化学反应的调控课件 上学期高二化学人教版（2019）选择性必修1

第二章

化学反应速率和化学平衡第四节化学反应的调控人教版化学选择性必修1如何用有限的土地养活日益增长的人口？18世纪末，英国化学家克鲁克斯“先天下之忧而忧”，率先发出为了使子孙后代免于饥饿，“向空气要氮肥”的号召。化学家是如何做到向空气要氮肥的呢？

化学创造了第二个大自然！综合分析，还原法合成氨应该更好！

氧化法：N2(g)+O2(g)⇌2NO(g)

还原法：N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)

想一想：从哪些角度选择固氮反应？ΔS>0高温能自发ΔH>0ΔH<0ΔS<0低温能自发常温

K＝3.8×10－31常温

K＝5.0×108一、调控反应的方向

100年来，已有三位科学家因研究合成氨获得诺贝尔化学奖。他们当中最早的是德国化学家哈伯向合成氨发起冲击。1908年7月，他在实验室用氮气和氢气在600℃、20MPa下得到了氨，但是产率只有2%。但这却是工业合成氨的开端

。

哈伯合成氨所用装置冷却室反应器出水口干燥室液态NH3出口进水口未反应气体通过循环泵返回压缩N2和H2进口如果你是20世纪初的工程师，你如何为工厂设计合成氨的生产条件？可以从哪些角度分析？提高综合经济效益理论实际提高单位时间里合成氨的产量（化学反应速率）提高平衡混合物中氨的含量（化学平衡移动）从生产成本、动力、材料、设备等对上述理论探讨进一步论证，得出合理的条件。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N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)∆H＝－92.4kJ/mol增大升高增大使用n(N2):n(H2)≈1:3及时移走产生的氨降低增大无影响二、理论分析反应条件的调控矛盾1、压强：合成氨厂一般采用的压强为10MPa~30Mpa。

【思考】合成氨时压强越大越好,为何不采用比30MPa更大的压强?提示:压强越大,对材料的强度和设备的制造要求也越高,需要的动力也越大,这会加大生产投资,可能降低综合经济效益。

三、实际工业生产反应条件的调控一般采用的温度为400~500℃。【思考】合成氨采用低温时可提高转化率，但为何未采用更低的温度?提示：温度太低，反应速率太小，达到平衡所需的时间变长，不经济。升高温度，转化率降低，另外，合成氨所需的催化剂铁触媒的活性在500℃左右活性最大。2、温度：3、催化剂：

目前，合成氨工业中普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。铁触媒在500℃左右时的活性最大。

另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”,原料气必须经过净化。使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍。哈伯：锇（剧毒）作催化剂17.5MPa~20.0MPa、500~600℃

氨含量超过6%博施：铁作催化剂

开发了适合高温、高压下的合成设备

设计了获得大量廉价原料气的方法

“合成氨”里的中国人：2016年中科院大连化学物理研究所研究团队研制合成了一种新型催化剂，将合成氨的温度、压强分别降到了350℃、1MPa。鲁教版课本P78氮的吸附分解所需的活化能最高，是控制总反应速率的关键步骤埃特尔揭开了合成氨的“天机”原料用量n(N2):n(H2)：理论值为1:3；实际为1:2.8

哈伯（1918年）合成氨的基础开发工作

博施（1931年）实现了合成氨的工业化

埃特尔（2007年）揭开了合成氨的“天机”合成氨与三次诺贝尔化学奖4、浓度：

采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去，以促使化学平衡向生成NH3的方向移动。此外，如果让N2和H2的混合气体只一次通过合成塔发生反应也是很不经济的，应将NH3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。原料用量n(N2):n(H2)：理论值为1:3；

实际为1:2.8四、合成氨生产工业流程哈伯合成氨所用装置冷却室反应器出水口干燥室液态NH3出口进水口未反应气体通过循环泵返回压缩N2和H2进口小结：化学反应的调控明确目的

可行性确定反应原理分析实验摸索

找条件化学平衡反应速率设备可行成本核算

如何为一个化学反应选择适宜的生产条件？(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。()1、判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)××√×××【随堂练习】2、某工业生产中发生反应:2A(g)+B(g)⇌2M(g)

ΔH<0。下列有关该工业生产的说法正确的是(

)A.工业上合成M时,一定采用高压条件,因为高压有利于M