化學反應的調控課件

第二章化學反應速率與化學平衡第四節(jié)化學反應的調控1.知道如何應用化學反應速率和化學平衡分析合成氨的適宜條件，體會應用化學原理分析化工生產條件的思路和方法。2.認識化學反應速率和化學平衡的綜合調控在生產、生活和科學研究中的重要作用。3.在合成氨適宜條件的討論中，形成多角度分析化學反應和化工生產條件的思路。閱讀課本P44-47頁的內容，思考回答下列問題：1.工業(yè)合成氨的反應及特點：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

ΔH=-92.4kJ/mol(1)該反應為可逆反應。(2)該反應的正反應為氣體體積

(填“增大”“減小”或“不變”)的反應。(3)該反應的正反應為

(填“吸熱”或“放熱”)反應。減小放熱2.如何綜合提高經濟效益，請從單位時間里提高合成氨的產量、提高平衡混合物中氨的含量的角度分析。氨是重要的無機化工產品之一，合成氨工業(yè)在國民經濟中占有重要地位。農業(yè)上使用的氮肥，例如尿素、硝酸銨、磷酸銨、氯化銨以及各種含氮復合肥，都是以氨為原料的。合成氨是大宗化工產品之一，世界每年合成氨產量已達到1億噸以上，其中約有80%的氨用來生產化學肥料，20%作為其它化工產品的原料。一、合成氨反應的原理分析工業(yè)合成氨是人類科學技術的一項重大突破對合成氨反應的影響影響因素濃度溫度壓強催化劑增大合成氨的反應速率

提高平衡混合物中氨的含量

增大移走氨升溫降溫增大增大正催化劑不影響N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol-1根據合成氨反應的特點，應如何選擇反應條件，以增大合成氨的反應速率、提高平衡混合物中氨的含量？增大合成氨的反應速率與提高平衡混合物中氨的含量所應采取的措施是否一致?在實際生產中到底選擇哪些適宜的條件呢?溫度/℃氨的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.113.823.131.4若追求速度，怎么選條件？若追求產率，怎么選條件？把成本也考慮進去，即綜合考量速率、產率、成本①溫度升高,氨的含量

;與速率是

(填“相一致”或“相矛盾”)。②壓強增大,氨的含量

;與速率是

(填“相一致”或“相矛盾”)。二、合成氨反應的數(shù)據分析(初始時氮氣和氫氣的體積比是1：3)下表的實驗數(shù)據是在不同溫度、壓強下，平衡混合物中氨的含量的變化情況合成氨的適宜條件的選擇外界條件使NH3生產得快使NH3生產得多理論選擇適宜條件壓強溫度催化劑反應物濃度增大濃度高溫使用增大濃度低溫無影響增大濃度矛盾？？速率分析平衡分析高壓高壓高壓一致合成氨廠一般采用的壓強為10MPa~30Mpa。

【思考1】合成氨時壓強越大越好，為何不采用比30MPa更大的壓強?提示：壓強越大，對材料的強度和設備的制造要求也越高，需要的動力也越大，這會加大生產投資，可能降低綜合經濟效益。

壓強的選擇—成本與效益的博弈（一）壓強：一般采用的溫度為400~500℃。

【思考1】合成氨采用低溫時可提高轉化率，但為何未采用更低的溫度?提示：溫度太低，反應速率太小，達到平衡所需的時間變長，不經濟。升高溫度，轉化率降低，另外，合成氨所需的催化劑鐵觸媒的活性在500℃左右活性最大。溫度的選擇—快與少、慢與多的權衡（二）溫度：目前，合成氨工業(yè)中普遍使用的是以鐵為主體的多成分催化劑，又稱鐵觸媒。鐵觸媒在500℃左右時的活性最大，這也是合成氨一般選擇400~500℃進行的重要原因。另外，為了防止混有的雜質使催化劑“中毒”，原料氣必須經過凈化。

使用催化劑可使合成氨反應的速率提高上萬億倍（三）催化劑：采取迅速冷卻的方法，使氣態(tài)氨變成液氨后及時從平衡混合物中分離出去，以促使化學平衡向生成NH3的方向移動。此外，如果讓N2和H2的混合氣體只一次通過合成塔發(fā)生反應也是很不經濟的，應將NH3分離后的原料氣循環(huán)使用，并及時補充N2和H2，使反應物保持一定的濃度，以利于合成氨反應?！舅伎肌亢铣砂惫I(yè)采用迅速冷卻法，使氣態(tài)氨變?yōu)橐喊焙蠹皶r從混合物中分離出去的目的是什么?【提示】使化學平衡向生成氨的方向移動。

（四）濃度：

工業(yè)合成氨的適宜條件壓強溫度催化劑濃度10～30MPa400～500℃鐵觸媒采取

的方法，及時分離出液氨，分離后的原料氣

.

三、合成氨反應的條件調控N2和H2的的投料比為1∶2.8，及時分離氨四、調控化學反應需考慮的問題1．反應限度：要考慮盡量增大反應物的__________，充分利用原料。2．反應速率：要選擇較快的____________，提高單位時間內的產量。3．生產要求：要考慮設備的要求和技術條件。轉化率反應速率化學反應的調控①含義：通過

使一個可能發(fā)生的反應按照某一方向進行。②考慮因素：設備條件、安全操作、經濟成本等；綜合考慮影響化學反應速率和化學平衡的因素，尋找合適的生產條件；權衡分析環(huán)境保護及社會效益等方面的規(guī)定和要求。結合合成氨的條件選擇，思考：工業(yè)上調控化學反應需要考慮哪些問題？1.有關合成氨工業(yè)的說法中，正確的是A.增大H2的濃度，可提高H2的轉化率B.由于氨易液化，N2、H2在實際生產中會循環(huán)使用，所以總體來說氨的產率很高C.合成氨工業(yè)的反應溫度控制在400~500℃，目的是使化學平衡向正反應方向移動D.合成氨廠采用的壓強是10MPa~30Mpa，因為該壓強下鐵觸媒的活性最大B2.相同溫度下，有體積相同的甲、乙兩個容器，甲容器中充入1gN2和1gH2，乙容器中充入2gN2和2gH2，分別進行合成氨反應。下列敘述中錯誤的是A.化學反應速率：乙>甲B.平衡后N2的濃度：乙>甲C.H2的平衡轉化率：乙>甲D.平衡混合氣體中H2的體積分數(shù)：乙>甲D

3.有平衡體系：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)

ΔH<0。為了增加甲醇(CH3OH)的產量，應采取的正確措施是A.高溫，高壓B.適宜溫度，高壓，催化劑C.低溫，低壓D.高溫，高壓，催化劑B4.工業(yè)上合成氨一般采用400~500℃的溫度，其原因是①適當提高氨的合成速率

②提高H2的轉化率③提高氨的產率

④催化劑在500℃左右活性最大A.只有①

B.只有①②C.②③④ D.只有①④D5.在硫酸工業(yè)中，通過下列反應使SO2氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=-198kJ·mol-1?；卮鹣铝?1)-(5)題：(已知催化劑是V2O5，在400~500℃時催化效果最好)下表為不同溫度和壓強下SO2的轉化率(%)。(1)根據化學理論和以上數(shù)據綜合分析，為了使二氧化硫盡可能轉化為三氧化硫，可控制的條件是什么?常壓、450℃、催化劑5.在硫酸工業(yè)中，通過下列反應使SO2氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=-198kJ·mol-1?；卮鹣铝?1)-(5)題：(已知催化劑是V2O5，在400~500℃時催化效果最好)下表為不同溫度和壓強下SO2的轉化率(%)。(2)在實際生產中，選定400~500℃作為操作溫度，其原因是什么?兼顧速率和平衡，且在此溫度下催化劑的活性最高5.在硫酸工業(yè)中，通過下列反應使SO2氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=-198kJ·mol-1?；卮鹣铝?1)-(5)題：(已知催化劑是V2O5，在400~500℃時催化效果最好)下表為不同溫度和壓強下SO2的轉化率(%)。(3)根據上表中的數(shù)據分析，制取SO3時為什么不采用高壓?在常壓下SO2的轉化率就已經很高了(97.5%)，若采用高壓，平衡能向右移動，但效果并不明顯，且采用高壓時會增大設備的成本，得不償失5.在硫酸工業(yè)中，通過下列反應使SO2氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=-198kJ·mol-1?；卮鹣铝?1)-(5)題：(已知催化劑是V2O5，在400~500℃時催化效果最好)下表為不同溫度和壓強下SO2的轉化率(%)。(4)在生產中，通入過量空氣的目的是什么?增大反應物O2的濃度，提高SO2的轉化率5.在硫酸