2.4 化学反应的调控-【教学新理念】2024-2025学年高二化学同步授课课件（人教版2019选择性必修1）

高中化学 微课堂 CHEMISTRY 第二章 化学反应速率与化学平衡 2.4.1 化学反应的调控 制尿素 制纯碱 制硝酸 制冷剂 向空气要面包 工业合成氨 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。 思考与讨论 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH = -92.4 kJ·mol-1 （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、提高平衡混合物中氨的含量？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 增大 增大 增大 增大 减小 使用 无影响 思考与讨论 （2）原理分析 下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13）。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。 表2-2：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） 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 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。 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH = -92.4 kJ·mol-1 工业合成氨——压强 目前我国合成氨厂一般采用的压强为10MPa-30MPa。 压强＞30MPa 压强＜10MPa 压强越大，对设备要求越高， 增加成本，降低综合经济效益。 合成氨时减小压强， 平衡左移，氨产量减小 工业合成氨——温度 目前我国合成氨厂一般采用的温度为400℃-500℃。 温度＞500℃ 温度＜400℃ 合成氨时升高温度， 平衡左移，氨产量减小。 温度降低，化学反应速率减小， 达到平衡用时变长， 降低综合经济效益。 工业合成氨——催化剂 目前我国合成氨厂一般采用铁触媒催化剂。 铁触煤催化剂在500℃左右时的活性最大。 工业合成氨——温度 目前我国合成氨厂一般采用的温度为400℃-500℃。 温度＞500℃ 温度＜400℃ 合成氨时升高温度， 平衡左移，氨产量减小。 温度降低，化学反应速率减小， 达到平衡用时变长， 降低综合经济效益。 催化剂 铁触媒催化剂 在400℃-500℃ 活性最大。 工业合成氨——浓度 从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为13时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2的浓度，即N2和H2的物质的量比为12.8时，更能促进氨的合成。 工业合成氨条件选择 温度 400-500℃ 压强 10MPa-30MPa 催化剂 铁触媒 浓度 c(N2)=12.8 干燥净化 压缩机 加压 10MPa-30MPa 热交换 冷却 铁触媒 400-500℃ N2+H2 N2+H2 N2+H2 N2+H2 NH3+N2+H2 液态NH3 NH3+N2+H2 N2+H2 工业选择适宜生产条件的原则 条件 有利于加快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 催化剂 温度 ΔH＜0 ΔH＞0 压强 m+n＜p+q m+n＞p+q c（反应物）↑ c（反应物）↑/ c（生成物）↓ 不断补充反应物，及时分离生成物 / 合适的催化剂 合适的催化剂 高温 高压 高温 低温 高压 低压 兼顾速率、平衡和适合催化剂的温度 兼顾设备条件和适合催化剂的温度 兼顾设备条件，尽量采取高压 兼顾速率和平衡，选择合适的压强 科学·技术·社会 哈伯(德) (1918年) 申请循环法合成氨专利 博施(德) (1931年) 实现了合成氨的工业化 中国科学院大学(2016年) 进一步降低了合成氨的温度和压强 弗兰克(德) (1898年) 氮 气、碳化钙、水蒸气制氨 哈伯－博施合成法 合成氨与两次诺贝尔化学奖 C 课堂练习 1、在合成氨时，要使氨的产率增大，又要使化学反应速率增大，可以采取的措施有（ ） ①增大体积使压强减小 ②减小体积使压强增大 ③升高温度 ④降低温度 ⑤恒温恒容，再充入N2和H2 ⑥恒温恒压，再充入N2和H2 ⑦及时分离产生的NH3 ⑧使用催化剂 A．②④⑤⑦ B．②③④⑤⑦⑧ C．②⑤ D．②③⑤⑧ A 课堂练习 meiyangyang8602 2、如图为工业合成氨的流程图。下列说法正确的是 (　 ) A.步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率,又可以加快反应速率 B.步骤③中反应温度提高至1000 ℃,反应速率加快且催化剂的活性更高 C.步骤③④⑤均有利于提高原料的平衡转化率 D.步骤⑤采用循环操作,主要是为了提高平衡混合物中氨的含量 感谢聆听！ CHEMISTRY $$