2.4.1化学反应的调控 课件-2026-2027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 第二章 第四节 化学反应的调控 1 课标 要求 01 02 03 核心 素养 01 03 1.知道如何选择合成氨的适宜条件，培养“证据推理与模型认知”能力。 2.掌握压强、温度和催化剂在化学反应调控的应用，培养“变化观念与平衡思想” 。 3.了解金属资源的开发与利用，培养“科学态度与社会责任”。 知道如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件。 认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。 知道压强、温度和催化剂对调控化学反应速率具有重要意义。 02 2 情景引入 生活中我们如何对化学反应进行调控 降低温度至着火点以下 隔绝空气 降低温度 3 活动元一 工业合成氨 Q: 根据工业合成氨的化学方程式，请问合成氨反应有哪些特点？ 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：反应为可逆反应。 (3)焓变：ΔH<0，熵变：ΔS<0。 (2)体积变化：正反应是气体体积缩小的反应。 (4)自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。 Q: 结合合成氨的原理分析，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？（完成课本P46思考与讨论） 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 增大 升温 降温 增大 增大 正催化剂 不影响 而我们生活中大多数使用的金属制品需要对金属矿物进行冶炼才得到金属单质，应用于生活中。 4 活动元一 工业合成氨 温度/℃ 氨的含量/% 0.1MPa 10MPa 20MPa 30MPa 60MPa 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 9.1 13.8 23.1 31.4 Q: 结合课本P47表2-2分析：若追求氨的产率，怎么选温度、压强条件？ ①升高温度，氨的含量降低，化学反应速率加快。两者矛盾； ②增大压强，氨的含量增大，化学反应速率加快。两者一致。 结合原理分析 Q: 那么实际生成中到底选择哪些适宜的条件呢？ 5 活动元二 寻找工业合成氨的适宜条件 Q:阅读课本P47第二自然段 从反应原理、实际生产和综合考虑三个角度分析合成氨一般采用的压强范围？ 400℃下平衡时氨的体积分数随压强的变化示意图 压强/MPa NH3的体积分数/% 80 60 40 20 40 60 80 100 20 0 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。 合成氨时压强越大越好； ②实际分析： ①原理分析： ③结论： 1、压强 90 200 温度／℃ 400 300 600 500 80 70 60 40 30 50 20 10 0 10 MPa下平衡时氨的体积分数随温度的变化示意图 NH3的体积分数/% 活动元二 寻找工业合成氨的适宜条件 2、温度 Q:阅读课本P48第一自然段 从反应原理、实际生产和综合考虑三个角度分析合成氨一般采用的温度范围？ 根据平衡移动原理，合成氨应采用低温以提高平衡转化率。 但温度降低会使反应速率减小，达到平衡时间变长，这在工业生产中是很不经济的。 目前，一般采用的温度为400~500 ℃。 ②实际分析： ①原理分析： ③结论： 活动元二 寻找工业合成氨的适宜条件 3、催化剂 铁触媒 Q:阅读课本P48第二自然段 从反应原理和实际生产两个角度分析合成氨为什么一般采用铁触煤作催化剂？ ②实际分析： ①原理分析： 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。 混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化 使用催化剂能改变反应历程，降低反应活化能，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。 4、浓度 Q:阅读课本P48第三自然段 从反应原理和实际生产两个角度分析合成氨的浓度选择。 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减小生成物浓度，平衡向正向移动，提高氨的产率。 分离后的原料气N2和H2，并及时补充循环使用，使反应物保持一定的浓度。 ①原理分析： ②实际分析： 综上所述，工业上通常采用铁触媒、400～500 ℃、10～30 Mpa、N2和H2的投料比为1∶2.8，及时分离氨，原料气循环使用。 8 活动元三 合成氨的工业流程 干燥 净化 N2+H2 液态NH3 压缩机 加压 10MPa~30MPa 铁触媒 400~500℃ 冷却 热交换 N2+H2 N2+H2 N2+H2 N2+H2 NH3+N2+H2 NH3+N2+H2 1. 干燥、净化：除去原料气中的杂质，防止催化剂“中毒”而降低或丧失催化活性。 2. 压缩机加压：增大压强，促使平衡向生成氨气的方向移动。 3. 热交换：合成氨为放热反应，反应体系温度逐渐升高，为原料气反应提供热量，故热交换可充分利用能源，提高经济效益。 4. 冷却：NH3的液化需较低温度，迅速冷却使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离，促使平衡向生成NH3的方向移动。 5. 循环使用原料气：因合成氨为可逆反应，平衡混合物中含有原料气，将NH3分离后的原料气循环利用，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，提高经济效益。 Q:阅读课本P49合成氨生产流程示意图，分析其中五个步骤的实际生产意义。 活动元三 合成氨的工业流程 化学反应的调控 （1）含义：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。 （2）分析反应理论： 通过改变影响化学反应速率的因素：压强、温度、催化剂、浓度等反应条件。 （3）考虑实际因素： a、结合设备条件、安全操作、经济成本等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找合适的生产条件。 b、根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析，权衡利弊，才能实施生产。 小结： 活动元四 课堂练习 1.概念辨析： (1)温度越高越利于合成氨反应平衡正向移动。 (　　) (2)合成氨反应中,压强越大越利于增大反应速率和平衡正向移动。 (　　) (3)使用催化剂能提高合成氨反应物的平衡转化率。 (　　) (4)充入的N2越多越有利于NH3的合成。 ( ) (5)恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成。 ( ) (6)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。( ) × × √ × × × 2. 有关合成氨工业的说法中,正确的是(　　) A、增大H2的浓度,可提高H2的转化率 B、由于氨易液化,N2、H2在实际生产中会循环使用,所以总体来说氨的产率很高 C、合成氨工业的反应温度控制在400~500 ℃,目的是使化学平衡向正反应方向移动 D、合成氨厂采用的压强是10 MPa~30 MPa,因为该压强下铁触媒的活性最大 B 活动元四 课堂练习 3. 有平衡体系:CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g)　ΔH<0。为了增加甲醇(CH3OH)的产量,应采取的正确措施是(　　) A、高温，高压 B、适宜温度，高压，催化剂 C、低温，低压 D、高温，高压，催化剂 4.工业上合成氨一般采用400~500 ℃的温度，其原因是 (　　) ①适当提高氨的合成速率　②提高H2的转化率　③提高氨的产率　④催化剂在500 ℃左右活性最大 A、只有①　 B、只有①② C、②③④ D、只有①④ B D 5.在一定条件下，可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)(正反应是放热反应)达到平衡,当单独改变下列条件后,有关叙述错误的是(　　) A、加催化剂,v(正)、v(逆)都发生变化且变化的倍数相等 B、加压,v(正)、v(逆)都增大，且v(正)增大的倍数大于v(逆)增大的倍数 C、降温,v(正)、v(逆)都减小，且v(正)减小的倍数小于v(逆)减小的倍数 D、等容条件下加入氩气，v(正)、v(逆)都增大，且v(正)增大的倍数大于v(逆)增大的倍数 D 12 　　　　　　 1×105 Pa 1×106 Pa 5×106 Pa 1×107 Pa 450 ℃ 97.5% 99.2% 99.6% 99.7% 550 ℃ 85.6% 94.9% 97.7% 98.3% 6. 在硫酸工业中,通过下列反应使SO2氧化成SO3:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-198 kJ·mol-1。(已知催化剂是V2O5,在400~500 ℃时催化效果最好)下表为不同温度和压强下SO2的转化率(%): 1、根据化学理论分析,为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫，应选择的条件是什么? 提示:低温、高压。 提示:兼顾速率和平衡,且在此温度下催化剂的活性最高。 2、在实际生产中,选定400~500 ℃作为操作温度,其原因是什么? 3、根据上表中的数据分析,制取SO3时为什么不采用高压? 4、在生产中,通入过量空气的目的是什么? 5、尾气中的SO2必须回收的目的是什么? 提示: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设备的成本,得不偿失。 提示:增大反应物O2的浓度,提高SO2的转化率。 提示:防止污染环境;循环利用,提高原料的利用率。 活动元四 课堂练习 13 $