氨的教学课件

氨的教学课件第一章氨的基本性质氨的分子结构与物理性质氨分子的分子式为NH₃，具有三角锥形结构，其中氮原子位于顶点，三个氢原子位于底-33°C部三角形的顶点氮原子上有一对孤对电子，使得分子呈现不对称性氨是一种无色气体，具有强烈的刺激性气味它的沸点为-33°C，因此在常温常压下容易沸点液化氨气极易溶于水，形成弱碱性的氨水在0°C时，1体积水可溶解1130体积的氨气，这种1130高溶解度使其在实验和工业中具有重要应用溶解度0°C时1体积水可溶解的氨气体积17氨分子的三角锥形结构分子几何结构键角极性氨分子呈现三角锥形（四由于孤对电子的排斥作面体不完全）结构，氮原用，氨分子中的H-N-H键子位于顶端，三个氢原子角约为107°，小于理想四形成底部的三角形，氮原面体结构的

109.5°子上的孤对电子指向远离氢原子的方向氨的气味与检测灵敏的嗅觉检测石蕊试纸检测氨气浓度仅达到2-5ppm时，人类嗅利用氨的碱性，可用红色石蕊试纸进觉就能感知到其特有的刺激性气味行检测当试纸接触到氨气时，会由这种低浓度检测能力是人体对潜在有红色变为蓝色，这是氨气存在的直观害物质的一种保护机制证据白烟反应检测氨气与浓盐酸接触时，会产生白色烟雾（氯化铵），反应式为NH₃+HCl→NH₄Cl氨的物理性质对比密度与扩散特性氨气的密度为

0.771kg/m³，比空气轻（空气密度约

1.29kg/m³），理论上氨气泄漏后应向上扩散然而，在湿冷环境中，氨气易与水蒸气结合形成氢氧化铵微滴，反而会形成低空云团，这一特性在安全防护中需特别注意第二章氨的制备方法实验室制备氨气反应原理01实验室中通常采用铵盐与强碱共热的方法制备氨气最常用的反应为试剂准备-称取适量的氯化铵和氢氧化钙2NH₄Cl+CaOH₂→2NH₃↑+CaCl₂+2H₂O02这一反应在加热条件下进行，生成的氨气因密度小于空气而上升混合研磨-充分混合两种固体试剂收集方法03由于氨气密度比空气小且易溶于水，通常采用向下排空气法收集，避免使用水作为阻隔装入试管-将混合物装入干燥的试管04加热反应-小火均匀加热试管底部05气体收集-使用向下排空气法收集氨气实验室制氨装置示意图反应装置干燥装置收集装置圆底烧瓶中放入氯化铵和氢氧化钙的混合物，含有氢氧化钠或氢氧化钙的干燥管，用于吸收收集管口朝下放置，利用氨气密度小于空气的用酒精灯或电炉加热反应中产生的水蒸气特性，通过向下排空气法收集注意事项

1.装置必须保持干燥；

2.避免使用水收集；

3.加热应均匀缓慢；

4.反应结束后先拆除导管，再停止加热工业制备哈柏法（）Haber Process反应原理反应条件工业意义哈柏法是以氮气和氢气为原料，在特定条件下温度约450-550°C（理论上低温有利，但需单程转化率约15-20%，但通过循环工艺可达直接合成氨的工业方法基本反应式权衡反应速率）到总转化率98%以上，是现代化工行业的基石压力约150-300atm（高压有利于反应平衡N₂+3H₂⇌2NH₃+92kJ/mol向产物方向移动）全球每年生产超过

1.8亿吨氨，支撑着现代农业这是一个可逆的放热反应，根据勒夏特列原催化剂多孔性铁催化剂（含Al₂O₃,K₂O等促和化工产业理，低温、高压有利于氨的生成进剂）哈柏法流程图气体净化1原料气体（N₂、H₂）经过脱硫、脱碳、干燥等处理，去除催化剂毒物2气体压缩多级压缩将净化后的气体压缩至150-300atm高压催化反应3在铁催化剂存在下，450-550°C高温条件进行反应4冷凝分离混合气体冷却至-10°C左右，液化分离出合成的氨循环利用5未反应的气体循环返回压缩工序，继续参与反应哈柏法的循环设计大大提高了原料利用率，降低了生产成本，是化学工业中循环经济的典范尽管单次转化率不高，但通过持续循环最终可实现极高的总转化率第三章氨的化学性质氨的碱性、配位性和还原性等重要化学反应氨的碱性与水溶液行为氨水的形成与电离氨气溶于水形成氨水，部分氨分子与水发生反应NH₃+H₂O⇌NH₄⁺+OH⁻这是一个可逆反应，电离度较小（约1%），因此氨水呈弱碱性，pH值约为11-12氨水的碱性表现使酚酞试液呈现红色使红色石蕊试纸变蓝•与酸反应生成铵盐•与某些金属离子反应生成氢氧化物沉淀氨水解离常数Kb=

1.8×10-525°C这一数值反映了氨水作为弱碱的强度pH值与浓度关系

0.1mol/L氨水的pH约为

11.

11.0mol/L氨水的pH约为

11.6氨与酸的反应与氯化氢反应与硝酸反应NH₃+HCl→NH₄Cl NH₃+HNO₃→NH₄NO₃氨气与氯化氢气体接触时，立即生成白氨与硝酸反应生成硝酸铵，这是一种重色的氯化铵烟雾，这是氨气存在的重要要的农业肥料，含氮量高达35%检验方法硝酸铵也是一种具有爆炸性的化合物，这种白烟现象被称为人造烟雾，常用需谨慎处理储存于舞台效果和军事演习与硫酸反应2NH₃+H₂SO₄→NH₄₂SO₄氨与硫酸反应生成硫酸铵，这是一种重要的氮素肥料，能提供稳定的铵离子和硫酸根硫酸铵在酸性土壤中的效果优于其他铵盐肥料这些酸碱中和反应是氨工业应用的基础，各种铵盐在农业、医药、食品和工业生产中有广泛应用氨的还原性与氯气反应4NH₃+3Cl₂→N₂+6HCl氨被氯气氧化为氮气，同时氯被还原为氯化氢当氯过量时，可能生成爆炸性的三氯化氮（NCl₃）与氧化铜反应2NH₃+3CuO→N₂+3Cu+3H₂O加热条件下，氨可以还原氧化铜为单质铜，自身被氧化为氮气这反应能直观展示氨的还原性氨的燃烧氨在氧气中可以燃烧，放出绿色火焰催化氧化4NH₃+3O₂→2N₂+6H₂O+热量4NH₃+5O₂→4NO+6H₂O在催化剂作用下，氨的氧化可以生成NO，这是制硝酸的关键步骤在铂铑合金催化剂和高温（约850°C）条件下，氨被氧化为一氧化氮，这是奥斯特瓦尔德法制硝酸的第一步氨的还原性在各种化学反应中有重要应用，尤其是在氮肥生产、硝酸制备和环保技术中发挥关键作用第四章氨的工业应用氨在农业、工业、环保等领域的广泛应用氨作为肥料的核心作用高效氮源应用方式优势与挑战氨的氮含量高达82%，远液氨直接注入-将液态氨优势氮含量高、见效高于其他氮肥氮元素是直接注入土壤15-20厘米快、价格相对低廉植物生长的必需营养元处，防止挥发损失挑战易挥发损失、施用素，主要用于合成蛋白不当可能造成环境污染、质、核酸和叶绿素氨水施用-将氨溶于水后操作需专业设备和技术直接施用或稀释后喷洒全球工业氨产量的约80%用于生产氮肥，支撑着现代高产农业合成氮肥-利用氨合成尿素、硝酸铵、硫酸铵等固体肥料氨在制冷行业的应用环保优势氨是天然存在的制冷剂，全球变暖潜能值GWP为0，臭氧消耗潜能值ODP也为0，是真正的绿色制冷剂作为氟利昂类制冷剂的环保替代品，氨制冷系统在全球范围内得到推广工业制冷系统效率与经济性氨的沸点低（-33°C）且蒸发潜热大（1370J/g），使其成为高效的制冷剂（R717）氨制冷系统能效比COP高，可达

4.0-

5.0，比传统制冷系统高15-20%主要应用于虽然初始投资较高，但运行成本低，长期使用更经济大型系统每年可节省20-大型食品冷库和冷藏设施35%的能源成本大型冰场和滑冰场的制冰系统注意由于氨的毒性和可燃性，氨制冷系统需要专业设计、安装和维护，并配备完善食品加工厂的冷却工艺的安全防护措施大型空调系统（如办公楼、医院）氨在环保中的作用90%300-400°C脱硝效率最佳反应温度SCR技术在最佳条件下可达到的NOx去除率SCR系统的典型操作温度范围环境效益通过SCR技术，中国火电厂NOx排放量已大幅降低，对改善空气质量、减少酸雨和雾霾形成具有重要意义一座1000MW燃煤电厂采用SCR技术，每年可减少NOx排放约8000吨选择性催化还原SCR脱硝火电厂和工业锅炉排放的氮氧化物NOx是大气污染的主要来源之一，而氨被广泛用于这些排放物的处理基本原理在催化剂（如V₂O₅-WO₃/TiO₂）存在下，氨与NOx反应生成无害的N₂和H₂O主要反应式4NO+4NH₃+O₂→4N₂+6H₂O2NO₂+4NH₃+O₂→3N₂+6H₂O其他应用合成纤维生产水处理炸药生产金属处理氨是生产己二酸的重要原料，而己氨用于市政水处理中的氯胺消毒，硝酸铵（由氨和硝酸反应生成）是氨水用于金属表面氮化处理，提高二酸是尼龙-6,6的关键中间体形成更稳定的消毒剂，减少氯的使重要的工业炸药原料，主要用于采钢铁和其他金属的表面硬度和耐磨用量和三卤甲烷副产物的产生矿和土木工程性全球约15%的工业氨用于化学合成，包括尼龙、聚氨酯等高分子材还用于调节水的pH值和去除某些重全球约5%的氨用于炸药生产，支持液氨还用作某些特殊金属（如锂、料金属离子采矿业和基础设施建设钠等）的溶剂和反应介质第五章氨的安全与防护了解氨的危害性及相应的安全措施氨的危害性健康危害氨气对人体的危害主要表现在以下几个方面呼吸系统刺激浓度25-50ppm时引起呼吸道刺激症状；超过700ppm可导致严重肺水肿，甚至死亡眼部刺激低浓度（20-30ppm）即可引起眼部刺激和流泪；高浓度可导致角膜损伤和永久性视力损害皮肤接触液氨或高浓度氨气与皮肤接触可导致化学性灼伤；液氨还会导致冷冻伤害（-33°C）物理危害除了健康危害外，氨还具有以下物理危险性可燃性-在空气中浓度为15-28%时可燃烧或爆炸事故案例分享2023年某冷库氨泄漏事件事故概况2023年3月，某食品加工厂冷库系统发生氨泄漏事故，导致23人中毒，其中5人重症，周边居民被紧急疏散事故原因•制冷系统管道老化，存在腐蚀穿孔•检修作业违规操作，未按规程进行•安全阀检验过期，未及时更换•泄漏检测报警系统故障，未及时维修应急处理教训总结

1.立即启动应急预案，通知相关部门设备维护不到位是事故主要原因，应建立严格的设备检查和维护

2.消防人员穿戴全面式防毒面具进入现场制度

3.使用水雾稀释泄漏区域氨气浓度

4.关闭相关阀门，隔离泄漏源违规操作反映出安全培训不足，应加强操作人员安全教育

5.组织医疗救援，对中毒人员进行急救应急设备失效导致事故扩大，应定期检查应急设备功能应急预案不完善，应定期组织演练，确保各环节衔接顺畅氨的储存与运输安全储存容器要求运输安全安全管理压力容器必须符合国家特种设备标准，定期运输车辆应有明显警示标志和危险品编号建立全生命周期安全管理制度检验定期进行设备检测和安全评估材质通常为碳钢或不锈钢，禁用铜、铝、锌驾驶员必须持有危险化学品运输资质制定详细的应急预案并定期演练等材料运输路线应避开人口密集区和敏感地区操作人员必须持证上岗并定期培训储罐应设置安全阀、压力表、液位计等安全车辆配备应急处理设备和个人防护装备严格执行安全生产责任制，落实责任到人装置严禁与氧化剂、酸类等不相容物品混装大型储罐应设置喷淋冷却系统和围堰运输过程中定期检查阀门、管道是否泄漏室内储存应有强制通风和泄漏报警系统应急处理与个人防护个人防护设备呼吸防护低浓度滤毒罐式防毒面具（NH₃专用滤毒罐）高浓度正压式空气呼吸器（SCBA）身体防护全身化学防护服（A级或B级）防化学品手套（丁基橡胶或氯丁橡胶）防化靴子和防化头罩眼面防护密闭型化学安全护目镜与呼吸防护结合的全面罩泄漏应急处理应急洗眼器和淋浴设施必须可用迅速疏散-人员撤离泄漏污染区，并向上风方向撤离急救措施隔离现场-设置警戒线，严格限制出入吸入迅速脱离现场至空气新鲜处，保持呼吸道通畅穿戴防护-应急人员必须穿全身防护服和空气呼吸器皮肤接触脱去污染衣物，用大量流动清水冲洗切断源头-尽可能关闭泄漏源阀门眼睛接触立即提起眼睑，用大量流动清水或生理盐水冲洗稀释降毒-喷水雾减少蒸发和扩散，但避免水流接触泄漏物就医严重情况下立即就医，携带化学品标签信息构筑围堤-用沙袋或其他材料筑堤收容液体氨中和处理-用稀酸（如稀盐酸）中和残留物实验室安全操作规范操作规程废物处理1氨气废物处理应遵循以下原则实验前熟悉氨的性质和安全注意事项，做好应急预案小量氨气可通过酸溶液吸收（如稀盐酸）含氨废液经中和处理后按规定排放2穿戴合适的个人防护装备（实验服、护目严格遵守环保法规，不随意排放含氨废气或废液镜、手套等）废弃容器应彻底清洗后处置3确保通风系统正常工作，避免氨气在室内积累设施要求4严禁明火，禁止在实验区吸烟或使用可能产氨气操作必须在通风橱内进行生火花的设备实验室应配备排风系统，保持良好通风5安装氨气检测报警器，及时发现泄漏避免氨与强氧化剂、酸类等不相容物质接触配备紧急喷淋装置和洗眼器配备适当灭火器（如干粉灭火器）6实验结束后妥善处理废液和废气，不随意排张贴明显的安全警示标志放氨的检测方法实验室检测方法化学指示法石蕊试纸法红色石蕊试纸遇氨变蓝，简单直观但仅适用于定性检测1奈氏试剂法奈氏试剂与氨反应生成黄褐色沉淀或棕黄色，可进行比色定量分析靛酚蓝法氨与靛酚在碱性条件下反应生成靛酚蓝，通过分光光度计测定含量仪器分析法离子选择电极法使用氨敏电极测量溶液中氨的浓度，精度高且操作简便2气相色谱法适用于复杂样品中氨的分析，灵敏度高且干扰少离子色谱法可同时分析多种阳离子，包括铵根离子，精确度高现场快速检测设备便携式氨气检测仪电化学或光学传感器，可实时监测空气中氨浓度检测管玻璃管内含变色指示剂，抽气后根据颜色变化长度判断浓度固定式氨气报警器安装在易泄漏区域，超标时发出声光报警便携式气体分析仪可同时检测多种气体，包括氨气现代氨气检测仪可检测1-1000ppm范围的浓度，精度可达±2%，响应时间小于30秒课堂小结氨的结构与性质1NH₃分子三角锥形结构，具有碱性、配位性和还原性制备方法2实验室制备铵盐与强碱反应；工业制备哈柏法合成重要化学反应3与酸反应生成铵盐；与氧化剂反应表现还原性；催化氧化生成NO应用领域4农业肥料、制冷剂、环保脱硝、化工原料、水处理等多个领域的重要应用安全防护5了解氨的危害性，掌握储存、运输、使用过程中的安全规范和应急处理措施氨作为一种重要的化工原料和化学品，与我们的日常生活和工业生产密切相关通过本课程的学习，希望同学们不仅掌握了氨的基本性质和应用，更重要的是建立起化学安全意识，了解如何安全地进行相关实验和操作化学知识的学习不仅是对理论的理解，更需要将其与实际应用相结合，认识化学在解决人类面临的粮食、能源、环境等问题中的重要作用互动环节氨的实验演示讨论主题氨在日常生活中的应用请举例说明氨在我们日常生活中的应用，并说明其作用原理氨肥使用的环境影响请观看以下实验演示视频，并思考相关问题过量使用氨基肥料可能导致哪些环境问题？如何减轻这些氨气喷泉实验展示氨气的高溶解度影响？氨气与盐酸的反应观察白烟生成现象氨的催化氧化观察氨在铂丝催化下燃烧现象氨泄漏的应急处理思考这些实验分别说明了氨的哪些性质？实验中应注意哪些安全事项？如果发现实验室氨气泄漏，应该采取哪些紧急措施？为什么？分组讨论后，每组推选代表进行3分钟汇报，分享讨论成果结束语化学与生产的桥梁安全与环保的意识持续探索的精神氨作为重要的化工原料，连接着化学理论与工业生产、农业发展，是人类利用化学知识造福社会的典范在认识氨的同时，我们培养了化学安全意识和环保理念，了解到科学技术的应用必须以安全和环保为前化学学习是一个不断探索的过程，希望同学们保持好奇心和求知欲，在化学学习的道路上不断前进，将来通过学习氨的知识，我们看到了化学如何直接服务于人类社会的发展提，这是化学学习中非常重要的素养为科学技术的发展贡献自己的力量。