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

假设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？ 生产的可行性问题 生产的效率问题 产率问题 ——化学反应的速率 ——化学平衡 ——反应进行的方向 1、影响化学反应速率的因素有哪些 反应物表面积、反应物浓度、温度、能引起气体反应物浓度改变的压强、催化剂 2、影响化学平衡移动的因素有哪些？ 浓度、压强、温度 勒夏特列原理：如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强或温度等），平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。 选择性必修1 化学反应原理 第二章 化学反应速率与化学平衡 第三节 化学反应的方向 2.2.4 化学反应的调控 向空气要氮肥 向空气要氮肥 一、合成氨反应的原理分析 合成氨反应：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。 (2)体积变化：正反应是气体体积缩小的反应。 (3)焓变：ΔH < 0，熵变：ΔS < 0。 (4)自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行 1．合成氨反应的特点 一、合成氨反应的原理分析 合成氨反应：N2(g)＋3H2(g) ⇌2NH3(g) ΔH＝-92.4 kJ·mol－1 如何选择反应条件，以增大氨的反应速率、提高产率？ 2．从化学反应速率、化学平衡分析 对合成氨反应的影响 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 升温 增大 正催化剂 降温 增大 不影响 增大C反应物 n(N2) : n (H2) ≈ 1: 3 及时移走氨 一、合成氨反应的原理分析 初始时N2和H2的体积比=1：3，不同温度、压强下，平衡混合物中氨的含量的变化情况： 3．合成氨的数据分析 ①压强增大， 氨的含量增大。 ②温度升高， 氨的含量降低。 二、工业合成氨的适宜条件 1．压强 【原理分析】 压强越大越好 【实际选用】 目前，我国合成氨厂一般采用的压强为 MPa。 10～30 【理由】 压强越大，对设备要求越高，增加成本，降低综合经济效益 二、工业合成氨的适宜条件 2．温度 温度越低转化率越高 【实际选用】 但，反应速率越慢 目前，实际生产一般采用的温度为 ℃。 400～500 【原理分析】 二、工业合成氨的适宜条件 3．催化剂 【实际选用】 【原理分析】 加催化剂可改变反应历程，加快反应速率 目前，普遍使用以铁为主体成分的催化剂，即 。 铁触媒 500℃时活性最大 二、工业合成氨的适宜条件 4．浓度 【实际选用】 【原理分析】 及时移走产物 氨增大反应物浓度 及时移走产物 原料气循环利用 n(N2) : n (H2) ≈ 1: 2.8 三、化工生产中调控反应的一般思路 多，快，好，省 【练1】工业上用丁烷催化脱氢制备丁烯：C4H10(g) ⇌C4H8(g)＋H2(g)(正反应吸热)，将丁烷和氢气以一定的配比通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，反应的平衡产率与温度有关。 请分析丁烯产率随温度变化的原因：_________________________ _______________________________________。 副反应被促进 T↑ 平衡→ 在590 ℃之前，温度升高平衡正向 平衡产率↑ 平衡产率↓ 平衡角度 移动，产率增大；在590 ℃之后，副反应被促进，产率下降。 【练1】工业上用丁烷催化脱氢制备丁烯：C4H10(g) ⇌C4H8(g)＋H2(g)(正反应吸热)，将丁烷和氢气以一定的配比通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，反应的平衡产率与温度有关。 请分析丁烯产率随温度变化的原因：_________________________ _______________________________________。 副反应被促进 T 平衡 产率 速率角度 T 平衡角度 单位时间产率/% 催化剂活性降低 产率 产率 在590 ℃之前，温度升高平衡正向 移动，在590 ℃之后，副反应被促进，且催化剂活性降低，产率下降。 分析步骤：研究对象及特点——找角度——因素——变化——结果 催化剂活性升高 产率 例2.以CO2、H2为原料制备甲醚涉及的主要反应如下： Ⅰ: 2CO2(g) + 6H2(g) ⇌CH3OCH3(g) + 3H2O(g) ∆H1 <0 Ⅱ: CO2(g) + H2(g) ⇌CO(g) + H2O(g) ∆H2＞0 在恒压条件下，按CO2与H2的物质的量之比为1：3投料 ，测得CO2平衡转化率和平衡时CO的选择性(转化的 CO2中生成CO的物质的量分数)随温度的变化如图所示。 问题1：曲线n随温度升高显示如图所示变化的原因是什么？ 任务二、探究外界条件对复杂反应体系的影响 T 看主次关系 Ⅱ Ⅰ α(CO2) α(CO2) 低于300℃，以反应Ⅰ为主，∆H1 <0， 升温平衡逆向移动，CO2的转化率降低；高于300℃，以反应Ⅱ为主，∆H2＞0，升温平衡正向移动，CO2的转化率升高。 Ⅰ为主 化学平衡角度 CO的选择性 α(CO2) Ⅱ为主 例2.以CO2、H2为原料制备甲醚涉及的主要反应如下： Ⅰ: 2CO2(g) + 6H2(g) ⇌CH3OCH3(g) + 3H2O(g) ∆H1 <0 Ⅱ: CO2(g) + H2(g) ⇌CO(g) + H2O(g) ∆H2＞0 在恒压条件下，按CO2与H2的物质的量之比为1：3投料 ，测得CO2平衡转化率和平衡时CO的选择性(转化的 CO2中生成CO的物质的量分数)随温度的变化如图所示。 问题2：实际生产中，合成甲醚采用的适宜温度为260℃， 为什么？ 任务二、探究外界条件对复杂反应体系的影响 影响 甲醚的产率低 生产效率太低 温度过低，反应速率太慢， 温度过高，CO的选择性过大，甲醚选择性减小 速率角度 平衡角度 T过高 T Ⅰ ,Ⅱ T过低 ν过慢 $