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平衡 第四节 化学反应的调控 2 制氮肥的原料 1898年，英国科学家克鲁克斯发出了“向空气要氮肥”的号召 氮的固定 N2 氮肥 应该选择何种方式固氮呢？ 对空气变面包的反应合成氨进行分析 德国化学家哈伯被称为“向空气要面包”的人。 根据所学内容，若要把一个化学反应投入生产，针对化学反应而言，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：快 化学平衡(限度)：多 生产的可行性问题 理论 实际 效益最大化：经济效益和社会效益(好) 探·知识奥秘 任务1：填写“思考与讨论” 的“原理分析”部分的表格 工业合成氨 人工固氮 N2＋3H2 2NH3 高温、高压 催化剂 H＝－92.2 kJ/mol S＝－198.2 J/(mol∙k) 合成氨反应条件与原理分析 Q1：结合“数据分析表2-2”部分，试画出在温度400℃时，以压强为横坐标， 平衡时氨的含量为纵坐标的变化示意图。 探·知识奥秘 合成氨反应条件与原理分析 结合“数据分析表2-2”部分，试画出在压强为10MPa时，以温度为横坐标， 平衡时氨的含量为纵坐标的变化示意图。 探·知识奥秘 合成氨反应条件与原理分析 Q2：你会选择哪个压强作为合成氨的反应条件？说明理由 结合实际，试分析工业合成氨选10～30MPa的原因？ 探·知识奥秘 结合实际，试分析工业合成氨选400-500℃的原因？ Q3：你会选择哪个温度作为合成氨的反应条件？说明理由 探·知识奥秘 Q4：催化剂对反应物的产率有没有影响？ 目前合成氨工业中普遍使用的催化剂是哪一种？ 什么是催化剂中毒？ 为防止催化剂中毒，工业生产时应注意什么问题？ 你认为选择催化剂时应考虑什么因素？ 条件 Ea /KJ·mol-1 v(催)/v(无) 无催化剂 335 3.4×1012(700k) 使用Fe催化剂 167 探·知识奥秘 探·知识奥秘 NH3的平衡体积分数随投料比变化的曲线 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？ Q5-1：由图找出氮气和氢气的最佳投料比是？ 探·知识奥秘 合成塔中各组分物料数据 投料比c(N2):c(H2) 温度℃ 压强MPa 出塔时各组分浓度mol/L N2 H2 NH3 1:2.8 439 30 1.03 2.99 0.997 已知该温度下K=0.91 Q5-2：结合数据分析出塔时合成氨反应达到平衡了吗？依据是什么？ Q5-3：根据出塔时各组分浓度，你想到什么？ 工业生产：速率优先，兼顾平衡；原料循环使用，降低成本 工业生产追求的目标是什么？ 工业上用不断投料的方式进行生产优势是什么？ 探·知识奥秘 Q6：为了提高合成氨生产的能力，还可以在哪些方面做进一步改进? 原料的价格 反应热的综合利用 探·知识奥秘 吸附 表面反应 脱附 实验测得适当提高N2的浓度，即N2和H2的物质的量比为1：2.8时，更能促进氨的合成，结合催化历程图试分析为什么？ 探·知识奥秘 结合催化历程图，试分析及时移走生成的NH3，还有什么好处？ 探·知识奥秘 2NH3 N2 + 3H2 催化剂 高温、高压 压强：10 MPa~ 30 MPa 催化剂：铁触媒 浓度：n(N2)/n(H2)=1∶2.8混合、液化氨气、原料循环利用 (反应速率较快、平衡正向移动) (反应速率较快，缩短到达平衡时间) 温度：400~500℃ (反应速率较快、催化剂活性较大) 合成氨反应条件的选择 【小结】 理由 条件 增大氮气浓度 探·知识奥秘 物质、能量交换 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 合成氨生产的工艺流程 生产流程 探·知识奥秘 可行性 控限度 调速率 经济效益 社会效益 物质转化 反应方向 反应限度 确定反应 原理分析 实验摸索选条件 看实际 明确目的 化工生产中调控反应的一般思路 设备条件 探·知识奥秘 大家回顾一下咱们是怎么一步步寻找到工业合成氨的适宜条件的，由此我们可以初步归纳出化工生产中调控反应的一般思路。首先要选取一个恰当的反应。工业固氮我们选取了合成氨。 17 模型应用 (1)应选择的温度是________，理由是 。 温度 不同压强下SO2的转化率(%) 1×105Pa 5×105Pa 1×106Pa 5×106Pa 1×107Pa 450 ℃ 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 ℃ 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 450 ℃ 该反应是放热反应，升高温度，转化率降低； 在450 ℃下催化剂的活性较高，反应速率较快 已知2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH < 0的实验数据如下表: 18 19 (2)应采用的压强是________，理由是： (3)在合成SO3的过程中，不需要分离出SO3的原因是： (4)生产中通入过量空气的目的是_____________________________。 (5)尾气中的SO2必须回收的目的是什么? 1×105Pa 常压下SO2的转化率已经很高，若采用较大的压强，SO2的转化率提高很少，但需要动力更大，对设备的要求更高 SO2的转化率比较高，达到平衡后的混合气体中SO2的余量很少 增大O2浓度、提高SO2的转化率 温度 不同压强下SO2的转化率(%) 1×105Pa 5×105Pa 1×106Pa 5×106Pa 1×107Pa 450 ℃ 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 ℃ 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 防止污染环境;循环利用,提高原料的利用率。 19 $