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 化学反应速率与化学平衡 第四节 化学反应的调控 1 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 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。 工业合成氨 298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。 根据上一节的内容，工业合成氨这一反应能否自发进行？ ΔH－TΔS<0，能自发进行 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 降低 增大 增大 升高 增大 增大 √ × 寻找工业合成氨的适宜条件 温度与压强最佳条件下，混合物中氨的含量仍不高？ 温度/℃ 氨的含量/% 0.1 MPa 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 将氨及时分离出来，原料气循环使用 ①压强 从化学反应速率与化学平衡考虑，都是压强越大越好。 综合成本与设备耐压： 10 MPa~30 MPa ①压强 从化学反应速率与化学平衡考虑，都是压强越大越好。 综合成本与设备耐压： 10 MPa~30 MPa ②催化剂 哈伯： 锇（剧毒）作催化剂 、17.5 MPa~20.0 MPa、500~600 ℃ 、氨含量6% 博施： 铁作催化剂 、开发了适合高温、高压下的合成设备、设计了获得大量廉价原料气的方法 埃特尔：在合成氨反应初期，氮、氢分子被吸附在铁催化剂表面。 ①压强 从化学反应速率与化学平衡考虑，都是压强越大越好。 综合成本与设备耐压： 10 MPa~30 MPa ②催化剂 增大化学反应速率，不改变平衡混合物的组成。 现在常用铁，其活性最好的温度为500 ℃左右。 “合成氨”里的中国人：2016年中科院大连化学物理研究所研究团队研制合成了一种新型催化剂，将合成氨的温度、压强分别降到了350 ℃、1 MPa 。 ③温度 低温可以提高平衡混合物中氨的含量，但低温会减小化学反应速率。 综合考虑，特别是考虑催化剂的活性，一般400~500 ℃ ①压强 从化学反应速率与化学平衡考虑，都是压强越大越好。 综合成本与设备耐压： 10 MPa~30 MPa ②催化剂 增大化学反应速率，不改变平衡混合物的组成。 现在常用铁，其活性最好的温度为500 ℃左右。 ③温度 低温可以提高平衡混合物中氨的含量，但低温会减小化学反应速率。 综合考虑，特别是考虑催化剂的活性，一般400~500 ℃ 工业合成氨的适宜条件 1．问题讨论 (1)压强：目前，我国的合成氨厂一般采用的压强为10 MPa～30 MPa，不采用更高压强的理由是______________________________ _______________________________。 (2)温度：升高温度能提高化学反应速率，但工业合成氨温度不能太高的理由是 ①___________________________________________。 ②_____________________________________________________。 压强越大，对材料的强度和设备的 制造要求越高，需要的动力也越大 合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率降低 400～500 ℃催化剂活性最大，升高温度，催化剂活性减弱 (3)催化剂：以___为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。原料气必须经过净化，防止___________。 (4)浓度 ①采取的措施：采取_________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；将NH3分离后的原料气_________，并及时___________，使反应物保持一定的浓度。 ②采取该措施的理由：分离出NH3以促使平衡向_____________移动，此外，原料气的循环使用并及时补充原料气，既提高了原料的_______，又提高了反应_____，有利于合成氨反应。 铁 催化剂中毒 迅速冷却 循环利用 补充N2和H2 合成氨的方向 利用率 速率 工业合成氨的适宜条件 外部条件 工业合成氨的适宜条件 压强 根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强(10 MPa～30 MPa) 温度 适宜温度，400～500 ℃ 催化剂 使用铁触媒做催化剂 浓度 使氨液化并及时分离，循环利用原料气 工业生产中，必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。 1．某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g)⥫⥬2M(g)　ΔH<0。下列有关该工业生产的说法正确的是(　　) 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 D 2．纳米钴常用于CO加氢反应的催化剂：CO(g)＋3H2(g)⥫⥬CH4(g)＋H2O(g)　ΔH＜0。下列说法正确的是 (　　) A．纳米技术的应用，优化了催化剂的性能，提高了反应物的转化率 B．缩小容器容积，平衡向正反应方向移动，CO的浓度增大 C．从平衡体系中分离出H2O(g)，能加快正反应速率 D．工业生产中采用高温条件，其目的是提高CO的平衡转化率 B 3．工业上合成氨一般采用700 K左右的温度，其原因是(　　) ①适当提高合成氨的速率 ②提高H2的转化率 ③提高氨的产率 ④催化剂在700 K时活性最大 A．①③ B．①② C．②③④ D．①④ D 4．工业生产苯乙烯是利用乙苯的脱氢反应： 针对上述反应，在其他条件不变时，下列说法正确的是(　　) A．加入适当催化剂，可以提高苯乙烯的产量 B．仅从平衡移动的角度分析，工业生产苯乙烯选择恒压条件优于恒容条件 C．加入乙苯至反应达到化学平衡的过程中，混合气体的平均相对分子质量不断增大 D．在保持容积一定的条件下，充入较多的乙苯，可以提高乙苯的转化率 B 5．在密闭容器中，一定条件下，进行如下反应：NO(g)＋CO(g) ⥫⥬N2(g)＋CO2(g)　ΔH＝－373.2 kJ·mol-1，达到平衡后，为提高该反应的速率和NO的转化率，采取最好的措施是(　　) A．加催化剂同时升高温度 B．加催化剂同时增大压强 C．升高温度同时充入N2 D．升高温度同时增大压强 B 6．合成氨工业的原料气中含有少量CO，CO会使催化剂失去催化能力(催化剂中毒)，因此，在进入合成塔前必须将其除去。一般用醋酸二氨合铜溶液来吸收原料气中的CO，其反应为Cu(NH3)2Ac(aq)＋CO(g)＋NH3(g)⥫⥬[Cu(NH3)3CO]Ac(aq)　ΔH＜0。 (1)醋酸二氨合铜吸收CO的生产适宜条件是______________。 (2)吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过处理后可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用，溶液再生的生产适宜条件是______________。 低温、高压 高温、低压 $$