化学反应的控制（课件）【化学可以这样讲】高er化学教学课件习题（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控制素养要求1.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究领域中的重要作用。2.知道催化剂可以改变反应历程，对调控反应速率具有重要意义。3.能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题，能讨论化学反应条件的选择和优化。【合成氨的发展】我国合成氨工业的发展是在20世纪30年代开始的，经过几十年的不懈奋斗和发展，我国已经拥有了许多不同流程、不同规模的合成氨工厂。我国目前拥有了一支能够进行合成氨生产的科研等方面的研究技术团队，让我国已成为世界上最大的合成氨生产国，产量约占世界总产量的1/3。合成氨工业是关系我国国民经济的重要行业，是我国化肥工业的基础，也是传统煤化工的重要组成部分。氨是重要的化工原料，主要用于制造氮肥、硝酸、丁腈橡胶等；氨在冶金、机械加工、电子、造纸等行业用途广泛。合成氨的应用制尿素制纯碱制硝酸制冷剂1合成氨条件的理解任务一

合成氨条件的理解1.合成氨反应的特点

已知298K时：ΔH＝－92.4kJ·mol－1，ΔS＝－198.2

J·mol－1·K－1N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)(1)自发性：(2)可逆性：(3)熵变：(4)焓变：ΔH<0，正反应是放热反应ΔS<0，正反应是气体体积缩小的反应反应为可逆反应常温(298K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行(5)体积变化：正反应是气体体积缩小的反应。任务一

合成氨条件的理解2．提高合成氨反应速率和平衡转化率的条件比较条件提高反应速率提高平衡转化率综合结果压强高压高压高压温度高温低温兼顾速率和平衡，且考虑催化剂活性催化剂使用无影响使用浓度增大反应物浓度增大反应物浓度，降低生成物浓度增大反应物浓度，且不断减少生成物浓度3.工业生产中选择适宜生产条件的原则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补充反应物、及时地分离出生成物加合适的催化剂不需要加合适的催化剂任务一

合成氨条件的理解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高温ΔH<0低温兼顾速率和平衡,考虑催化剂的适宜温度ΔH>0高温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压强高压(有气体参加)反应后气体体积减小的反应高压在设备条件允许的前提下,尽量采取高压反应后气体体积增大的反应低压兼顾速率和平衡,选取适宜的压强任务一

合成氨条件的理解任务一

合成氨条件的理解4.原理分析条件提高反应速率提高平衡转化率压强温度催化剂浓度如何选择反应条件，以增大反应速率、提高平衡转化率？(利用影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析)特别注意：【交流讨论】二者在温度这一措施上是不一致的增大反应物浓度，降低生成物浓度增大反应物浓度无影响使用降低温度升高温度增大压强增大压强任务一

合成氨条件的理解5.数据分析特别注意：二者在温度这一措施上是不一致的典例剖析任务一

合成氨条件的理解(2023·天津第三中学高二期中)德国化学家哈伯在合成氨方面的研究促进了人

类的发展。合成氨的工业流程如图，下列说法错误的是(

)A.增大压强既可以加快反应速率，又可以提高原

料转化率B.升高温度既可以加快反应速率，又可以提高平

衡转化率C.冷却过程中采用热交换有助于节约能源D.原料循环使用可提高其利用率B2工业合成氨的适宜条件任务二

工业合成氨的适宜条件1.合成氨反应条件的选择原则尽量增大反应物的转化率，充分利用原料；(1)选择较快的化学反应速率，提高单位时间内的产量；(2)考虑设备的要求和技术条件。(3)从反应速率和反应限度两个角度任务二

工业合成氨的适宜条件2、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—成本与效益的博弈任务二

工业合成氨的适宜条件3、温度：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。任务二

工业合成氨的适宜条件4、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。任务二

工业合成氨的适宜条件合成氨催化剂的选择德国化学家博施据统计，约90%以上的化学工业过程中都使用催化剂。合成氨需要用到催化剂铁触媒，为了寻找合适的催化剂，博施及其研究组进行了大量的试验，一直到1922年，共进行了超过2500种配方的20000多次试验，终于筛选出了合成氨工业用催化剂。尽管后来不断地改进，但这种类型的催化剂一直沿用至今。2016年，中国科学院大连化学物理研究所的研究团队研制了一种新型催化剂，将合成氨的温度、压强分别降到了350℃、1MPa，这是近年来合成氨反应研究中的重要突破，为发展更加节能的催化剂提供了新的思路。可见，催化剂在工业生产及能源问题中发挥着巨大作用。任务二

工业合成氨的适宜条件5、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3】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?使化学平衡向生成氨的方向移动。

【归纳提升】任务二

工业合成氨的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任务三

合成氨的生产流程（一）生产流程任务三

合成氨的生产流程（二）流程分析1、原料气干燥、净化：2、压缩机加压：3、热交换：增大压强生成物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4、冷却：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。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。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。任务三

合成氨的生产流程（三）影响化学反应进行的两个因素1、参加反应的物质组成、结构和性质等本身因素2、温度、压强、浓度、催化剂等反应条件（四）化学反应的调控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。任务三

合成氨的生产流程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，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。

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：任务三

合成氨的生产流程4、控制反应条件的基本措施

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)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：课堂小结

选择化工生产适宜条件的分析角度分析角度原则要求从化学反应速率分析既不能过快，又不能太慢从化学平衡移动分析既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性从原料的利用率分析增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本从实际生产能力分析如设备承受高温、高压的能力等从催化剂的使用活性分析注意催化剂的活性对温度的限制当

堂

练

习3任务四

限时训练1.(2023·石家庄十八中高二月考)下列关于工业合成氨的说法正确的是(

)A.工业合成氨采用10～30MPa，是因为该条件下催化剂的活性最好B.选择不同的催化剂会改变此反应ΔH的数值C.合成氨工业中采用低温以提高平衡转化率D.合成氨工业中采用循环操作，主要是为了提高氮气和氢气的利用率D任务四

限时训练B任务四

限时训练3.(2023·辽宁协作校高二月考)化学反应的调控对于工业生产具有积极意义，下

列关于调控措施的说法错误的是(

)A.硫酸工业中，在高温高压、催化剂作用下，可提高生产效益B.硫酸工业中，为提高SO2的转化率，可通入稍过量的空气C.工业合成氨，考虑催化剂的活性，选择400～500℃的反应温度D.工业合成氨，迅速冷却、液化氨气是为了使化学平衡向生成氨气的方向

移动A任务四

限时训练低温高压任务四

限时训练(2)下列有关合成氨工业的叙述，正确的是________(填字母)。A.循环的气体是N2、H2、NH3B.采用高温是为了保证尽可能高的平衡转化率与快的反应速率C.及时分离出产品，有利于反应正向进行D.当温度、压强一定时，