2.4化学反的应调控 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 西安市育才中学 陈萍 选择性必修一 1 【课程标准要求】 　 1.认识对化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究领域中的重要作用。 2.以工业合成氨为例，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。 3.能利用温度、浓度、压强和催化剂等条件对化学反应的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题，能讨论化学反应条件的选择和优化。 新课导入 我们对化学反应的调控并不陌生。 我们对化学反应的调控并不陌生。 例如，为了延长食物储存时间，可以将它们保存在冰箱中。 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； 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 制纯碱 制硝酸 制冷剂 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。 5 1．反应的化学方程式 工业合成氨反应的化学方程式： 2．反应的特点 (1) 反应； (2) 反应； (3)气体分子总数 的反应。 (4)反应条件： 可逆 放热 减小 环节一、归纳合成氨的反应原理及反应特点 N 2+3H2 2NH3 ∆H＝﹣92.4kJ/mol 高温高压，添加催化剂 6 请思考：如果你是一位合成氨企业的负责人，立足生产环节，为了提高企业效益，你要从哪些角度考虑改进？ 产品生产的更快 产品生产的更多 化学反应速率 化学平衡 7 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 综合结果 压强 温度 催化剂 浓度 环节二：提高合成氨反应速率和平衡转化率的条件比较 高压 高压 高压 高温 低温 ？ 使用 无影响 使用 增大反应物浓度 增大反应物浓度，降低生成物浓度 增大反应物浓度，且不断减少生成物浓度 N 2+3H2 2NH3 ∆H＝﹣92.4kJ/mol 8 查阅资料：请选择合成氨生产适宜的温度和压强 1.实际生产中，太大的压强需要的动力就大，对设备要求也会增高，这就增加了生产成本。 2. 铁触媒做催化剂，400-500 ℃时活性最大。 9 环节三：工业合成氮的适宜条件的归纳 外部条件 工业合成氨的适宜条件 压强 温度 催化剂 浓度 根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强（10~30 MPa） 适宜温度，400~500℃左右 使用铁触媒做催化剂 ？ 增大反应物浓度，且不断减少生成物浓度 10 环节四、了解合成氨的生产流程 11 环节五：工业合成氨的适宜条件的细化 外部条件 工业合成氨的适宜条件 压强 温度 催化剂 浓度 根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强（10~30 MPa） 适宜温度，400~500℃左右 使用铁触媒做催化剂 N2和H2的物质的量之比为1∶2.8的投料比，氨及时从混合气中分离出去 ? 12 (1)参加反应的物质的组成、结构和性质等本身因素； 1．影响化学反应进行的因素 (2)温度、压强、浓度、催化剂等反应条件。 小结：化学反应的调控 2．思考角度 13 3．考虑实际因素 a.结合设备条件、安全操作、经济成本(原料、设备)等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找合适的生产条件。 b.根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析，权衡利弊，才能实施生产。 14 外界 条件 有利于增大反应速率的条件控制 有利于平衡正向移动 的条件控制 综合分析结果 浓度 增大反应物的浓度 增大反应物的浓度、减小生成物的浓度 不断地补充反应物、及时地分离出生成物 催化剂 加合适的催化剂 不需要 加合适的催化剂 温度 高温 ΔH<0 低温 兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度 ΔH>0 高温 在设备条件允许的前提下，尽量采取高温并考虑催化剂的活性 压强 高压 (有气体参加) 反应后气体体积减小的反应 高压 在设备条件允许的前提下，尽量采取高压 反应后气体体积增大的反应 低压 兼顾速率和平衡，选取适宜的压强 工业生产中选择适宜生产条件的原则 15 合成氨催化剂的选择 德国化学家博施 据统计，约90%以上的化学工业过程中都使用催化剂。合成氨需要用到催化剂铁触媒，为了寻找合适的催化剂，博施及其研究组进行了大量的试验，一直到1922年，共进行了超过2 500 种配方的20 000 多次试验，终于筛选出了合成氨工业用催化剂。尽管后来不断地改进，但这种类型的催化剂一直沿用至今。 2016 年，中国科学院大连化学物理研究所的研究团队研制了一种新型催化剂，将合成氨的温度、压强分别降到了350 ℃、1 MPa，这是近年来合成氨反应研究中的重要突破，为发展更加节能的催化剂提供了新的思路。 可见，催化剂在工业生产及能源问题中发挥着巨大作用。 拓展阅读 16 (1) 从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能多地转化为三氧化硫，应采取的方法 有 。 降低温度； 1．(教材49页，3.)在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3，2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) Δ H ＝﹣199.6 kJ/mol。 下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率。 增大氧气浓度、减小三氧化硫浓度； 增大压强 温度/℃ 平衡时SO2的转化率% 0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 效果反馈 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) Δ H ＝﹣199.6 kJ/mol 温度/℃ 平衡时SO2的转化率% 0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 (2) 在实际生产中，选定的温度为400~500 ℃原因是 。 (3) 在实际生产中，釆用的压强为常压，原因是 。 催化剂在此温度下活性较大，利于加快化学反应速率 在常压下SO2的转化率比较高，如果再加压，对材料的强度和设备的制造要求提高 18 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) Δ H ＝﹣199.6 kJ/mol 温度/℃ 平衡时SO2的转化率% 0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 (4) 在实际生产中，通入过量的空气，原因是 。 (5) 尾气中的SO2必须回收，原因是 。 提高二氧化硫的转化率 防止形成酸雨，污染空气； 资源再利用 19 完成书后习题49页，第1、2、5题 拓展提升 1．关注我国合成氨工业的发展情况，绘制一张对应的工业流程简图； 夯实基础 2．搜集资料，了解合成氨工业催化剂的发展历程； 3．提出“珍惜粮食、拒绝浪费”的具体建议。 课后作业 本节内容结束! 再见！ 21 $$