《第4节 化学反应的调控》参考课件3

第4节

化学反应的调控思考：假如你是一个化工厂的老板对工业生产你主要应考虑哪些问题？1、经济效益2、社会效益提高综合经济效益理论实际单位时间里提高合成氨的产量（从化学反应的速率考虑）提高平衡混合物中氨的含量（从化学平衡的移动考虑）从生产成本、动力、材料、设备等对上述理论探讨进一步论证，以得出合理的结论。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。1、影响化学反应速率的因素有哪些合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)已知298K时：ΔH＝－92.4kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·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(298K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行1．合成氨反应的特点工业合成氨时主要考虑的因素？（3）便宜（4）绿色（2）快（1）多即提高平衡混合物里氨的含量——化学平衡问题即提高单位时间里氨的产量——化学反应速率问题降低成本，提高原料利用率。保护环境，对设备的要求。【交流·研讨】根据此反应特点分析，什么条件有利于合成氨？外界条件增大NH3的含量化学平衡角度浓度N2、H2NH3温度压强催化剂增大N2、H2的浓度，其物质的量之比为1:3时，NH3的含量最高【交流·研讨】~多1:11:21:31:41:51:60.60.50.40.30.20.1NH3%N2:H2及时转移走NH3达到平衡时平衡混合物中NH3的含量体积分数）[V(N2):V(H2)=1:3]

0.11020306010020015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.279.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4压强/MPaNH3含量/%温度/℃温度升高，氨的含量降低压强增大，氨的含量增大根据此反应特点分析，什么条件有利于合成氨？外界条件增大NH3的含量化学平衡角度浓度N2、H2增大N2、H2的浓度，其物质的量之比为1:3时，NH3的含量最高NH3温度压强催化剂及时转移走NH3低温高压无影响【交流·研讨】~多根据此反应特点分析，什么条件有利于提高合成氨的速率？外界条件提高合成NH3的速率化学速率角度浓度N2、H2NH3温度压强催化剂增大N2、H2的浓度，提高氢气压强更有利于提高反应速率，其物质的量之比应<1:3及时转移走NH3高温高压正催化剂【交流·研讨】~快合成氨的适宜条件的选择增大浓度高压高温使用增大浓度高压低温无影响增大浓度矛盾催化剂温度压强外界条件反应物的浓度速率分析平衡分析使NH3生产得多使NH3生产得快理论选择适宜条件高压？？一致（一）压强：合成氨厂一般采用的压强为10MPa~30Mpa。

【思考1】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。

压强的选择—成本与效益的博弈一般采用的温度为400~500℃。【思考2】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?

温度的选择—快与少、慢与多的权衡提示: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。工业上合成氨一般采用400~500℃的温度,其原因是(

)①适当提高氨的合成速率②提高H2的转化率③提高氨的产率④催化剂在500℃左右活性最大A.只有①

B.只有①②C.②③④ D.只有①④D随堂练习（三）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，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。

使用催化剂可使合成氨反应的速率提高上万亿倍（四）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。【思考】合成氨工业采用迅速冷却法,使气态氨变为液氨后及时从混合物中分离出去的目的是什么?提示:使化学平衡向生成氨的方向移动。

适宜条件外部条件工业合成氨的适宜条件压强根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强(10～30MPa)温度适宜温度，400～500℃催化剂使用铁触媒做催化剂浓度N2和H2的物质的量之比为1∶2.8的投料比，氨及时从混合气中分离出去利用原料气在合成塔中合成NH3,为提高N2的转化率所采取的措施是(

)A.高温 B.高压C.使用催化剂 D.增大N2的浓度B

随堂练习有关合成氨工业的说法中,正确的是(

)A.增大H2的浓度,可提高H2的转化率B.由于氨易液化,N2、H2在实际生产中会循环使用,所以总体来说氨的产率很高C.合成氨工业的反应温度控制在400~500℃,目的是使化学平衡向正反应方向移动D.合成氨厂采用的压强是10MPa~30MPa,因为该压强下铁触媒的活性最大B随堂练习

工业上利用某可逆反应生产产品：

一般要使用催化剂：这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益；选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大的温度；选择合适的压强：既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。

【小结·反思】三、合成氨的生产流程（一）生产流程合成氨流程简图合成塔氨分离器液氨水冷器循环气体压缩机循环压缩机氢氮混合气合成氨工业有下列流程：①原料气制备；②氨的合成；③原料气净化和压缩；④氨的分离。其先后顺序为(

)A．①②③④

B．①③②④

C．④③②①

D．②③④①B随堂练习NH3是一种重要的工业原料。下列关于合成氨的说法中,不正确的是(

)A.工艺涉及催化技术B.工艺涉及高温高压技术C.原料之一的氮气来自空气D.从合成塔出来的气体中,氨的体积分数为100%D

随堂练习（二）流程分析1、原料气干燥、净化：除去原料气中的水蒸气及其他气体杂质，防止与催化剂接触时，导致催化剂“中毒”而降低或丧失催化活性2、压缩机加压：增大压强3、热交换：合成氨反应为放热反应，反应体系温度逐渐升高，为原料气反应提供热量，故热交换可充分利用能源，提高经济效益。4、冷却：生成物NH3的液化需较低温度采取迅速冷却的方法，可使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出来，以促使平衡向生成NH3的方向移动。5、循环使用原料气：因合成氨反应为可逆反应，平衡混合物中含有原料气，将NH3分离后的原料气循环利用，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，提高经济效益。四、影响化学反应进行的两个因素（一）参加反应的物质组成、结构和性质等本身因素（二）温度、压强、浓度、催化剂等反应条件1、定义：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。2、考虑因素：在实际生产中常常需要结合设备条件、安全操作、经济成本等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找适宜的生产条件。此外，还要根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析，权衡利弊，才能实施生产。五、化学反应的调控3、控制反应条件的目的(1)促进有利的化学反应：通过控制反应条件，可以加快化学反应速率，提高反应物的转化率，从而促进有利的化学反应进行。(2)抑制有害的化学反应：通过控制反应条件，也可以减缓化学反应速率，减少甚至消除有害物质的产生或控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。4、控制反应条件的基本措施(1)控制化学反应速率的措施：通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。(2)提高转化率的措施：通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。(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。()判断正误(正确的打“√”，错误的打“×”)×