2.4化学反应的调控 课件 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第二章第四节 化学反应的调控 1 核心素养发展目标 1.变化观念与平衡思想：知道如何应用化学反应速率和化学平衡分 析合成氨的适宜条件，体会应用化学原理分析化工生产条件的思 路和方法。 2.科学态度与社会责任：认识化学反应速率和化学平衡的调控在工 业生产中的重要应用，探索最适宜的化工生产条件。 2 绵延不断的战争 瘟疫等自然灾害 粮食产量低，不能解决温饱问题 1900年以后，世界人口快速增长 1800年以前，世界人口增速缓慢 ？ 新的氮肥 医疗水平低下 3 氧化法 N2(g)＋O2(g) 2NO(g)　 还原法 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) 298K K＝3.8×10-31　 298K K=5.0×108 思考：选用哪种方法固氮？ 通过对比，合成氨是可行的 N2 NO NO2 HNO3 硝酸盐 N2 NH3 铵盐 4 1918年，德国化学家弗里茨·哈伯，研究从单质氮气合成氨而获奖 1931年，德国化学家卡尔·博施发展合成氨化学高压技术而获奖 2007年德国化学家格哈德·埃特尔由于他的固体表面化学反应的研究而获奖 5 哈伯合成氨实验装置 压强：17.5 —20MPa 温度：500— 600 °C 催化剂：锇金属 氨的含量：6% 用空气制造面包的圣人 6 任务一：如何提高合成氨中，平衡混合物中氨的百分含量？ 化学平衡角度 化学反应速率角度 7 1.合成氨反应的特点： 合成氨反应N2(g)＋3H2(g) =2NH3(g)。已知298K时： ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。 常温(298 K)下，ΔG = ΔH－TΔS <0，能自发进行。 一、合成氨原理分析 ①放热反应 ②熵减小的反应 体积缩小的反应 ③ΔH <0 ΔS <0 低温能自发进行 8 对合成氨反应得影响 影响因素 浓度 温度 压强 催化剂 提高平衡混合物中氨的含量 2.原理分析：根据合成氨反应的特点，如何选择反应条件，提高平衡混合物中氨的含量？ 增大压强 及时移走生成物氨气 n(N2):n(H2) 1:3 降低温度 无影响 ≈ 任务二：如何验证理论的真实性？ 设计实验 控制单一变量 1.压强 ①理论分析：根据合成氨反应的特点， 压强越大越有利于合成氨，能提高平衡 混合物中氨的百分含量 ②实验分析：与理论一致 二、合成氨实验分析 控制变量n(N2):n(H2) 1:3 400°C ≈ 11 2.温度 ①理论分析：根据合成氨反应的特点， 低温有利于提高原料的平衡转化率， 能提高平衡混合物中氨的百分含量 ②实验分析：与理论一致 控制变量n(N2):n(H2) 1:3 10MPa ≈ 3.浓度 理论分析：增大反应物浓度，及时移走生成物有利于合成氨（n(N2):n(H2) 1:3） 实验分析：与理论一致 ≈ 从化学平衡角度，合成氨的适宜条件 浓度 及时移走生成物氨气，n(N2):n(H2) 1:3 低温 高压 ≈ 三、从化学反应速率考虑合成氨 有利于加快合成氨速率的因素 对合成氨反应得影响 影响因素 浓度 温度 压强 催化剂 增大合成氨的反应速率 增大反应物的浓度 升高温度 增大压强 合适的催化剂 对合成氨反应得影响 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 升高温度 增大压强 使用合适催化剂 n(N2):n(H2) 1:3 移走生成物氨气 降低温度 增大压强 任务三：根据合成氨反应的特点，如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量？ ≈ 综合考虑（合成氨反应速率及平衡时氨的含量） 1.压强 10-30MPa 设备的承压能力，安全操作 2.催化剂 铁触媒 降低合成氨反应的活化能，加快反应速率 3.温度 400-500℃ 催化剂的活性最强 条件 活化能KJ/mol K (催)/K（无） 无催化剂 335 3.4×1012 (700K） 铁触媒催化剂 167 温度/℃ 氨的含量/% 0.1MPa 10MPa 20MPa 30MPa 60MPa 100MPa 200 15.3 81.3 86.4 89