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 第二节 化学平衡 2.4 化学反应调控 衡阳市八中高一化学备课组 单慧芳 人工合成氨 N2+3H2 2NH3 高温、高压 催化剂 NO3－ 用空气制造面包的圣人——弗里茨·哈伯因发明用氮气和氢气合成氨的方法获得1918年诺贝尔化学奖 如何从空气制得面包？ 哈伯 （1918年） 合成氨的基础开发工作 合成氨与三次诺贝尔化学奖 博施 （1931年） 实现了合成氨的工业化 埃特尔 （2007年） 揭开了合成氨的反应机理 卡尔 ·博施 格哈德·埃特尔 弗里茨·哈伯 阅读课本P47科学·技术·社会 合成氨—实验室研究与工业化生产 第四，不断进行技术创新。生产中的工艺或方法不是一成不变的，随着时代的发展、各种技术也要不断创新，合成氨研发的历史中，特别是诺贝尔化学奖三次授予了与合成氨有关的科学家就证明了这一点。哈伯（1918年获奖）只是完成了合成氨的基础开发工作，1931年获奖的博施实现了合成氨的工业化，2007年埃特尔获奖的原因则是揭开了合成氨反应历程的“天机”。 工业合成氨的发展 阅读课本P47科学·技术·社会 合成氨—实验室研究与工业化生产 氮短缺事关人类的存亡，某一天将会有一位化学家寻找出一种方法，将成对的氮原子间三键打破，制出一种能为植物吸收的氮的化合物。 ——威廉∙克鲁克斯（英国） 学习目标 1、认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要意义，能讨论化学反应条件的选择和优化。 2、能从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。 1.反应原理： 2.反应特点 (1)可逆性：反应为 反应。 (2)熵变：ΔS 0，正反应是气体体积 的反应。 (3)焓变：ΔH 0，是 反应。 一、合成氨反应条件的原理分析： 可逆 < 缩小 < 放热 (4)该反应的自发性如何？ N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g) △H＝－92.2kJ•mol-1 ∆S＝－198.2J•K-1•mol-1 请根据反应的焓变和熵变分析在298K时合成氨反应能否正向自发进行？ △ G=△H－T△S = －33.14 kJ·mol－1＜0，可以自发 查表：K(298K)=4 × 106，接近完全 3、反应条件的选择 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 标准：增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量 一、合成氨反应条件的原理分析 课本P44思考与讨论： 温度/℃ 氨的含量/% 0.1MPa 10 MPa 20 MPa 30 MPa 60 MPa 100 MPa 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4 温度升高，氨的含量降低，产率减小，但反应速率快。 压强增大，氨的含量提高，产率增加，反应速率也快。 二、合成氨反应的实验数据分析： 思考：依据理论分析和实验室数据分析，发现在较低温和较高压的条件下可以得到平衡时较高的氨的含量。在实际的工业生产过程中是否完全按照这个条件进行？ 工业生成需要考虑的问题 速率 产率 经济 成本 设备 条件 安全条件 1、压强 但是对材料的强度和设备的 制造要求也越高， 需要的动力也越大， 这将会大大增加生产投资， 并可能降低综合经济效益。 目前，我国的合成氨厂 一般采用的压强为10～30MPa 压强越大，速率、转化率都大 综合分析 三、工业合成氨反应条件的控制： N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g) △H＝－92.2kJ•mol-1 2、温度 综合分析 低温能提高平衡转化率，但速率慢，到达平衡时间长，经济效益差， 高温温能提高速率，但转化率小，且催化剂在500 ℃时活性最大 目前，一般采用的温度为400 ~ 500 ℃ 三、工业合成氨反应条件的控制： N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g) △H＝－92.2kJ•mol-1 3、催化剂 催化剂，改变反应历程，降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快地进行反应。 弗里茨·哈伯：锇或用铀—碳化铀作催化剂 锇：效果好，但储量