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

化学反应的调控 人教版化学 选择性必修1 第二章 第四节 鼓风加快物质燃烧 降温延长食物储存时间 降低温度以此灭火 生活中我们对化学反应的调控示例 化工生产中，对化学反应的调控，应该注意哪些问题呢？ 新课导入 下面我们以工业合成氨生产条件的选择为例，研究化学反应的调控问题。 知识梳理 1908年7月，哈伯在实验室用氮气和氢气在600 ℃、20 MPa下得到了氨，但是产率极低，只有6% 合成氨开端 哈伯合成氨所用装置 合成氨发展历程及重要节点 知识梳理 合成氨的确... text has been truncated due to evaluation version limitation. 4 1874年，卡尔·博施生于德国科隆。24岁时毕业于莱比锡大学，获有机化学博士学位。1908年～1913年，卡尔·博施改进哈伯首创的高压合成氨催化方法，利用氧化铁型催化剂，使合成氨生产工业化，化学上称为"哈伯——博施法"。1940年，因找到合适的催化剂，使合成氨反应成为工业化，也因此获得诺贝尔化学奖。 合成氨工业之父 合成氨发展历程及重要节点 知识梳理 从合成氨发展历程来看，合成氨过程非常不易，请根据所学内容来思考工业合成氨生产条件的选择？ 知识梳理 看上去，在... text has been truncated due to evaluation version limitation. 6 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NH3的含量 增大 升高 增大 使用 增大反应物浓度或者减少氨气浓度 降低 增大 无影响 学习任务一 合成氨的分析——思考与讨论 课本46 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。 版权声明 感谢您下载平台上提供的PPT作品，为了您和熊猫办公以及原创作者的利益，请勿复制、传播、销售，否则将承担法律责任！熊猫办公将对作品进行维权，按照传播下载次数进行十倍的索取赔偿！ 1.在熊猫办公出售的PPT模板是免版税类（RF：Royalty-Free）正版受《中国人民共和国著作法》和《世界版权公约》的保护，作品的所有权、版权和著作权归熊猫办公所有，您下载的是PPT模板素材的使用权。 2.不得将熊猫办公的PPT模板、PPT素材，本身用于再出售，或者出租、出借、转让、分销、发布或者作为礼物供他人使用，不得转授权、出卖、转让本协议或者本协议中的权利。 （3）理由：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，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。 （1）原理分析：压强 。 （2）选用条件：一般采用的压强为 。 任务二、工业合成氨的适宜条件 1、压强的选择 越大越好 10～30 MPa 2、温度的选择 （1）原理分析：采用 以提高平衡转化率。 （2）选用条件：一般采用的温度为 。 （3）理由：温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长。 合成氨所需的催化剂铁触媒的活性在500 ℃左右活性最大。 低温 400～500 ℃ 3.催化剂的选择 （1）原理分析：高温、高压下，N2和H2的反应速率仍然 。 （2）选用条件：采用加入 （以铁为主体的多成分催化剂）。 （3）理由：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进行反应. 铁触媒 很慢 【问题4】在温度与压强的最佳条件下，平衡混合物中氨的含量仍不高，怎么办？ 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 改变浓度：将氨及时分离出来，原料气循环使用 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，以促使化学平衡向生成NH3的方向移动。 应将NH3分离后的 ，并及时补充氮气和氢气，既提高了原料的利用率，又提高了反应速率，有利于合成氨反应 迅速冷却 原料气循环使用 4.浓度的选择 物质、能量交换 合成氨生产的工艺流程 生产流程 制气→净化除杂→压缩→合成→冷却分离→循环压缩 液态NH3 干燥 净化 N2+H2 N2+H2 防止催化剂中毒 增加原料利用率 N2+H2经过循环反应，可全部转化为NH3 压缩机加压 10MPa~30MPa N2+H2 热交换 N2+H2 铁触媒 400~500℃ N2+H2 NH3+N2+H2 NH3+N2+H2 冷却 无论理论还... text has been truncated due to evaluation version limitation. 13 小结：化工生产中调控反应的一般思路 化学平衡调控 实践层面 设备可行、容易操作 原理分析 反应速率调控 经济成本 思想理念 环境保护、“绿色化学” 社会效应、可持续发展 化学反应 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个方向进行 14 （1）从理论上分析，为了使SO2尽可能多转化为SO3，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 ______________________________________________________________________________________ 在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g) △H＝－196.6kJ/mol。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/% 0.1MPa 0.5MPa 1MPa 5MPa 10MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 450℃、10Mpa 温度较低，会使反应速率减小，达到平衡所需要时间变长；温度较高，二氧化硫的转化率会降低。 【检】 【课后P51 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，通入过量空气，原因是__________ （5）尾气中的SO2必须回收，原因是_________________________ 结合表中数据可知，常压下SO2的转化率已经很高，增大压强时转化率提升不明显，但对材料的强度和设备制造的要求均提高很多，因此实际生产中采用的压强为常压。 增大氧气的浓度，提高SO2的转化率。 防止污染环境，同时提高其转化率 【检】 2、氢能是一种极具有发展潜力的清洁能源。下列反应是目前大规模制取氢气的方法之一。CO(g)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋H2(g) △H＝－41.2kJ/mol （1）在生产中，欲使CO的转化率提高，同时提高H2的产率，可采取哪些措施？ （2）在容积不变的密闭容器中，将2.0 mol CO与8.0 mol H2O混合加热到830℃ 发生上述反应，达到平衡时CO的转化率是80%。计算该反应的平衡常数。 增加H2O(g)的浓度、降温。 起始物质的量/mol 2.0 8.0 0 0 变化物质的量/mol 1.6 1.6 1.6 1.6 CO(g)＋H2O(g)⇌CO2(g)＋H2(g) 平衡物质的量/mol 0.4 6.4 1.6 1.6 c(CO)c(H2O) K＝ c(CO2)c(H2) ＝ 0.4×6.4 ＝1 1.6×1.6 【检】 【课后P51 5】 （3）实验发现，其他条件不变，在相同时间内，向上述体系中投入一定量的CaO可以明显提高H2的体积分数。对比实验的结果如右图所示。请思考：投入CaO时，H2的体积分数为什么会增大？微米CaO和纳米CaO对平衡的影响为何不同？ CaO与CO2反应，促使平衡向正反应方向移动，H2的体积分数增大。 微米CaO的表面积比纳米CaO的小，吸收CO2略小，导致H2的体积分数略小。 【检】 A Ⅳ 对原料气加压，分离液氨，未反应的N2和H2循环使用 欢迎关注公众号：金陵化学备课 欢迎关注公众号：金陵化学备课 欢迎关注公众号：金陵化学备课 欢迎关注公众号：金陵化学备课 欢迎关注公众号：金陵化学备课 欢迎关注公众号：金陵化学备课 氮短缺事关人类的存亡，某一天将会有一位化学家寻找出一种方法，将成对的氮原子间三键打破，制出一种能为植物吸收的氮的化合物。 ——威廉∙克鲁克斯 先合成氨，再进一步将之转化为铵盐或者硝酸盐，变成了土壤可吸收的形式。最好的原料是空气，因为它其中富含氮元素。 ——卡尔 ·博施 合成氨的提出 20世纪初，世界人口激增，有机肥料已经无法满足土壤对氮肥的需求。氮肥的化工生产提上了日程。 克鲁克斯的话在整个欧洲激起万丈波澜。报纸争先报道，知识分子热烈讨论。“氮问题”成为智力阶层和寻常百姓共同关注的问题。 如何合成氨，这是许多化学家关注的重大课题 。 22 合成氨发展历程及重要节点 20世纪 以前 生物固氮 H+，e- ADP 固氮 酶 NH3 ATP 1898年 1909年 德国A.弗兰克等人发现氮能与碳化钙固定而生成氰氨化钙，进一步与过热水蒸气反应即可获得氨 德国化学家Haber用锇催化剂将氮气与氢气在17.5～20MPa和500～600℃下直接合成 1912年 1985年 1990年 Furuya和Yoshiba 考察了26 种无机催化剂在气体 扩散电极上 NRR 产氨的性能 2007年 Gerhard Ertl对人工固氮技术的原理提供了详细的解释 Haber-Bosch法 铁基 催化剂 N2+H2 NH3 Pickett和Talarmin在N2饱和的四氢呋喃溶液中用汞阴极于-2.6V下恒电势电解，首次利用电化学方法还原氮气 知识梳理 $$