2.4 化学反应的调控-【精美课件】2023-2024学年高二化学同步精美课件（人教版2019选择性必修1）

新 教 材 第二章 化学反应速率与化学平衡 化学反应的调控 第四节 合成氨条件的选择 ——化学反应速率和化学平衡的应用 工业生产硫酸中反应条件的控制 1.知道如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件。 2.初步掌握应用化学原理选择化工生产条件的思想和方法。 学习目标 合成氨的发展 我国合成氨工业的发展是在20 世纪30 年代开始的，经过几十年的不懈奋斗和发展，我国已经拥有了许多不同流程、不同规模的合成氨工厂。我国目前拥有了一支能够进行合成氨生产的科研等方面的研究技术团队，让我国已成为世界上最大的合成氨生产国，产量约占世界总产量的1/3。 3 合成氨工业是关系我国国民经济的重要行业，是我国化肥工业的基础，也是传统煤化工的重要组成部分。氨是重要的化工原料，主要用于制造氮肥、硝酸、丁腈橡胶等；氨在冶金、机械加工、电子、造纸等行业用途广泛。 合成氨的应用 制尿素 制硝酸 制冷剂 合成氨的反应历程 N2 ＋3H2 2NH3 5 化工生产过程中的基本问题？ 综合经济效益 环境保护 工艺流程 设备结构 能源消耗 原料选择 化学反应原理 问题一：工业上合成氨，主要要考虑哪些因素？ 1.速度要快，原料的利用率要高，单位时间的产量要高. 经济效益和社会效益 化学反应速率的问题 化学平衡问题 2.还要考虑生产中的消耗能源，原料，设备条件等因素。 一、合成氨的适宜条件的选择 （1）原理分析 根据合成氨反应的特点，应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中按的含量？请填入下表 对合成氨反应的影响 影 响 因 素 浓度 温度 压强 催化剂 增大合成氨的反应速率 提高平衡混合物中氨的含量 增大反应物浓度 增大反应物浓度 升高温度 降低温度 增大压强 增大压强 使用催化剂 无影响 思考与讨论P44 N2+3H2 2NH3 ∆H<0 →综合上述两个方面、分析增大合成氨的反应速率与提高平衡混合物中氨的含量所应采取的措施是否一致。 1、压强怎么选？ 分析：①合成氨反应是体积缩小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能提高平衡混合物中氨的含量，所以理论上压强越大越好。 N2+3H2 2NH3 ∆H<0 ②但是压强越大，对设备的要求高、压缩H2和N2所需要的动力也大。 因此应该适当高压 综合以上两点，实际生产中压强一般选择在10～30MPa之间。 压强的选择----成本与效益的博弈 1、压强怎么选？ 分析：①合成氨反应是体积缩小的气体反应，增大压强既可以增大反应速率，又能提高平衡混合物中氨的含量，所以理论上压强越大越好。 N2+3H2 2NH3 ∆H<0 2、温度怎么选择？ ①因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量。 N2+3H2 2NH3 ∆H<0 ②可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长 因此温度也不宜太低。 ③催化剂要在一定温度下效果最好。 综合以上因素，实际生产中温度一般选择在400～500℃左右 判断：选择400～500℃作为合成氨的温度可用勒夏特烈原理解释 Ⅹ 温度的选择----快与少、慢与多的权衡 2、温度怎么选择？ ①因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量。 N2+3H2 2NH3 ∆H<0 3、用不用催化剂？ 使用催化剂能否提高合成氨的转化率？ 使用催化剂对反应速率有何影响？ 实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂(铁触媒)，它在500℃时活性较高。 ∴ 要使用合适的催化剂 不能 能加快反应速率，提高生产效率 判断：选择铁触媒作为合成氨的催化剂可用勒夏特烈原理解释 Ⅹ N2+3H2 2NH3 ∆H<0 4、浓度怎么定？H2和N2的比例怎么定？ 因此，可以用保持一定的N2、H2浓度，减少NH3的浓度的方法，提高合成氨的效率和产量。 实际生产中的处理方法： 增大反应物的浓度可以增大反应速率，促进平衡正向移动 减小生成物的浓度可以使平衡正向移动 及时将气态氨冷却液化而分离出去； 及时补充氮气和氢气并循环利用，使其保持一定的浓度。 [n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8] N2+3H2 2NH3 ∆H<0 N2+3H2 2NH3 归纳总结：工业合成氨的最佳条件 1)浓度： 2)温度： 3)压强: 4)催化剂： 使用过量的N2或及时分离平衡混合气中的氨。 400-500℃左