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

第四节 化学反应的调控 化学反应速率与化学平衡 1 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作用。 2.应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件，了解合成氨生产的主要流程。(重点）。 3.合成氨反应中化学反应速率和化学平衡的综合调控。（难点） 学习目标 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。 这些是生活中对化学反应的调控，实际对化学反应的调控在工业上的应用更为广泛，我们以工业合成氨生产条件的为例，来进行研究。 导（3min） 学＋助（4＋5min） 1.阅读课本46-47页，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？（自主，事实） 2.如何提高平衡时混合气体中氨的含量？（合作，概念） 3.如何提高单位时间氨的产量？（合作，事实） 4.阅读课本47-49页，总结从压强、温度、催化剂等角度选择工业上合成氨的最佳条件？（自主，事实） 5.阅读49页，了解合成氨的工业流程并分析各流程的目的和作用？（合作，概念） 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 展（10min） 5 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 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？ 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 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？ 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 8 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 9 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 10 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 \ 11 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。 评（10min） 12 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。 13 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。 14 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。 15 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。 16 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。 17 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 18 三、合成氨生产流程示意图 评（10min） 19 合成氨的工艺流程 除去水蒸气及其他杂质 增大压强 预热 氨适时分离 循环 循环 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。 21 化学反应的调控 可行性 分析 分析 调控方法 实验摸索 选取恰当的反应 考虑参加反应的物质 、 和 等本身因素 组成 结构 性质 原理分析： 化学平衡 反应速率 尽量增大______，充分利用原料 转化率 选择较快的________ 反应速率 确定最佳条件 设备要求、 安全操作 经济成本 课堂小结 测（2min） √ 01 √ 测（2min） 练 必做：课时作业十二1-12 选做：课时作业13、14 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== 解析　合成氨中氢气与氮气在一定条件下反应生成氨气，该反应为可逆反应，为提高氮气和氢气的利用率，将产物中氨气液化，再将未反应完的氮气和氢气通入合成塔中，进行循环利用，故答案选B。 1．合成氨工业中采用循环操作(如图)，主要是为了(　　) A．降低氨的沸点 B．提高氮气和氢气的利用率 C．提高平衡混合物中氨的含量 D．增大化学反应速率 2．某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g) A．工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成 B．若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B以提高A和B的转化率 C．工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高 D．工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高M的日产量 解析　高压有利于反应正向进行，但增大压强对设备的要求大，成本高，若反应在常压下转化率已很高，就没必要采用高压；加入过量B只能提高A的转化率，B的转化率降低；温度升高，平衡逆向移动，反应物的转化率降低；使用催化剂可降低反应的活化能，提高反应速率。 $$