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 第二章 化学反应速率与化学平衡 吃吃喝喝，星辰大海 1 化学反应的调控，就是通过改变反应条件，使一个可能发生的反应按照某一方向进行。 化学反应 反应的快慢和历程 反应的趋势和限度 提高综合经济效益 理论 实际 单位时间里提高合成氨的产量 （从化学反应的速率考虑） 提高平衡混合物中氨的含量 （从化学平衡的移动考虑） 从生产成本、动力、材料、设备等对上述理论探讨进一步论证，以得出合理的结论。 4 浓度、温度、压强(含气体的反应)、催化剂、反应物接触面积等。 2、影响化学平衡移动的因素有哪些？ 浓度、压强、温度 勒夏特列原理：如果改变影响平衡的一个条件（如温度、压强及参加反应的物质的浓度等），平衡就向着能够减弱这种改变的方向移动。 1、影响化学反应速率的因素有哪些？ 5 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。 (1)可逆性：反应为 反应。 (2)熵变：ΔS 0，正反应是气体体积 的反应。 (3)焓变：ΔH 0，是 反应。 (4)自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS 0，能自发进行。 < 可逆 < 缩小 < 放热 1.合成氨反应的特点 一、合成氨条件的理论选择 一、合成氨条件的理论选择 2.数据分析 温度升高，氨的含量降低 压强增大，氨的含量增大 N2(g)＋3H2(g)　　2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1 阅读课本47页表2-2，推理温度、压强与氨的含量的关系。 一、合成氨条件的理论选择 3.原理分析 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 压强 _________ _________ 温度 _________ _________ 催化剂 _____ _______ 浓度 反应物浓度 反应物浓度， 生成物浓度 增大压强 增大压强 升高温度 降低温度 使用 无影响 增大 增大 降低 矛盾 一致 N2(g)＋3H2(g)　　2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1 二、工业合成氨的适宜条件 ①原理分析： 。 ②选用条件：目前，我国合成氨厂一般采用的压强为 MPa。 ③合成氨时不采用更高压强的理由：_______________________________ ___________________________________________________________________________________。 压强越大越好 10～30 压强越大，对材料的强度和设备的 制造要求就越高，需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益 1.问题讨论 (1)压强 二、工业合成氨的适宜条件 ①原理分析： 有利于提高原料的平衡转化率。 ②选用条件：目前，在实际生产中一般采用的温度为 ℃。 ③不采用低温的理由：___________________________________________ 。 合成氨反应一般选择400～500 ℃进行的又一重要原因为______________ 。 低温 400～500 温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需 时间变长，这在工业生产中是很不经济的 铁触媒在500℃ 左右时的活性最大 (2)温度 二、工业合成氨的适宜条件 ①原理分析：即使在高温、高压下，N2和H2的化合反应仍然进行得十分 。 ②选用条件：通常采用加入以 的多成分催化剂，又称 。 ③选择催化剂的理由：___________________________________________ 。 另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过 。 缓慢 铁为主体 铁触媒 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 净化 (3)催化剂 催化剂中毒：因吸附或沉积毒物而使催化剂活性降低或丧失的过程。 二、工业合成氨的适宜条件 ①原理分析：在500 ℃和30 MPa时，合成氨平衡混合物中NH3的体积分数也只有26.4%，即平衡时N2和H2的转化率 。 ②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；应将NH3分离后的原料气 ，并及时_______ ，使反应物保持一定的浓度。 ③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。 仍不够高 迅速冷却 循环使用 补充N2 和H2 生成NH3的方向 利用率 速率 (4)浓度 外部条件 工业合成氨的适宜条件 压强 MPa 温度 ℃ 催化剂 使用 作催化剂 浓度 小结：工业合成氨的适宜条件 10～30 400～500 铁触媒 液化氨并及时分离，补充原料气并循环利用 [ n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8 ] 合成氨的工艺流程： 浓度 温度 压强 催化剂 化学反应速率和限度 分析角度 原则要求 从化学反应速率分析 既不能过快，又不能太慢 从化学平衡移动分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的 一致性，又要注意二者影响的矛盾性 从原料的利用率分析 增加易得廉价原料，提高难得高价原料 的利用率，从而降低生产成本 从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压能力等 从催化剂的使用活性分析 注意催化剂的活性对温度的限制 小结：选择工业生产适宜条件的分析角度及原则 绿色化学、对环境友好 环保、社会经济效益分析 1.在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3： (已知：催化剂是V2O5，在400～ 500 ℃时催化剂效果最好)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。 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 应用体验 (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，应选择的条件是________________。 (2)在实际生产中，选定的温度为400～500 ℃，原因是________________ ______________________________________________________________________________________________。 450 ℃、10 MPa 在此温度下，催 化剂活性最高。温度较低，会使反应速率减小，达到平衡所需时间变长；温度较高，SO2转化率会降低 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 (3)在实际生产中，采用的压强为常压，原因是______________________ ____________________________________________________________________________________________________________。 (4)在实际生产中，通入过量的空气，原因是________________________ _____________________。 在常压下SO2的转化率就 已经很高了(97.5%)，若采用高压，平衡能向右移动，但效果并不明显，且采用高压时会增大对设备的要求而增大生产成本 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 增大反应物O2的浓度，有 利于提高SO2的转化率 (5)尾气中SO2必须回收，原因是___________________________________ _________________。 防止污染环境；循环利用，提高原料的 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 利用率(合理即可) 哈伯(德)（1918年） 氮气、氢气合成氨 合成氨与三次诺贝尔化学奖 博施(德) （1931年） 实现了合成氨的工业化 埃特尔(德) （2007年） 揭开了合成氨的“机理” “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 。 弗兰克(德)（1898年） 氮气、碳化钙(CaC2)、水蒸气制氨 哈伯－博施合成法 【拓展】 埃特尔合成氨催化剂表面化学过程模型 合成氨机理图 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ① ② ⑥ ③ ④ ⑤ ① N2 (g)+ H2 (g)= N2 (吸)+ H2(吸) ② N2 (吸)+ H2(吸) =N(吸)+3H(吸) ③N(吸)+3H(吸) =NH(吸)+ 2H(吸) ④NH (吸)+2H(吸) =NH2(吸)+ H(吸) ⑤NH2 (吸)+H(吸) =NH3(吸) ⑥NH3 (吸)=NH3(g) （决速步骤，活化能最大） （吸附） （解吸） N2 (g)+ H2 (g)= NH3(g) ∆H=-46kJ/mol 总反应： (1)在合成氨中，为增加H2的转化率，充入的N2越多越好(　　) (2)工业合成氨的反应是ΔH<0、ΔS<0的反应，在任何温度下都可自发进行(　　) (3)使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去，可提高原料的利用率(　　) (4)在工业生产条件优化时，只考虑经济性就行，不用考虑环保(　　) (5)合成氨反应选择在400～500 ℃进行的重要原因是催化剂在500 ℃左右时的活性最大(　　) × × √ 正误判断 × √ 应用体验 1.下列有关合成氨工业的说法正确的是 A.N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的 　合成 B.恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成 C.工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行 D.工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在常温时可自发进行 √ $$