2.4 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 化学反应速率与化学平衡 1.工业合成氨为例，认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产生活、科研中的重要作用。 2.了解催化剂可以改变反应历程，对调控反应速率具有重要意义。 1 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。 课前引入 一、合成氨反应的理论分析 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 教材P46思考与讨论：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、提高平衡时反应物的转化率？ 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         提高平衡时反应物的转化率         增大反应物浓度 移走氨 升温 降温 增大 增大 用催化剂 无影响 注意：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? 知识精讲 二、合成氨反应的数据分析 表2-2 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(初始时氮气和氢气的体积比是1：3)。 根据表中数据，讨论增大合成氨的反应速率如何选择反应条件？提高平衡混合物中氨的含量又如何选择反应条件？讨论理论分析与数据分析的结论是否一致？ 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 将成本也考虑进去，即速率、产率、成本综合考虑，在实际生产中到底选择哪些适宜的条件呢? 从上述实验数据分析与理论分析合成氨选择的反应条件是一致的。 知识精讲 【训练1】判断正误 (1)工业合成氨的反应是ΔH<0、ΔS<0的反应，在任何温度下都可自发进行 （ ） (2)在合成氨的实际生产中，温度越低、压强越大越好 （ ） (3)在合成氨中，加入催化剂能提高原料的转化率 （ ） (4)催化剂在合成氨中质量没有改变，因此催化剂没有参与反应 （ ） (5)增大反应物的浓度，减少生成物的浓度，可以提高氨的产率 （ ） (6)合成氨中在提高速率和原料的转化率上对温度的要求是一致的 （ ） × √ × × × × 知识精讲   适宜条件 选择依据 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，及时分离出氨，使化学平衡向生成氨的方向移动，并将NH3分离后的原料气循环使用提高原料的利用率。 为什么不采用更高温度？ 为什么不采用更高压强？ 压强越大，需要动力越大，对材料强度和设备的制造要求就越高，增加生产成本，降低综合经济效益 该温度下催化剂的活性最大，反应速率比较快， 氨的含量也相对较高。 以铁为主体的多成分催化剂。 三、合成氨反应的条件调控 知识精讲 (1)反应限度：要考虑尽量增大反应物的__________，充分利用原料。 (2)反应速率：要选择较快的____________，提高单位时间内的产量。 (3)生产要求：要考虑设备的要求和技术条件。 转化率 反应速率 【思考】结合合成氨的条件选择，工业上调控化学反应需要考虑哪些问题？ 【Q1】催化剂对平衡转化率无影响，合成氨工业中为什么还使用催化剂？ 加入催化剂，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的发生反应。提高单位时间的生产效率，可提高经济效益。 【Q2】什么是催化剂中毒？工业上如何防止催化剂中毒？ 因吸附或沉积毒物而使催化剂活性降低或丧失的过程称为催化剂中毒。原料气必须经过净化。 知识精讲 【Q1】在实际生产中，选定的温度为400～500 ℃，原因是____________。 【Q2】在实际生产中，采用的压强为常压，原因是__________________。 【Q3】在实际生产中，通入过量的空气，原因是__________________。 【Q4】尾气中SO2必须回收，原因是____________________________________ 在常压下SO2的转化率就已经很高了(97.5%)，若采用高压，平衡向右移动，但效果并不明显，且采用高压时会增大对设备的要求而增大生产成本。 增大反应物O2的浓度，有利于提高SO2的转化率 防止污染环境；循环利用，提高原料的利用率 【例题】 结合合成氨反应的适宜条件选择依据，讨论教材P51第3题。 温度较低，使反应速率减小，达平衡所需时间长，温度较高，SO2的转化率会降低，成本较高；在此温度下，催化剂的活性最大。 知识精讲 【训练2】下列有关合成氨工业的说法正确的是（ ） A.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 B.恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成 C.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 D.工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在常温时可自发进行 D 对点训练 【训练3】(2023高二月考)下列关于工业合成氨的说法正确的是( ) A.工业合成氨采用的压强为10~30 MPa，是因为该条件下催化剂的活性最好 B.选择不同的催化剂会改变此反应ΔH的数值 C.合成氨工业中采用低温以提高平衡转化率 D.合成氨工业中采用循环操作，主要是为了提高氮气和氢气的利用率 D 对点训练 【训练4】2018年是合成氨工业先驱哈伯(P·Haber)获得诺贝尔奖100周年。N2和H2生成NH3的反应为：N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) ΔH(298K)=-46.2kJ·mol-1。关于合成氨工艺的下列理解正确的是( ) A．合成氨反应在不同温度下的ΔS都大于零 B．控制温度(773K)远高于室温，是为了保证尽可能提高平衡转化率和加快反应速率 C．当温度、压强一定时，在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率 D．工业合成氨时，及时将氨气液化不断将液氨移去，利于反应正向进行 D 对点训练 【训练5】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) -348 BD 对点训练 (2)在有氧条件下，新型催化剂M能催化NH3与NOx反应 生成N2。将以一定比例混合的O2、NH3和NOx的混合气体匀速通 入装有催化剂M的反应器中反应。反应相同时间，NOx的去除率 随反应温度的变化曲线如图3所示。 ①T1~T2范围内，随着温度的升高，NOx的去除率迅速升高的原 因是___________________________________________。 ②当温度高于T4K时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是______________________。 ③已知反应器中发生的反应为放热反应，则在温度处于________(填“T1~T2 ”、“T2~T3 ”或“T3~T4”)K时，该反应一定达到了平衡状态。 催化剂和温度升高使NOx的去除率迅速升高 催化剂失去活性 T3-T4 对点训练 课后作业： 1、复习本节课所学内容； 2、完成课本P51练习第1、2、3、4题； 3、另网内搜“简单幸福”高中化学选择性必修1 《同步课时作业》专辑课时训练（15） 对点训练 $