2.4化学反应的调控 课件-2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1

第二章化学反应速率与化学反应平衡 选择性必修１ 第四节 化学反应的调控 根据所学内容，思考：假如你是一名化工厂工程师，需要把一个化学反应投入生产，针对化学反应而言，你需要考虑哪些问题？ 情景引入 氨是重要的无机化工产品之一，合成氨工业在国民经济中占有重要地位。农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。 合成氨是大宗化工产品之一， 世界每年合成氨产量已达到1 亿吨以上，其中约有80%的 氨用来生产化学肥料，20% 作为其它化工产品的原料。 [思考1]需要把合成氨投入生产，需要考虑哪些问题？ 一、合成氨反应条件的原理分析 反应原理 反应特点 N2(g)＋3H2(g) ⇌2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol-1 (1)可逆性：　　　　　　　　　。 (2)体积变化：　　　　　　　　　　　　　。 (3)焓变：　　　　，熵变：　　　　。 (4)自发性： 反应为可逆反应 正反应是气体体积缩小的反应 ΔH<0 ΔS<0 常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。 二、工业合成氨生产条件的选择 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、提高平衡混合物中按的含量？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 提高平衡混合物中氨的含量 增大反应物浓度 增大反应物浓度 升高温度 降低温度 增大压强 增大压强 使用催化剂 无影响 不同条件下合成氨反应达到化学平衡时反应混合物中氨的含量(体积分数) 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 [思考2]分析表中数据，结合合成氨反应的特点，讨论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。 1.压强一定，随着温度升高，反应速率增大，氨的含量逐渐降低 2.温度一定，随着压强越大，反应速率增大，氨的含量升高 升高温度、增大压强可以使合成氨的反应速率增大 降低温度、增大压强有利于提高平衡混合物中氨的含量 结论 [思考3]升高温度、增大压强、增大反应物浓度及使用催化剂等，都可以使合成氨的反应速率增大；降低温度、增大压强、增大反应物浓度等有利于提高平衡混合物中氨的含量。那么，在实际生产中到底选择哪些适宜的条件呢？ 三、合成氨反应的条件调控   工业合成氨的适宜条件 压强 温度 催化剂 浓度 10～30 MPa 400～500 ℃ 铁触媒 N2和H2的的投料比为1∶2.8，及时分离氨 [思考4]为什么不采用更高压强？ 为什么不采用更高温度？ 压强的选择—成本与效益的博弈 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 大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益 原理分析 实验数据 表明 合成氨时压强越大越好 20%~40% 我国的合成氨厂一般采用的压强为10 MPa~30 MPa 温度的选择—快与少、慢与多的权衡 实际生产中一般采用的温度为400~500 ℃ 平衡移动原理 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 采用低温 提高平衡转化率 10%~30% 四、化工生产中调控反应的一般思路 可行性 化学平衡 反应速率 设备可行 成本核算 反应条件 确定反应 原理分析 实验摸索 明确目的 假如你是一名化工厂工程师，需要把一个化学反应投入生产，针对化学反应而言，你需要考虑哪些问题？ 生产的效率问题 产率问题 反应进行的方向 化学反应的速率 化学平衡(限度) 生产的可行性问题 解决问题 课堂小结 1.下列有关合成氨工业的说法正确的是(　　) A.工业合成氨的反应是熵减小的放热反应,在低温或常温时可自发进行 B.恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成 C.合成氨厂一般采用的压强为10 MPa~30 Mpa，因为该压强下铁触媒的活性最高 D.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 A 课堂练习 2.某工业生产中发生反应:2A(g)+B(g) ⇌ M(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廉价易得，工业上一般采用加入过量的B的方式来提高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.工业生产中使用催化剂可提高M的日产量 D 3.下列生活和生产中的做法或事实，与调控反应速率无关的是（ ） A．牛奶放在冰箱中冷藏 B．使用加酶洗衣粉洗涤衣物 C．汽车的橡胶轮胎中要添加抑制剂 D．工业合成氨时，及时将氨气液化分离 D 4.氨气及其相关产品在化工领域中具有重要作用。回答下列问题： (1)以NH3和CO2为原料生产尿素[CO(NH2)2]，发生反应的化学方程式为 2NH3(g) +CO2(g) CO(NH2)2(s)+H2O (g) ΔH ①该反应每消耗1mol NH3，放出174 kJ热量，则ΔH＝________kJ·mol-1。 ②为了提高尿素的产率，下列措施可行的是________(填标号)。 A．升高温度 B．增大压强 C．加入合适的催化剂 D．及时移除部分H2O (g) -138 BD 5.常压下羰基化法精炼镍的原理为Ni(s)+4CO(g) Ni(CO)4(g)。230 ℃时，该反应的平衡常数K=2×10-5。已知:Ni(CO)4的沸点为42.2 ℃，固体杂质不参与反应。 第一阶段:将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4； 第二阶段:将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至230 ℃制得高纯镍。 下列判断不正确的是(　　) A.该反应达到平衡时，v分解[Ni(CO)4]=4v消耗(CO) B.第一阶段应选择稍高于42.2 ℃的反应温度 C.第二阶段，230 ℃时Ni(CO)4分解率较高 D.其他条件不变，增大c(CO)，平衡正向移动，该反应的平衡常数不变 A 扬帆起航 追梦之旅绘就璀璨星河 $