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 化学反应速率与化学平衡 第四节 化学反应的调控 学习目标 1.知道如何应用化学反应速率和化学平衡原理，掌握合成氨工业中温度、压强、浓度、催化剂选择的原因。(变化观念与平衡思想) 2.结合工业生产实际，了解化工条件的选择。(证据推理与模型认知) 3.通过工业合成氨适宜条件的选择与优化，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作用(科学态度与社会责任) 我们对化学反应的调控并不陌生，例如，为了灭火，可以采取隔离可燃物、隔绝空气或降低温度等措施；为了延长食物储存时间，可以将它们保存在冰箱中。 新课导入 3 新课讲授 合成氨的反应历程 N2 ＋3H2 2NH3 4 课内探究 1.合成氨条件的选择 （1）合成氨反应的特点 ①可逆性：反应为可逆反应。 ②体积变化：正反应是气体体积缩小的反应。 ③焓变：ΔH<0，熵变：ΔS<0。 ④自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。 合成氨反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1， ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。 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 升高 增大 加快 增大 降低 增大 无影响 思考与讨论 （2）原理分析 思考与讨论 （3）数据分析 表中的实验数据是在不同温度、压强下，平衡混合物中氨的含量的变化情况(初始时氮气和氢气的体积比是1:3)。 分析表中数据，结合合成氨反应的特点，讨论应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量。 思考与讨论 温度/℃ 氨的含量/100% 0.1MPa 10MPa 20MPa 30MPa 60MPa 100MPa 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.20 52 64.2 71 84.2 92.6 400 0.4 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.1 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.5 9.1 13.8 23.1 31.4 不同条件下，合成氨反应达到化学平衡时反应混合物中氨的含量(体积分数) 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。 思考与讨论 请思考在实际生产中到底选择哪些适宜的条件呢？ 影响因素 化学反应速率 平衡混合物中氨的含量 温度 压强 催化剂 升高 降低 增大 减小 减小 增大 增大 加快 增大 减小 减小 减小 使用 增大 不变 减小 不使用 不变 （1）压强：合成氨厂一般采用的压强为10 MPa~30 Mpa。  1.合成氨时压强越大越好，为何不采用比30 MPa更大的压强? 提示：压强越大，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，这会加大生产投资，可能降低综合经济效益。 压强的选择——成本与效益的博弈 课内探究 2. 工业合成氨的适宜条件 氨的体积分数/% 0 压强/MPa 20 40 60 80 100 80 60 40 20 400℃时平衡体系内氨的体积分数 （2）温度： 一般采用的温度为400~500 ℃ 2.合成氨采用低温时可提高转化率，但为何未采用更低的温度? 温度的选择—快与少、慢与多的权衡 提示：温度太低，反应速率太小，达到平衡所需的时间变长，不经济。升高温度，转化率降低，另外，合成氨所需的催化剂铁触媒的活性在500 ℃左右活性最大。 课内探究 氨的体积分数/% 0 温度/℃ 200 300 400 500 600 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 10MPa下平衡体系内氨的体积分数 课内探究 （3）催化剂： 目前，合成氨工业中普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。铁触媒在500℃左右时的活性最大，这也是合成氨一般选择400~500℃进行的重要原因。另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化。 课内探究 （4）浓度： 采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去，以促使化学平衡向生成NH3的方向移动。此外，如果让N2和H2的混合气体只一次通过合成塔发生反应也是很不经济的，