但不利于平+碱）、加热条件、向上排气法收集、用湿润红色石蕊试纸检验衡正向移动，高压有利于平衡正向移动，需要综合考虑经济效益氨气知识趣味问答历史趣闻生活常识氨气确实是世界上第一个可人工闻窗水味辨氨气这个说法是错大规模合成的重要无机氮化合误的氨气具有强烈刺激性气物哈伯因发明合成氨技术获得味，与水无关正确的识别方法年诺贝尔化学奖，这项技术是通过其独特的刺鼻气味和用湿1918养活了世界上三分之一的人口润红色石蕊试纸检验变蓝来确认科学事实有趣的是，人体尿液中也含有少量氨气，这是蛋白质代谢的产物古代人们就是从人尿中最早发现和利用氨气的，用于染色和清洁知识点归纳总结课堂小结与巩固练习核心概念回顾氨气是重要的无机化合物，具有碱性、还原性和强溶解性掌握其NH₃三角锥形分子结构、氢键形成能力以及与酸反应生成铵盐的规律理解工业合成氨的哈伯法原理和最优反应条件选择实验技能强化熟练掌握实验室制备氨气的装置设计、反应原理和安全操作能够设计氨气的检验方案，理解收集方法的选择依据掌握铵离子的检验方法和氨气的定性定量分析技术应用拓展预习课后请预习氮循环相关知识，了解氨气在自然界中的转化过程思考氨气与环境保护、可持续发展的关系准备下节课讨论氨气在现代绿色化学中的创新应用前景。