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尿素的性质、合成与应用 尿素，又叫碳酰二氨、碳酰胺、脲， 由碳、氮、氧和氢组成的有机化合物。化学式是CO(NH2)2，它是人体或其他哺乳动物中含氮物质（蛋白质等）代谢的主要最终产物，由氨与二氧化碳通过鸟氨酸循环而缩合生成，主要随尿排出。尿素是第一种以人工合成无机物质而得到的有机化合物。 尿素的性质 纯尿素为白色、无味、无臭的针状或棱柱状结晶体；工业或农业品为白色略带微红色固体颗粒，有刺鼻性气味；含氮量约为46.67%，是固体氮肥中含氮量最高的；密度1.335g/cm3；熔点132.7℃；能溶于水、醇，难溶于乙醚、氯仿；具有吸湿性，易潮解；呈弱碱性。 图1 尿素 图2 尿素的球棍模型图 尿素在酸、碱、酶作用下（酸、碱需加热）能水解生成氨和二氧化碳。 在高温下可进行缩合反应，生成缩二脲、缩三脲和三聚氰酸。 对热不稳定，加热至150~160℃将脱氨成缩二脲。若迅速加热将脱氨而三聚成六元环化合物三聚氰酸。（机理：先脱氨生成异氰酸（HN=C=O），再三聚。） 与乙酰氯或乙酸酐作用可生成乙酰脲与二乙酰脲。 在乙醇钠作用下与丙二酸二乙酯反应生成丙二酰脲（又称巴比妥酸，因其有一定酸性）。 在氨水等碱性催化剂作用下能与甲醛反应，缩聚成脲醛树脂。 与水合肼作用生成氨基脲。 尿素的合成 1773年，鲁爱尔在蒸发人尿时获得了一中白色的结晶物质，因而命名为尿素。 1828年，德国化学家弗里德里希·维勒首次使用无机物质氰酸氨与硫酸铵人工合成了尿素。本来他打算合成氰酸铵，却得到了尿素。尿素的合成揭开了人工合成有机物的序幕。因为在此之前，人们一直坚信着活力论——无机物与有机物有根本性差异，无机物所以无法变成有机物，有机化合物只能由生物的细胞在一种特殊的力量——生命力的作用下产生，人工合成是不可能的。尿素的合成打破了前人有关无机物和有机物界限的传统观点，证明了活力论的错误，证明了无机物也能合成有机物。 由于尿素在生活、生产中有着广泛的应用，需求量大，所以改进、创新尿素的合成方法的工作一直在进行着，1868年，巴扎罗夫提出高压下加热氨基甲酸铵脱水生成尿素的方法；1992年德国法奉公司奥堡工厂实现了以NH3和CO2直接合成尿素的工业化生产，从而奠定了现代工业尿素的生产基础。 实际现在尿素的生产方法有50余种，但实现工业化的只有氰氨化钙（石灰氨）法和氨与CO2直接合成两种方法。下面我们介绍尿素通过液氨和气体二氧化碳来合成的方法。 生产尿素的原料主要是液氨和二氧化碳气体，液氨是合成氨厂的主要产品，二氧化碳气体是合成氨原料气净化的副产品。合成尿素用的液氨要求纯度高于99.5%，油含量小于10PPm,水和惰性物小于0.5%并不含催化剂粉，铁锈等固体杂质.要求二氧化碳的纯度大于98.5%。 一般认为合成尿素的反应是在液相中分两步进行的：第一步，让液氨与二氧化碳在高温、高压作用下生成氨基甲酸铵，即甲铵生成反应 2NH3+ CO2 = NH4COONH2 第二步，甲铵脱水反应得到尿素： NH4COONH2 = CO(NH2)2+H2O 第一步是放热的快速反应，第二步是微吸热反应，反应速度较慢，它是合成尿素过程中的控制反应。总反应为： 2NH3+CO2= CO(NH2)2 +H2O 该反应是放热的可逆反应，其产率受到化学平衡的限制，只能部分的转化为尿素，一般转化率为50～70%。因而，按转化物的循环利用程度，尿素的生产方法可分为不循环法、半循环法和全循环法三种。20世纪60年代以来，全循环法在工业上得到普遍的使用。 全循环法是将未转化成尿素氨和二氧化碳经多段蒸馏和分离后，全部返回合成系统循环利用，原料氨利用率达到97%以上。全循环法尿素主要包括四个基本过程：①氨和二氧化碳的供应及净化；②氨和二氧化碳合成尿素；③未反应物的分离与回收；④尿素溶液的加工。 在尿素生产过程中，主要有两类副反应：尿素缩合反应和水解反应。尿素缩合成缩二脲反应如下： 2CO(NH2)2 = NH2CONHCONH2 + NH3 另一副反应－水解反应 CO (NH2)2 + H2O = 2NH3 + CO2 当温度在60℃以下时，尿素水解缓慢；温度到100℃ 时尿素水解速度明显加快；温度在145℃以上时，水解速度剧增。尿素浓度低时，水解率大。氨也有抑制尿素水解的作用，氨含量高的尿素溶液的水解率低。为了提高产量，要选择适当的条件，抑制副反应的发生。 尿素的应用 全世界每年工业的尿素产量约为十亿吨。我国目前年产量约5700万吨。尿素在生活、生产中有着广泛的应用。尿素最重要的用途是作肥料，它是一种高养分和高效固体氮肥，属中性速效肥料，长期施用不会使土壤发