2025年高考氨氣和發現與合成

　　１７２７年英國的牧師、化學家哈爾斯（Hales,S.1677－1761），用氯化銨與石灰的混合物在以水封閉的曲頸瓶中加熱，只見水被吸入瓶中而不見氣體放出。１７７４年化學家普利斯德里重作這個實驗，采用汞代替水來密閉曲頸瓶，制得了堿空氣（氨）。他還研究了氨的性質，發現它易溶于水、可以燃燒，還發現在氨氣中通以電火花時，其容積增加很多，而且分解為兩種氣體；一種是可燃的氫氣；另一種是不能助燃的氮氣。從而證實了氨是氮和氫的化合物。其后戴維等化學家繼續研究，進一步證實了２容積的氨通過火花放電之后，分解為１容積的氮氣和３容積的氫氣。

　　雖然在合成氨的研究中化學家遇到的困難不少，但是，德國的物理學家、化工專家哈伯（Haber,F.1868－1934）和他的學生勒·羅塞格諾爾（LeRossignol,R.）仍然堅持系統的研究。起初他們想在常溫下使氨和氫反應，但沒有氨氣產生。又在氮、氫混合氣中通以電火花，只生成了極少量的氨氣，而且耗電量很大。后來才把注意力集中在高壓這個問題上，他們認為高壓是最有可能實現合成反應的。根據理論計算，表明讓氫氣和氮氣在６００℃和２００個大氣壓下進行反應，大約可能生成８％的氨氣。如果在高壓下將反應進行循環加工，同時還要不斷地分離出生成的氨氣，勢必需要很有效的催化劑。為了探索有效的催化劑，他們進行了大量的實驗，發現鋨和鈾具有良好的催化性能。如果在１７５－２００個大氣壓和５００－６００℃的條件下使用催化劑，氮、氫反應能產生高于６％的氨。

　　他們立即把損壞的地方修好，又進行幾小時的反應后，公司的經理和化工專家們親眼看見清澈透明的液氨從分離器的旋塞里一滴滴地流出來。但是，實驗開始時發生的現象確實是一個嚴重的警告，說明在設計這套裝置，必須采取各種措施，以避免不幸事故發生。哈伯的那套裝置，在示范表演后的第二天發生了爆炸。整個設備傾刻之間變成一堆七歪八扭的爛鐵。隨后，剛剛安裝好的盛著催化劑鋨的圓柱裝置也爆炸了。這時金屬鋨粉遇到空氣又燃燒起來，結果，把積存備用的價值極貴的金屬鋨幾乎全部變成了沒有多用處的氧化鋨。

　　盡管連續出了一些爆炸事故，但巴登公司的經理布隆克和專家們還是一致認為這種合成氨方法具有很高的經濟價值。于是該公司不惜耗巨資，還投入強大的技術力量、并委任德國化學工程專家波施（Bosch,C.1874－1940）將哈伯研究的成果設計付諸生產。波施整整花了５年的時間主要作了兩項工作。第一，從大量的金屬和它們的化合物中篩選出合成氨反應的最適合的催化劑。在這項研究中波施和他的同事做了兩萬多次實驗，才肯定由鐵和堿金屬的化合組的體系是合成氨生產最有效、最實用的催化劑，用以代替哈伯所用的鋨和鈾。第二，是建造了能夠高溫和高壓的合成氨裝置。最初，他采用外部加熱的合成塔，但是反應連續幾小時后，鋼中的碳與氨發生反應而變脆，合成塔很快地報廢了。后來，他就將合成塔襯以低碳鋼，使合成塔能夠耐氫氣的腐蝕。第三，解決了原料氣氮和氫的提純以及從未轉化完全的氣體中分離出氨等技術問題。經波施等化工專家的努力，終于設計成了能長期使用的操作的合成氨裝置。１９１０年巴登苯胺純堿公司建立了世界上第一座合成氨試驗工廠，１９１３年建立了大工業規模的合成氨工廠。這個工廠是第一次世界大戰期間開始為德國提供當時其缺少的氮化合物，以生產炸藥和肥料。

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