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

第四节 化学反应的调控 1 知识回顾 1、影响化学反应速率的因素有哪些？ 2、影响化学平衡的因素有哪些？ 【导】 浓度、温度、压强、催化剂、光辐照、超声波等。 浓度、温度、压强。 工业生产中应该考虑那些问题呢？ 【思+议】 1、从压强、温度、浓度、催化剂角度思考，如何提高工业合成氨的化学反应速率？ 2.从压强、温度、浓度、催化剂角度思考，如何提高工业合成氨反应达到平衡时，氨的百分含量？ 3.在工业合成氨的实际生产中，从浓度、压强、温度、催化剂、究竟如何选用？选用的原因有是什么？ 化学反应的调控 一、合成氨反应及其特点： N2(g)+3H2(g) ⇄2NH3(g) ΔH＝−92.4 kJ•mol−1 合成氨反应是 反应。 由化学方程式中的化学计量数关系可知， 正反应是气体分子数 (减小/增大）的反应。 根据ΔH＝−92.4 kJ•mol−1可知，正反应是 反应。 1 2 3 反应特点 可逆 减小 放热 4 化学反应的调控 增大 升高 增大 降低 增大 增大 使用 无影响 二、工业合成氨生成条件的选择： 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 1、原理分析 5 化学反应的调控 2、数据分析 温度/℃ 氨的含量/% 0.1MPa 10MPa 20 MPa 30 MPa 60 MPa 100MPa 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 6 化学反应的调控 1.增大合成氨反应速率的措施： 。 那么实际生成中到底选择如何选择反应条件呢？ 分析: 2.提高平衡混合物中氨的含量的措施： 。 增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量， 在压强方面采取措施一致，在温度方面采取的措施不一致 N2(g)+3H2(g) ⇄2NH3(g) ΔH＝−92.4 kJ•mol−1 升高温度、增大压强 降低温度、增大压强 7 条件 原则 从化学反应速率分析 从化学反应限度分析 从原料的利用率分析 从实际生产能力分析 从催化剂的使用活性分析 化学反应的调控 压强 原理表明，合成氨时压强越大越好；但压强大，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。 目前，一般采用的压强：为10 MPa~30 MPa。 三、实际生产条件的选择： 9 化学反应的调控 温度 根据平衡移动原理，合成氨应采用 （低温/高温）以提高平衡转化率，但会使反应速率 （减慢/加快），达到平衡时间变长，这在工业生产中是很不经济的。 目前，一般用的温度：400 ~500 ℃。 低温 减小 10 化学反应的调控 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 使用催化剂能改变反应历程， 反应活化能，使反应物在较低温度时能较快地进行反应。 目前合成氨工业中普遍使用的是 。 铁触媒在500℃左右时活性最大，这也是合成氨一般选择400 ~500 ℃进行的重要原因。 另外为了防止混有杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化 降低 铁触媒 11 化学反应的调控 浓度 　 为提高平衡转化率，工业上采取迅速冷却的方法，使氨气变成液氨并及时分离，分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2 ，使反应物保持一定的浓度，以利于合成氨反应。 12   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 （1）N2和H2的的投料比为1∶2.8， （2）及时分离氨 【展+评】 为什么不采用更高压强？ 为什么不采用更高温度？ 条件 原则 从化学反应速率分析 从化学反应限度分析 从原料的利用率分析 从实际生产能力分析 从催化剂的使用活性分析 选择较快的速率，提高单位时间内的产量 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 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 如设备承受高温、高压能力等 注意温度对催化剂的活性的限制 合成氨常用的生产条件 压强: 温度： 催化剂： 浓度： 原料气： 10 MPa~30 MPa 400~500 ℃ 使用铁触媒 将氨液化及时分离，N2和H2的的投料比为1∶2.8， 循环使用 小结一： 化学 反应 的 调控 反应速率: 化学平衡: 提高反应物平衡转化率 社会因素 设备条件 安全操作 经济成本 环境保护 社会效益 小结二： 提高单位时间的产率 1.判断。(1)在反应N2(g)+3H2(g)⇄2NH3(g)中,3v(H2)=2v(NH3)。(　　) (2)合成氨反应中,5 s末v(N2)=0.5 mol·L-1·s-1时, v(NH3)=1mol·L-1·s-1。 (　　) (3)合成氨反应在高温下能自发进行。 (　　)(4)已达平衡的反应N2(g)+3H2(g)⇄2NH3(g),当增大N2的浓度时, 平衡向正反应方向移动,N2的转化率一定升高。 (　　)(5)铁作催化剂可加快反应速率,且有利于化学平衡向合成氨的方向移动。(6)将氨从混合气中分离,可加快反应速率,且有利于化学平衡向合成氨的方向移动。 (7)升高温度可以加快反应速率,且有利于化学平衡向合成氨的方向移动。(8)增大压强可加快反应速率,且有利于化学平衡向合成氨的方向移动。 课堂练习 √ 化学反应的方向 1、在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，实施下列措施的变化过程中与平衡移动无关的是(　　) A．不断将氨分离出来 B．使用催化剂 C．采用700 K左右的高温而不是900 K的高温 D．采用2×107 Pa～5×107 Pa的压强 课堂练习 B 18 2、在合成氨时，要使氨的产率增大，又要使化学反应速率增大，可以采取的措施有（ ） ①增大体积使压强减小 ②减小体积使压强增大 ③升高温度 ④降低温度 ⑤恒温恒容，再充入N2和H2 ⑥恒温恒压，再充入N2和H2 ⑦及时分离产生的NH3 ⑧使用催化剂 A．②④⑤⑦ B．②③④⑤⑦⑧ C．②⑤ D．②③⑤⑧ 课堂练习 C 化学反应的方向 3、可逆反应3H2(g)＋N2(g) 2NH3(g)　ΔH<0，达到平衡后，为了使H2的转化率增大，下列选项中采用的三种方法都正确的是(　　) A．升高温度，减小压强，增加氮气 B．降低温度，增大压强，加入催化剂 C．升高温度，增大压强，增加氮气 D．降低温度，增大压强，分离出部分氨 课堂练习 D 20 化学反应的方向 4、硫酸工业中，通过下列反应SO3：2SO2(g)＋O2(g)⇄2SO3(g)　ΔH<0。 下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2转化率的统计数据： 温度 不同压强下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 (1)从理论上分析，使SO2尽可能多又快地转化为SO3，应选择的条件是？ (2)在实际生产中，选定450 ℃，其原因是什么？ (3)在实际生产中，采用的压强为常压，其原因是什么？ (4)在实际生产中，通入过量的空气，其原因是什么？ (5)尾气中的SO2必须回收，其原因是什么？ 21 化学反应的方向 提示：(1)低温、高压。 (2)该反应是放热反应，升高温度，转化率降低；此温度下催化剂的活性最高。 (3)0.1 MPa(常压)下SO2的转化率已经很高，若采用较大的压强，不仅SO2的转化率提高很少，且需要更大动力，对设备的要求更高，增加成本。 (4)增大O2浓度，提高SO2的转化率。 (5)SO2有毒，防止污染环境。 22 5.对于可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0, 下列研究目的和示意图相符的是(　　)。 A B C D 图示 压强对反应的影响(p2>p1) 温度对反应的影响 恒容时,向平衡体系中通入N2对反应的影响 催化剂对反应的影响 C $