化学反应的调控 高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1+

第二章

第四节

化学反应的调控情景导课

自1784年发现氨以后，人们一直在研究如何利用化学方法由氮气和氢气合成氨，但直到1913年才实现了合成氨的工业化生产，经过研究人员的努力，几十年后建造了日产氨1000吨的大型装置。研究和寻找合适的合成氨的生产条件。思考与交流

学习任务一：合成氨反应条件的原理分析已知工业合成氨的反应原理：N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH＝−92.4kJ•mol−1，思考回答下列问题：1.合成氨反应的特点？2.从增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量两角度，应分别如何选择反应条件？

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升高温度降低温度增大压强增大压强使用催化剂无影响①可逆反应;②正反应是气体体积减小的反应；③ΔH<0，ΔS<0。思考与交流温度/℃氨的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.1013.823.131.43.已知：在不同温度、压强下，平衡混合物中氨的含量的变化情况(初始时氮气和氢气的体积比是1：3)综合上述两个方面，分析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。

学习任务一：合成氨反应条件的原理分析资料卡片思考与交流

学习任务二：寻找工业合成氨的适宜条件1．工业生产中增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？为什么？

查寻资料：在高温高压条件下，氢气会与碳钢中的碳反应生成甲烷，使碳钢变“脆”、破裂的情况下。02040608020406080100压强/Mpa图1400°C下平衡时氨的体积分数随压强的变化示意图NH3的体积分数/%工业合成氨压强：10MPa-30MPa思考与交流

学习任务二：寻找工业合成氨的适宜条件2．既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？为什么？目前，一般采用的温度为400~500℃。010206080200300400500600温度/°C3040507090NH3的体积分数/%图210Mpa下平衡时氨的体积分数随压强的变化示意图资料卡片查寻资料：目前合成氨工业中普遍使用“铁触媒”作催化剂。其催化能力与温度关系如下图：温度/°C3．催化剂对化学平衡移动没有影响，为什么在合成氨工业中要使用催化剂？铁触媒在500℃左右时活性最大。思考与交流

学习任务二：寻找工业合成氨的适宜条件4．根据上述信息，请思考从浓度因素还可以采取哪些措施进一步提高合成氨的产率？①目前，一般采用N2和H2的投料比为1:2.8。资料卡片图3合成氨生产流程示意图

②采用迅速冷却的方法，使氨气变成液氨并及时分离，分离后的原料气N2和H2，并及时补充循环使用，使反应物保持一定的浓度。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课堂笔记

工业合成氨的适宜条件压强10～30MPa温度400～500℃催化剂铁触媒浓度①N2和H2的的投料比为1∶2.8。②及时从平衡混合物中分离出NH3。③

分离出NH3后的原料气循环使用并及时补充N2和H2思维建模可行性找条件适宜工业生产条件化工生产中调控反应的一般思路明确目的确定反应实验摸索原理分析影响因素调控反应适宜反应条件分析反应的方向性、可逆性等反应速率、化学平衡设备条件、安全操作、经济成本、环境保护、社会效益

依据

验证

评估一致性、矛盾性以及催化剂活性练习应用温度不同压强下SO2的转化率/%1×105Pa5×105Pa1×106Pa5×106Pa1×107Pa450℃97.598.999.299.699.7550℃85.692.994.997.798.31.在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g)∆H=-196.6kJ/mol。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。(1)从理论上分析，为了使SO2尽可能多地转化为SO3，应选择的条件是

。(2)在实际生产中，选定温度为400-500℃，原因是

。

。(3)在实际生产中，采用的压强为常压，原因是

。

。(4)在实际生产中，通入过量的空气，原因是是

。(5)尾气中的SO2必须回收，原因是

。低温高压温度较低，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。结合表中数据可知，常压下SO2的转化率已经很高，增大压强时，转化率提升不明显，但对材料的强度和设备制造的要求均提高很多，增加成本增大O2的浓度，提高SO2的转化率防止污染环境，同时提高其转化率。知识拓展

哈伯（1918年）合成氨的基础开发工