2.4.1化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控課件高二上學(xué)期化學(xué)人教版選擇性必修1

第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控課堂引入從合成氨說起

18世紀(jì)末，英國化學(xué)家克魯克斯“先天下之憂而憂”，率先發(fā)出為了使子孫后代免于饑餓“向空氣要氮肥”的號(hào)召。

德國化學(xué)家哈伯向合成氨發(fā)起沖擊。1908年7月，他在實(shí)驗(yàn)室用氮?dú)夂蜌錃庠?00℃、20MPa下得到了氨，但是產(chǎn)率只有2%。思考交流如何選擇合適的合成氨的生產(chǎn)條件？可以從哪些角度分析？工業(yè)生產(chǎn)需要考慮的問題速率產(chǎn)率經(jīng)濟(jì)成本設(shè)備條件安全條件可逆性體積變化焓變自發(fā)性

合成氨的熱化學(xué)方程式為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.4kJ·mol-1反應(yīng)為

反應(yīng)。正反應(yīng)是氣體體積

的反應(yīng)。?H

0，熵變：?S

0常溫（298K）下，?H－T?S

0，能自發(fā)進(jìn)行?？赡婵s小<<<一、合成氨反應(yīng)及其特點(diǎn)

根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)，應(yīng)如何選擇反應(yīng)條件，以增大合成氨的反應(yīng)速率、提高平衡混合物中氨的含量？對合成氨反應(yīng)的影響影響因素濃度溫度壓強(qiáng)催化劑增大合成氨的反應(yīng)速率

提高平衡混合物中氨的含量

增大增大反應(yīng)物濃度移走氨升溫降溫增大增大正催化劑不影響增大合成氨的反應(yīng)速率與提高平衡混合物中氨的含量所應(yīng)采取的措施是否一致①升高溫度，氨的含量降低。這與反應(yīng)速率是矛盾的；②增大壓強(qiáng)，氨的含量增大。這與反應(yīng)速率是一致的。數(shù)據(jù)分析思考與討論數(shù)據(jù)分析結(jié)合教材表2-2的數(shù)據(jù)并結(jié)合圖2-11和12討論如何選擇反應(yīng)條件。N2(g)+3H2(g)2NH3(g)?H＝－92.4kJ/mol溫度/℃氨的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.1013.823.131.41、壓強(qiáng)二、工業(yè)合成氨適宜條件的選擇原理分析實(shí)驗(yàn)分析合成氨時(shí)壓強(qiáng)越大越好實(shí)際生產(chǎn)壓強(qiáng)越大，對材料的強(qiáng)度和設(shè)備的制造要求就越高，需要的動(dòng)力也越大大大增加生產(chǎn)投資，并可能降低綜合經(jīng)濟(jì)效益我國的合成氨廠一般采用的壓強(qiáng)為10MPa~30MPa2、溫度二、工業(yè)合成氨適宜條件的選擇原理分析實(shí)驗(yàn)分析低溫以提高平衡轉(zhuǎn)化率溫度降低會(huì)使化學(xué)反應(yīng)速率減小實(shí)際生產(chǎn)達(dá)到平衡所需時(shí)間變長，工業(yè)生產(chǎn)中是很不經(jīng)濟(jì)在實(shí)際生產(chǎn)中一般采用的溫度為400~500℃。3、催化劑二、工業(yè)合成氨適宜條件的選擇高溫、高壓下，N2和H2的化合反應(yīng)仍然進(jìn)行十分緩慢。

通常采用加入催化劑的方法，改變反應(yīng)歷程降低反應(yīng)的活化能，使反應(yīng)物在較低溫度時(shí)能較快地發(fā)生反應(yīng)合成氨工業(yè)中普遍使用的是以鐵為主體的名成分催化劑，又稱鐵觸媒3、催化劑二、工業(yè)合成氨適宜條件的選擇

鐵觸媒在500℃左右時(shí)的活性最大，這也是合成氨一般選擇400~500℃進(jìn)行的重要原因。另外，為了防止混有的雜質(zhì)使催化劑“中毒”，原料氣必須經(jīng)過凈化。因吸附或沉積毒物而使催化劑活性降低或喪失的過程。

N2和H2的比例怎么定？實(shí)際生產(chǎn)中的處理方法：及時(shí)將氣態(tài)氨冷卻液化分離出去；及時(shí)將氮?dú)夂蜌錃庋h(huán)利用，使其保持一定的濃度。反應(yīng)速率反應(yīng)物濃度反應(yīng)速率化學(xué)平衡氮?dú)夂蜌錃獾奈镔|(zhì)的量比1：3平衡轉(zhuǎn)化率最大1：2.8更能促進(jìn)氨的合成二、工業(yè)合成氨適宜條件的選擇4、濃度總結(jié)：工業(yè)合成氨的適宜條件（1）壓強(qiáng)選擇依據(jù)：壓強(qiáng)越大，速率越快，同時(shí)平衡正向移動(dòng)，越有利于合成氨，但壓強(qiáng)越大，對材料和設(shè)備的要求就越高，需要的動(dòng)力也越大，可能降低綜合經(jīng)濟(jì)效益。（2）溫度選擇依據(jù)：該溫度下催化劑活性最大，反應(yīng)速率比較快，氨的含量也相對較高。（3）催化劑（4）濃度N2和H2按1：2.8混合，及時(shí)將氣態(tài)氨冷卻液化分離出去；及時(shí)將氮?dú)夂蜌錃庋h(huán)利用，使其保持一定的濃度。使用以鐵為主體的名成分催化劑，又稱鐵觸媒一般采用的溫度為400~500℃一般采用的壓強(qiáng)為10MPa~30MPa5、合成氨的生產(chǎn)流程二、工業(yè)合成氨適宜條件的選擇N2+H2干燥凈化防止催化劑中毒N2+H2壓縮機(jī)加壓10MPa～30MPaN2+H2熱交換N2+H2鐵觸媒400～500℃N2+H2+NH3冷卻液態(tài)NH3N2+H2+NH3N2+H2充分利用能源增大壓強(qiáng)促使化學(xué)平衡向生成氨氣的方向移動(dòng)原料氣循環(huán)利用，提高原料利用率三、化工生產(chǎn)中調(diào)控反應(yīng)的一般思路影響化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的因素就是通過改變反應(yīng)條件使一個(gè)可能發(fā)生的反應(yīng)按照某一方向進(jìn)行。參加反應(yīng)的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等本身因素溫度、壓強(qiáng)、濃度、催化劑等反應(yīng)條件化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控：結(jié)合設(shè)備條件、安全操作、經(jīng)濟(jì)成本等情況實(shí)際生產(chǎn)根據(jù)環(huán)境保護(hù)及社會(huì)效益等方面的規(guī)定和要求做出分析尋找適宜的生產(chǎn)條件權(quán)衡利弊，才能實(shí)施生產(chǎn)三、化工生產(chǎn)中調(diào)控反應(yīng)的一般思路外界條件有利于增大反應(yīng)速率的條件控制有利于平衡正向移動(dòng)的條件控制綜合分析結(jié)果濃度催化劑增大反應(yīng)物的濃度增大反應(yīng)物的濃度、減小生成物的濃度不斷地拓展資料反應(yīng)物、及時(shí)地分離出生成物加入合適的催化劑不需要加入合適的催化劑三、化工生產(chǎn)中調(diào)控反應(yīng)的一般思路外界條件有利于增大反應(yīng)速率的條件控制有利于平衡正向移動(dòng)的條件控制綜合分析結(jié)果溫度

ΔH<0ΔH>0壓強(qiáng)

反應(yīng)后氣體體積減小的反應(yīng)反應(yīng)后氣體體積增大的反應(yīng)高溫低溫高溫兼顧速率和平衡,考慮催化劑的適宜溫度在設(shè)備條件允許的前提下,盡量采取高溫并考慮催化劑的活性高壓(有氣體參加)高壓低壓在設(shè)備條件允許的前提下,盡量采取高壓兼顧速率和平衡,選取適宜的壓強(qiáng)哈伯（1918年）合成氨的基礎(chǔ)開發(fā)工作合成氨與三次諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)