2.4.1化学反应的调控课件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课堂引入从合成氨说起

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。

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%。思考交流如何选择合适的合成氨的生产条件？可以从哪些角度分析？工业生产需要考虑的问题速率产率经济成本设备条件安全条件可逆性体积变化焓变自发性

合成氨的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.4kJ·mol-1反应为

反应。正反应是气体体积

的反应。∆H

0，熵变：∆S

0常温（298K）下，∆H－T∆S

0，能自发进行。可逆缩小<<<一、合成氨反应及其特点

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、提高平衡混合物中氨的含量？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

增大增大反应物浓度移走氨升温降温增大增大正催化剂不影响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①升高温度，氨的含量降低。这与反应速率是矛盾的；②增大压强，氨的含量增大。这与反应速率是一致的。数据分析思考与讨论数据分析结合教材表2-2的数据并结合图2-11和12讨论如何选择反应条件。N2(g)+3H2(g)2NH3(g)∆H＝－92.4kJ/mol温度/℃氨的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.1013.823.131.41、压强二、工业合成氨适宜条件的选择原理分析实验分析合成氨时压强越大越好实际生产压强越大，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我国的合成氨厂一般采用的压强为10MPa~30MPa2、温度二、工业合成氨适宜条件的选择原理分析实验分析低温以提高平衡转化率温度降低会使化学反应速率减小实际生产达到平衡所需时间变长，工业生产中是很不经济在实际生产中一般采用的温度为400~500℃。3、催化剂二、工业合成氨适宜条件的选择高温、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合成氨工业中普遍使用的是以铁为主体的名成分催化剂，又称铁触媒3、催化剂二、工业合成氨适宜条件的选择

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。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。因吸附或沉积毒物而使催化剂活性降低或丧失的过程。

N2和H2的比例怎么定？实际生产中的处理方法：及时将气态氨冷却液化分离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使其保持一定的浓度。反应速率反应物浓度反应速率化学平衡氮气和氢气的物质的量比1：3平衡转化率最大1：2.8更能促进氨的合成二、工业合成氨适宜条件的选择4、浓度总结：工业合成氨的适宜条件（1）压强选择依据：压强越大，速率越快，同时平衡正向移动，越有利于合成氨，但压强越大，对材料和设备的要求就越高，需要的动力也越大，可能降低综合经济效益。（2）温度选择依据：该温度下催化剂活性最大，反应速率比较快，氨的含量也相对较高。（3）催化剂（4）浓度N2和H2按1：2.8混合，及时将气态氨冷却液化分离出去；及时将氮气和氢气循环利用，使其保持一定的浓度。使用以铁为主体的名成分催化剂，又称铁触媒一般采用的温度为400~500℃一般采用的压强为10MPa~30MPa5、合成氨的生产流程二、工业合成氨适宜条件的选择N2+H2干燥净化防止催化剂中毒N2+H2压缩机加压10MPa～30MPaN2+H2热交换N2+H2铁触媒400～500℃N2+H2+NH3冷却液态NH3N2+H2+NH3N2+H2充分利用能源增大压强促使化学平衡向生成氨气的方向移动原料气循环利用，提高原料利用率三、化工生产中调控反应的一般思路影响化学反应进行的因素就是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。参加反应的物质组成、结构和性质等本身因素温度、压强、浓度、催化剂等反应条件化学反应的调控：结合设备条件、安全操作、经济成本等情况实际生产根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析寻找适宜的生产条件权衡利弊，才能实施生产三、化工生产中调控反应的一般思路外界条件有利于增大反应速率的条件控制有利于平衡正向移动的条件控制综合分析结果浓度催化剂增大反应物的浓度增大反应物的浓度、减小生成物的浓度不断地拓展资料反应物、及时地分离出生成物加入合适的催化剂不需要加入合适的催化剂三、化工生产中调控反应的一般思路外界条件有利于增大反应速率的条件控制有利于平衡正向移动的条件控制综合分析结果温度

ΔH<0ΔH>0压强

反应后气体体积减小的反应反应后气体体积增大的反应高温低温高温兼顾速率和平衡,考虑催化剂的适宜温度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高压(有气体参加)高压低压在设备条件允许的前提下,尽量采取高压兼顾速率和平衡,选取适宜的压强哈伯（1918年）合成氨的基础开发工作合成氨与三次诺贝尔化学奖