化学反应的调控课件

第二章化学反应速率与化学平衡第四节化学反应的调控1.知道如何应用化学反应速率和化学平衡分析合成氨的适宜条件，体会应用化学原理分析化工生产条件的思路和方法。2.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。3.在合成氨适宜条件的讨论中，形成多角度分析化学反应和化工生产条件的思路。阅读课本P44-47页的内容，思考回答下列问题：1.工业合成氨的反应及特点：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH=-92.4kJ/mol(1)该反应为可逆反应。(2)该反应的正反应为气体体积

(填“增大”“减小”或“不变”)的反应。(3)该反应的正反应为

(填“吸热”或“放热”)反应。减小放热2.如何综合提高经济效益，请从单位时间里提高合成氨的产量、提高平衡混合物中氨的含量的角度分析。氨是重要的无机化工产品之一，合成氨工业在国民经济中占有重要地位。农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20%作为其它化工产品的原料。一、合成氨反应的原理分析工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破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

增大移走氨升温降温增大增大正催化剂不影响N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol-1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？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?在实际生产中到底选择哪些适宜的条件呢?温度/℃氨的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.113.823.131.4若追求速度，怎么选条件？若追求产率，怎么选条件？把成本也考虑进去，即综合考量速率、产率、成本①温度升高,氨的含量

;与速率是

(填“相一致”或“相矛盾”)。②压强增大,氨的含量

;与速率是

(填“相一致”或“相矛盾”)。二、合成氨反应的数据分析(初始时氮气和氢气的体积比是1：3)下表的实验数据是在不同温度、压强下，平衡混合物中氨的含量的变化情况合成氨的适宜条件的选择外界条件使NH3生产得快使NH3生产得多理论选择适宜条件压强温度催化剂反应物浓度增大浓度高温使用增大浓度低温无影响增大浓度矛盾？？速率分析平衡分析高压高压高压一致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）压强：一般采用的温度为400~500℃。

【思考1】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。温度的选择—快与少、慢与多的权衡（二）温度：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（三）催化剂：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。

（四）浓度：

工业合成氨的适宜条件压强温度催化剂浓度10～30MPa400～500℃铁触媒采取

的方法，及时分离出液氨，分离后的原料气

.

三、合成氨反应的条件调控N2和H2的的投料比为1∶2.8，及时分离氨四、调控化学反应需考虑的问题1．反应限度：要考虑尽量增大反应物的__________，充分利用原料。2．反应速率：要选择较快的____________，提高单位时间内的产量。3．生产要求：要考虑设备的要求和技术条件。转化率反应速率化学反应的调控①含义：通过

使一个可能发生的反应按照某一方向进行。②考虑因素：设备条件、安全操作、经济成本等；综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找合适的生产条件；权衡分析环境保护及社会效益等方面的规定和要求。结合合成氨的条件选择，思考：工业上调控化学反应需要考虑哪些问题？1.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B2.相同温度下，有体积相同的甲、乙两个容器，甲容器中充入1gN2和1gH2，乙容器中充入2gN2和2gH2，分别进行合成氨反应。下列叙述中错误的是A.化学反应速率：乙>甲B.平衡后N2的浓度：乙>甲C.H2的平衡转化率：乙>甲D.平衡混合气体中H2的体积分数：乙>甲D

3.有平衡体系：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

ΔH<0。为了增加甲醇(CH3OH)的产量，应采取的正确措施是A.高温，高压B.适宜温度，高压，催化剂C.低温，低压D.高温，高压，催化剂B4.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①④D5.在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=-198kJ·mol-1。回答下列(1)-(5)题：(已知催化剂是V2O5，在400~500℃时催化效果最好)下表为不同温度和压强下SO2的转化率(%)。(1)根据化学理论和以上数据综合分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫，可控制的条件是什么?常压、450℃、催化剂5.在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=-198kJ·mol-1。回答下列(1)-(5)题：(已知催化剂是V2O5，在400~500℃时催化效果最好)下表为不同温度和压强下SO2的转化率(%)。(2)在实际生产中，选定400~500℃作为操作温度，其原因是什么?兼顾速率和平衡，且在此温度下催化剂的活性最高5.在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=-198kJ·mol-1。回答下列(1)-(5)题：(已知催化剂是V2O5，在400~500℃时催化效果最好)下表为不同温度和压强下SO2的转化率(%)。(3)根据上表中的数据分析，制取SO3时为什么不采用高压?在常压下SO2的转化率就已经很高了(97.5%)，若采用高压，平衡能向右移动，但效果并不明显，且采用高压时会增大设备的成本，得不偿失5.在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=-198kJ·mol-1。回答下列(1)-(5)题：(已知催化剂是V2O5，在400~500℃时催化效果最好)下表为不同温度和压强下SO2的转化率(%)。(4)在生产中，通入过量空气的目的是什么?增大反应物O2的浓度，提高SO2的转化率5.在硫酸