化学反应的调控 高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

化学反应的调控【生活中化学反应的调控】灭火隔离可燃物、隔绝空气或降低温度等保存食物冰箱，延长食物储存时间【工业上化学反应的调控】——eg.向空气要面包——合成氨的化学反应问题

合成氨工业是关系我国国民经济的

重要行业，是我国化肥工业的基础，

也是传统煤化工的重要组成部分。氨是重要的化工原料，主要用于制造氮肥、硝酸、丁腈橡胶等；氨在冶金、机械加工、电子、造纸等行业用途广泛。【思考】工业生产中应该考虑哪些问题呢？合成氨反应条件与原理分析一1、反应原理

N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH=-92.2kJ/mol2、特点（1）可逆反应（2）正反应是气体体积减小的反应——气体物质的量减小（3）ΔH<0、ΔS<03、外界条件对合成氨反应的速率、限度的影响N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH=-92.2kJ/mol外界条件提高化学反应速率提高平衡转化率综合结果浓度反应物的浓度生成物的浓度温度压强催化剂4、数据分析不同条件下，合成氨反应达到化学平衡时反应混合物中氨的含量（体积分数）温度/℃氨的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.1013.823.131.4工业合成氨适宜条件的选择二1、压强原理分析实验分析∴我国的合成氨厂一般采用的压强为10MPa~30MPa。合成氨时压强越大越好N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH=-92.2kJ/mol实际生产压强越大，对材料的强度和设备的制造要求就越高，需要的动力也越大大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益2、温度原理分析实验分析∴在实际生产中一般采用的温度为400~500℃。低温可提高平衡转化率，但低温会使得反应速率减小N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH=-92.2kJ/mol实际生产温度太高，平衡转化率降低，对设备的要求高，催化剂活性降低甚至失活，不可行。温度太低，反应速率变慢，达到平衡所需时间过长，不经济。3、催化剂高温、高压下，N2和H2的化合反应仍然进行十分缓慢。∴通常采用加入催化剂的方法，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地发生反应。【注】①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。②铁触媒在500℃左右时的活性最大，这也是合成氨一般选择400~500℃进行的重要原因。③为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化。④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。4、浓度（1）从化学平衡的角度分析，在N2和H2的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大。（2）实验测得，适当提高N2的浓度，即N2和H2的物质的量比为1：2.8时，更能促进氨的合成。（3）同时，需及时分离出NH3，增大平衡转化率。【注】①N2和H2的物质的量比为1：2.8时，可增大H2的转化率。②及时分离出NH3的方法：迅速冷却使NH3液化为液氨。5、其他分离出NH3后的原料气循环使用，可提高原料的利用率。同时需要及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度，有利于合成氨反应。6、合成氨的生产流程即：工业上采用铁触媒作催化剂、在400~500℃和10MPa～30MPa的条件下合成氨。防止催化剂中毒增大压强原料气循环利用，提高原料利用率促使化学平衡向生成氨气的方向移动充分利用能源化工生产中调控反应的一般思路三1、化学反应的调控（1）概念：（2）考虑因素：化学反应速率、化学平衡、设备条件、安全操作、经济成本等。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、工业上适宜生产条件的选择（1）基本原则：多：生成的产品尽量多，化学平衡尽可能的正向移动。快：按确定的目标方向，化学反应速率快。好：反应原理合理，反应途径最优。省：原料利用率高，省料、省时、省能源。多、快、好、省（2）条件分析外界条件有利于加快反应速率有利于平衡正向移动综合分析结果浓度温度ΔH>0ΔH<0c反↑c反↑、c生↓不断补充反应物、及时分离生成物T↑T↑T↓在设备条件允许的前提下，尽量采取高温并考虑催化剂的活性兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度（2）条件分析外界条件有利于加快反应速率有利于平衡正向移动综合分析结果压强（有气体参加的反应）气体分子数增大气体分子数减小催化剂p↑p↓p↑兼顾速率和平衡，选取适宜的压强在设备条件允许的前提下，尽量采取高压加入合适的催化剂无影响加入合适的催化剂【课堂小测】1、在合成氨反应中使用催化剂和施加高压，下列叙述中正确的是（）。A、都能提高反应速率，都对化学平衡无影响B、都对化学平衡有影响，但都不影响达到平衡状态所用的时间C、都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有施加高压对化学平衡有影响D、使用催化剂能缩短反应达到平衡状态所用时间，而施加高压无此效果C【课堂小测】2、合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示，据此分析合成氨工业中最有前途的研究方向是（）。A．提高分离技术B．研制耐高压的合成塔C．研制低温催化剂D．探索不用N2和H2合成氨的新途径C【课堂小测】3、据报道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实：2CO2(g)

+6H2(g)⇌CH3CH2OH(g)

+3H2