2.4 化学反应的调控 课件 2024-2025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 化学反应速率与化学平衡 1 PART 01 化学反应的调控 2 01 化学反应的调控 生活、生产的很多方面都需要进行化学反应的调控，接下来我们以工业合成氨生产条件的选择为例，学习化学反应的调控问题。 3 01 化学反应的调控 一、合成氨反应的特点 合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g) 已知298 K时：ΔH＝-92.4 kJ·mol-1，ΔS＝-198.2 J·mol-1·K-1 3.焓变：ΔH＜0，熵变：ΔS＜0。 1.可逆性：反应为可逆反应。 2.体积变化：正反应是气体体积(分子数)缩小的反应。 4.自发性：常温(298 K)下，ΔH-TΔS＜0，能自发进行 4 01 化学反应的调控 一、合成氨反应的特点 思考：如果你是一个合成氨工厂的技术人员，选择合成氨反应条件需要考虑哪些因素？ ①多 ②快 ③好 ④省 ——提高平衡时混合物中氨的含量（从化学平衡角度） ——提高单位时间氨的产量（从化学反应速率角度） ——对环境友好，设备要求低 ——生产成本低，原料利用率高 5 01 化学反应的调控 一、合成氨反应的特点 问题1.如何提高平衡时混合气体中氨的含量？ ①投料比 0 1 2 3 4 5 6 n(H2)/n(N2) 氨气含量 理论上，其他条件一定，当氢气与氮气投料比为3∶1时，平衡时混合气体中氨气的含量最大。 实际生产中，考虑到生产成本及原料循环利用，采用的投料比为2.8∶1 6 01 化学反应的调控 一、合成氨反应的特点 问题1.如何提高平衡时混合气体中氨的含量？ ②温度、压强 温度/℃ 氨的含量/% 0.1MPa 10MPa 20MPa 30MPa 60MPa 100MPa 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 4.5 9.10 13.8 23.1 31.4 压强增大，氨的含量增大 温度升高，氨的含量减小 7 01 化学反应的调控 一、合成氨反应的特点 问题1.如何提高平衡时混合气体中氨的含量？ 条件 选择 反应物浓度 投料比 温度 压强 催化剂 其他措施 增大反应物浓度 n(H2):n(N2)=3:1(实际生产为2.8:1） 低温 高压 无影响 从平衡体系中及时分离出NH3 8 01 化学反应的调控 一、合成氨反应的特点 问题2.如何提高单位时间氨的产量？ 条件 选择 反应物浓度 温度 压强 催化剂 增大浓度 高温 高压 使用正催化剂 9 01 化学反应的调控 一、合成氨反应的特点 条件 提高平衡时氨的含量 提高单位时间氨的产量 反应物浓度 投料比 温度 压强 催化剂 其他措施 增大反应物浓度 n(H2):n(N2)=3:1(实际生产为2.8:1） 低温 高压 无影响 从平衡体系中及时分离出NH3 增大反应物浓度 \ 高温 高压 使用正催化剂 \ 10 01 化学反应的调控 二、合成氨条件的选择 1.压强 在合成氨反应中，压强越大，反应速率越快，平衡时氨的体积分数越大。那实际生产中，压强是不是越大越好呢？ 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。 11 01 化学反应的调控 二、合成氨条件的选择 1.压强 因此，综合考虑生产效率和生产成本，合成氨厂一般采用的压强为10 MPa~30 Mpa。 12 01 化学反应的调控 二、合成氨条件的选择 2.温度 在合成氨反应中，温度越低，平衡混合物中氨的体积分数越高，但温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需要的时间变长，在工业生产中很不经济。 13 01 化学反应的调控 二、合成氨条件的选择 2.温度 因此，综合考虑平衡时氨的体积分数与化学反应速率，在实际生产中一般采用的温度为400~500 ℃。 另外,合成氨所需的催化剂铁触媒在500 ℃左右活性最大，也是合成氨选择400~500℃进行的重要原因。 14 01 化学反应的调控 二、合成氨条件的选择 3.催化剂 即使在高温、高压下，N2和H2的化合反应仍然进行得十分缓慢，通常采用加入催化剂的方法，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发生反应。。 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。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。 使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。 15 01 化学反应的调控 二、合成氨条件的选择 4.其他措施 ②将NH3分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2,使反应物保持一定的浓度，以利于合成氨反应，并提高原料气的利用率，提高经济效益。 ①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。 16 01 化学反应的调控 二、合成氨条件的选择 合成氨条件总结 投料比 压强 温度 催化剂 其他措施 n(H2):n(N2)=2.8:1 10～30 MPa(根据设备条件进一步选择） 400~500℃ 铁触媒 及时分离出氨 N2、H2循环利用 17 01 化学反应的调控 三、合成氨生产流程示意图 18 01 化学反应的调控 四、化学反应的调控 在实际生产中常常需要结合设备条件、安全操作、经济成本等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找适宜的生产条件。此外，还要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。 19 01 化学反应的调控 四、化学反应的调控 例1.钌(Ru)粉主要用于生产钌靶材，而钌靶材是生产计算机硬盘不可替代的材料。以钌废料制备高纯钌粉的流程如下： 已知：含钌废料中钌主要以单质的形式存在，钌在碱性条件下被氯气氧化为RuO4 回答下列问题： (1)钌废料在碱性条件下被氯气氧化的离子方程式:______________________________; (2)钌废料氧化时，随着温度的升高，钌的回收率变化如图所示。综合考虑，确定氧化时的温度以___℃为宜，选择该温度的原因是_________________________________________________________________________________。 Ru+4Cl2+8OH-=RuO4+8Cl-+4H2O 80 温度低于80℃，钌的回收率低，温 度高于80℃，钌的回收率增大不明显，而生产耗能增大 20 PART 02 课堂总结 21 03 课堂总结 这堂课学到了什么？ ①合成氨的反应特点。 ②合成氨反应中化学反应的调控。 22 PART 04 课后作业 23 04 课后作业 24 River Flows In You (Original Mix) - remix Mark Pride Into The Deep Vol.02, track 12 298705.4 XXX - 163 key(Don't modify):L64FU3W4YxX3ZFTmbZ+8/QSenMKRvB//DMc6t1+oyyShzCGLxMZCM993566rnxjz8zyDbBQmyPx7ScpOmY0dEDrj1HdvmgbJTNK+wiXPj8xBWOv7UES8ZwGyz0KaX3H5Sa2dQk4N/IJLioyLSXZ8f2nfKel4k8b9D/iRC6uK2dPRBnalnRq9pOwl5VS1KgCesOvfeCUT3XFlygtJxlpkQRoqJ12DErs6pRL7VKLJTRUy8zt/MzS6M6BBOgGOan2aMESwLftuYqMTS7Kw1jIjcuCJDhRNW8CzpdjHiCrstA+4NJ0OnVQpybLFmDnxCYVsFYN/GN1pqlyQHDkOZB7gx7FnDyDiEeWtP7o2PQiwHSNxMCXU2Bxdf3MNbJqKA06Kr7y3kJk0PffUk6B/rpUfNGvj47sEWkrQ48W+mPyQqdhSbTISWbULhHgMGmpRO1B7AoegD6Un5FHCmGrdvCZNUUw3ooH7VDXzaPTLc1PiVy//uoaH9yMlqXfiHtVteK4H0/1lCzb7mK9Dpx7uEpIrFA== $$