化学反应的调控-高二化学高效设计（人教版2019选择性必修1）

第二章第四节

化学反应的调控

N2＋3H2

2NH3高温、高压催化剂

一、从反应方向分析合成氨合成氨反应是一个可逆反应，化学方程式为：在298K时，ΔH=－92.2kJ·mol-1，ΔS=－198.2J·K-1·mol-1根据计算，在298K时，该反应为

反应。K=5.0×108自发二、从化学平衡和反应速率分析合成氨ΔH=－92.2kJ·mol-1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

及时分离生成物升高降低增大增大使用无影响外界条件选择的条件催化剂温度压强浓度反应物浓度大，及时分离生成物适宜的温度高压强使用合适的催化剂二、从化学平衡和反应速率分析合成氨1909年，德国物理化学家哈伯用锇催化剂将氮气与氢气在17.5~20MPa和500~600℃下直接合成，反应器出口得到6%的氨。使合成氨工业化生产有了可能性。(F.Haber,1868-1934)哈伯将这项专利卖给了一家公司，于是这家公司对合成氨进行立项开发。当化学家博施被委托负责开发此项目时，他认识到合成氨工业化生产实际需要解决一些问题。(C.Bosch,1874-1940)外界条件选择的条件催化剂温度压强浓度使用合适的催化剂适宜的温度高压强反应物浓度大，及时分离生成物理论分析合成氨反应选择的条件三、从实际生产分析合成氨催化剂难加工、储量少高效、稳定的实际难题1实验室催化剂：锇工业生产催化剂：铁触媒外界条件选择的条件催化剂温度压强浓度使用合适的催化剂适宜的温度高压强反应物浓度大，及时分离生成物理论分析合成氨反应选择的条件图2-1210MPa下平衡时氨的体积分数随温度的变化示意图工业上选择温度：400-500℃铁触媒在500℃时活性最大理论分析温度：适宜的温度三、从实际生产分析合成氨外界条件选择的条件催化剂温度压强浓度使用合适的催化剂适宜的温度高压强反应物浓度大，及时分离生成物理论分析合成氨反应选择的条件实际难题2开发耐高温、耐高压的合成设备理论分析压强：高压强工业生产压强：10MPa-30MPa三、从实际生产分析合成氨表2-2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/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.1013.823.131.4三、从实际生产分析合成氨500摄氏度30MPa下，氨的体积分数为26.4%，并不高，我们思考一下，还可以通过调节什么条件提高氨的产量呢？三、从实际生产分析合成氨外界条件选择的条件催化剂温度压强浓度使用合适的催化剂适宜的温度高压强反应物浓度大，及时分离生成物理论分析合成氨反应选择的条件三、从实际生产分析合成氨N2、H2循环使用，并及时补充及时分离NH3图2-13合成氨生产流程示意图三、从实际生产分析合成氨实际难题3获得大量廉价原料气体采用水煤气作为氢气的来源；氮气由液化空气分离法提供三、从实际生产分析合成氨到目前为止，氨的合成实现工业化生产已经100多年了，据统计，全世界在工业合成氨上消耗的能源占全人类能源消耗的1%-2%，为了降低其能耗，人们一直致力于优化合成氨的条件。三、从实际生产分析合成氨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、压强分别降为350℃，1MPa，这是一项重大突破。确定合适的反应选择条件设备条件安全操作经济成本环境保护社会效益理论分析化学反应速率化学反应平衡实际分析化工生产中调控反应的一般思路练一练在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化为SO3：

ΔH=-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。2SO2+O2

2SO3

温度/℃平衡时SO2的转化率/%0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3（1）在实际生产中，选定的温度为400-500℃，原因是？温度较低，会使反应速率减小，达