2.4化学反应调控 课件 上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第二章

化学反应速率与化学平衡第四节化学反应的调控

合成氨难不难呢？如果你是当时的工程师，如何设计合成氨的条件呢？可以从哪些角度分析？一、合成氨反应条件与原理分析1、反应原理和特点N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH=-92.2kJ·mol-1可逆反应正反应是气体体积减小的反应ΔH<0、ΔS<02、原理分析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反应物浓度增大反应物浓度或减小生成物浓度升高温度降低温度增大压强增大压强使用催化剂无影响一、合成氨反应条件与原理分析N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH＜0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/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.1013.823.131.4一、合成氨反应条件与原理分析3、数据分析一、合成氨反应条件与原理分析3、实验数据分析N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH＜0根据课本表2-2在不同温度和压强下(初始时N2和H2的体积比为1:3)，平衡混合物中氨的含量实验数据分析，提高反应速率的条件是

温度、

压强、增大反应物浓度及使用催化剂；提高平衡混合物中氨的含量的条件是

温度、________压强、增大反应物浓度。二者在

这一措施上是不一致的。实验数据的分析与理论分析的结论是一致的。升高增大降低增大温度(1)工业合成氨的反应是ΔH<0、ΔS<0的反应，在任何温度下都可自发进行(2)在合成氨中，加入催化剂能提高原料的转化率(3)催化剂在合成氨中质量没有改变，因此催化剂没有参与反应(4)增大反应物的浓度，减少生成物的浓度，可以提高氨的产率(5)合成氨中在提高速率和原料的转化率上对温度的要求是一致的正误判断×××√×应用体验1.合成氨工业的主要反应为N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)

ΔH<0,

在密闭容器中进行。下列说法正确的是A.其他条件不变，及时分离出NH3，会降低NH3的产率B.使用催化剂可使N2的转化率达到100%C.其他条件不变，增大压强不仅能提高反应物的转化率，

还能缩短到达平衡的时间D.其他条件不变，温度越高，氨气的产率越高C2.研究不同催化剂对2NH3N2＋3H2反应速率的影响。恒温、恒容时，c(NH3)(×10－3mol·L－1)随时间(min)的变化如下。

tc(NH3)020406080催化剂Ⅰ2.402.001.601.200.80催化剂Ⅱ2.401.600.800.400.40下列说法不正确的是A.使用催化剂Ⅰ，0～20min平均反应速率v(N2)＝1.00×10－5mol·L－1·min－1B.使用催化剂Ⅱ，达平衡后容器内的压强是初始时的C.相同条件下，使用催化剂Ⅰ和催化剂Ⅱ的反应热相同D.相同条件下，使用催化剂Ⅱ可使该反应的化学平衡常数更大D合成氨反应条件的选择原则二、实际工业合成氨的适宜条件工业生产中，必须从

和

两个角度选择合成氨的适宜条件。(1)尽量增大反应物的

，充分利用原料。(2)选择较快的

，提高单位时间内的产量。(3)考虑设备的要求和技术条件等。反应速率反应限度转化率化学反应速率【原理分析】压强越大越好【实际选用】

目前，我国合成氨厂一般采用的压强为

MPa。10～30【理由】压强越大，对设备要求越高，增加成本，降低综合经济效益。1.压强二、实际工业合成氨的适宜条件N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)【原理分析】温度越低转化率越高但反应速率越慢，达到平衡所需时间变长，不经济【实际选用】2.温度目前，实际生产一般采用的温度为

℃400~500二、实际工业合成氨的适宜条件铁触媒在500℃左右时的活性最大N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)【原理分析】加催化剂可改变反应历程，加快反应速率【实际选用】目前，普遍使用以铁为主体成分的催化剂，即

。铁触媒500℃时活性最大

3.催化剂二、实际工业合成氨的适宜条件什么是催化剂中毒？工业上如何防止催化剂中毒？【原理分析】【实际选用】及时移走产物氨增大反应物浓度4.浓度二、实际工业合成氨的适宜条件及时将氨气从反应混合物中分离出去，将未反应的N2和H2循环使用并及时补充N2和H2,使反应物保持一定的浓度。N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)实际生产中，N2和H2的物质的量之比并非1∶3，而是1∶2.8，分析说明原料中N2适度过量的2个理由：____________________________________________________、_____________________________________________________。适当提高N2比例，加快合成氨的速率5.投料比二、实际工业合成氨的适宜条件N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)大量实验证明,合成氨反应中当n(N2)∶n(H2)＝1∶3时，氨的平衡体积分数最大。【原理分析】【实际选用】N2相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率三、合成氨的生产流程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N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH＜0应用体验1.下列有关合成氨条件选择的说法正确的是A.适当增加氢气的浓度可提高氮气的平衡转化率B.温度越高，速率越快，生产效益越好C.使用铁触媒能提高合成氨反应的平衡转化率D.将氨及时液化分离不利于提高氨的产率AN2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH＜02.合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g),N2(g)与H2(g)反应生成1molNH3(g)放出46kJ的热量。该反应通常需要在高温(400～500℃)、高压(10～30MPa)条件下进行,反应过程通常采用铁触媒作为催化剂。下列说法不正确的是A.合成氨反应中采用400～500℃高温主要是因为此时催化剂的

活性最大B.合成氨反应中采用高压的目的主要是为了促进平衡向右移动C.合成氨反应中采用铁触媒作为催化剂可以加快反应速度D.合成氨反应中将0.5molN2(g)和1.5molH2(g)置于密闭容器中

充分反应，其放出热量为46kJD3.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＝－196.6kJ·mol－1。(已知：催化剂是V2O5，在400～500℃时催化剂效果最好)下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率。温度/℃平衡时SO2的转化率/%0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3(1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能多地转化为三氧化硫，应选择的条件是________________。(2)在实际生产中，选定的温度为400～500℃，原因是________________________________________________________________________________________________________________。450℃、10MPa

在此温度下，催化剂活性最高。温度较低，会使反应速率减小，达到平衡所需时间变长；温度较高，SO2的转化率会降低(3)在实际生产中，采用的压强为常压，原因是____________________________________________________________________________________________________________________。在常压下SO2的转化率就已经很高了(97.5%)，若采用高压，平衡向右移动，但效果并不明显，且采用高压时会增大对设备的要求而增大生产成本3.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＝－196.6kJ·mol－1。(已知：催化剂是V2O5，在400～500℃时催化剂效果最好)下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率。温度/℃平衡时SO2的转化率/%0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3(5)尾气中SO2必须回收，原因是________________________________________________________。防止污染环境；循环利用，提高原料的利用率(合理即可)(4)在实际生产中，通入过量的空气，原因是_______________________________________________。3.在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(