2.4化學(xué)反應(yīng)調(diào)控 課件 上學(xué)期化學(xué)人教版（2019）選擇性必修1

第二章

化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控

合成氨難不難呢？如果你是當(dāng)時(shí)的工程師，如何設(shè)計(jì)合成氨的條件呢？可以從哪些角度分析？一、合成氨反應(yīng)條件與原理分析1、反應(yīng)原理和特點(diǎn)N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH=-92.2kJ·mol-1可逆反應(yīng)正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)ΔH<0、ΔS<02、原理分析對(duì)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反應(yīng)物濃度增大反應(yīng)物濃度或減小生成物濃度升高溫度降低溫度增大壓強(qiáng)增大壓強(qiáng)使用催化劑無(wú)影響一、合成氨反應(yīng)條件與原理分析N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH＜0不同條件下，合成氨反應(yīng)達(dá)到化學(xué)平衡時(shí)反應(yīng)混合物中氨的含量(體積分?jǐn)?shù))溫度/℃氨的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.1013.823.131.4一、合成氨反應(yīng)條件與原理分析3、數(shù)據(jù)分析一、合成氨反應(yīng)條件與原理分析3、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH＜0根據(jù)課本表2-2在不同溫度和壓強(qiáng)下(初始時(shí)N2和H2的體積比為1:3)，平衡混合物中氨的含量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，提高反應(yīng)速率的條件是

溫度、

壓強(qiáng)、增大反應(yīng)物濃度及使用催化劑；提高平衡混合物中氨的含量的條件是

溫度、________壓強(qiáng)、增大反應(yīng)物濃度。二者在

這一措施上是不一致的。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與理論分析的結(jié)論是一致的。升高增大降低增大溫度(1)工業(yè)合成氨的反應(yīng)是ΔH<0、ΔS<0的反應(yīng)，在任何溫度下都可自發(fā)進(jìn)行(2)在合成氨中，加入催化劑能提高原料的轉(zhuǎn)化率(3)催化劑在合成氨中質(zhì)量沒(méi)有改變，因此催化劑沒(méi)有參與反應(yīng)(4)增大反應(yīng)物的濃度，減少生成物的濃度，可以提高氨的產(chǎn)率(5)合成氨中在提高速率和原料的轉(zhuǎn)化率上對(duì)溫度的要求是一致的正誤判斷×××√×應(yīng)用體驗(yàn)1.合成氨工業(yè)的主要反應(yīng)為N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g)

ΔH<0,

在密閉容器中進(jìn)行。下列說(shuō)法正確的是A.其他條件不變，及時(shí)分離出NH3，會(huì)降低NH3的產(chǎn)率B.使用催化劑可使N2的轉(zhuǎn)化率達(dá)到100%C.其他條件不變，增大壓強(qiáng)不僅能提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，

還能縮短到達(dá)平衡的時(shí)間D.其他條件不變，溫度越高，氨氣的產(chǎn)率越高C2.研究不同催化劑對(duì)2NH3N2＋3H2反應(yīng)速率的影響。恒溫、恒容時(shí)，c(NH3)(×10－3mol·L－1)隨時(shí)間(min)的變化如下。

tc(NH3)020406080催化劑Ⅰ2.402.001.601.200.80催化劑Ⅱ2.401.600.800.400.40下列說(shuō)法不正確的是A.使用催化劑Ⅰ，0～20min平均反應(yīng)速率v(N2)＝1.00×10－5mol·L－1·min－1B.使用催化劑Ⅱ，達(dá)平衡后容器內(nèi)的壓強(qiáng)是初始時(shí)的C.相同條件下，使用催化劑Ⅰ和催化劑Ⅱ的反應(yīng)熱相同D.相同條件下，使用催化劑Ⅱ可使該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)更大D合成氨反應(yīng)條件的選擇原則二、實(shí)際工業(yè)合成氨的適宜條件工業(yè)生產(chǎn)中，必須從

和

兩個(gè)角度選擇合成氨的適宜條件。(1)盡量增大反應(yīng)物的

，充分利用原料。(2)選擇較快的

，提高單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量。(3)考慮設(shè)備的要求和技術(shù)條件等。反應(yīng)速率反應(yīng)限度轉(zhuǎn)化率化學(xué)反應(yīng)速率【原理分析】壓強(qiáng)越大越好【實(shí)際選用】

目前，我國(guó)合成氨廠一般采用的壓強(qiáng)為

MPa。10～30【理由】壓強(qiáng)越大，對(duì)設(shè)備要求越高，增加成本，降低綜合經(jīng)濟(jì)效益。1.壓強(qiáng)二、實(shí)際工業(yè)合成氨的適宜條件N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)【原理分析】溫度越低轉(zhuǎn)化率越高但反應(yīng)速率越慢，達(dá)到平衡所需時(shí)間變長(zhǎng)，不經(jīng)濟(jì)【實(shí)際選用】2.溫度目前，實(shí)際生產(chǎn)一般采用的溫度為

℃400~500二、實(shí)際工業(yè)合成氨的適宜條件鐵觸媒在500℃左右時(shí)的活性最大N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)【原理分析】加催化劑可改變反應(yīng)歷程，加快反應(yīng)速率【實(shí)際選用】目前，普遍使用以鐵為主體成分的催化劑，即

。鐵觸媒500℃時(shí)活性最大

3.催化劑二、實(shí)際工業(yè)合成氨的適宜條件什么是催化劑中毒？工業(yè)上如何防止催化劑中毒？【原理分析】【實(shí)際選用】及時(shí)移走產(chǎn)物氨增大反應(yīng)物濃度4.濃度二、實(shí)際工業(yè)合成氨的適宜條件及時(shí)將氨氣從反應(yīng)混合物中分離出去，將未反應(yīng)的N2和H2循環(huán)使用并及時(shí)補(bǔ)充N2和H2,使反應(yīng)物保持一定的濃度。N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)實(shí)際生產(chǎn)中，N2和H2的物質(zhì)的量之比并非1∶3，而是1∶2.8，分析說(shuō)明原料中N2適度過(guò)量的2個(gè)理由：____________________________________________________、_____________________________________________________。適當(dāng)提高N2比例，加快合成氨的速率5.投料比二、實(shí)際工業(yè)合成氨的適宜條件N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)大量實(shí)驗(yàn)證明,合成氨反應(yīng)中當(dāng)n(N2)∶n(H2)＝1∶3時(shí)，氨的平衡體積分?jǐn)?shù)最大?！驹矸治觥俊緦?shí)際選用】N2相對(duì)易得，適度過(guò)量有利于提高H2的轉(zhuǎn)化率三、合成氨的生產(chǎn)流程N(yùn)2+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N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH＜0應(yīng)用體驗(yàn)1.下列有關(guān)合成氨條件選擇的說(shuō)法正確的是A.適當(dāng)增加氫氣的濃度可提高氮?dú)獾钠胶廪D(zhuǎn)化率B.溫度越高，速率越快，生產(chǎn)效益越好C.使用鐵觸媒能提高合成氨反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率D.將氨及時(shí)液化分離不利于提高氨的產(chǎn)率AN2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH＜02.合成氨反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g),N2(g)與H2(g)反應(yīng)生成1molNH3(g)放出46kJ的熱量。該反應(yīng)通常需要在高溫(400～500℃)、高壓(10～30MPa)條件下進(jìn)行,反應(yīng)過(guò)程通常采用鐵觸媒作為催化劑。下列說(shuō)法不正確的是A.合成氨反應(yīng)中采用400～500℃高溫主要是因?yàn)榇藭r(shí)催化劑的

活性最大B.合成氨反應(yīng)中采用高壓的目的主要是為了促進(jìn)平衡向右移動(dòng)C.合成氨反應(yīng)中采用鐵觸媒作為催化劑可以加快反應(yīng)速度D.合成氨反應(yīng)中將0.5molN2(g)和1.5molH2(g)置于密閉容器中

充分反應(yīng)，其放出熱量為46kJD3.在硫酸工業(yè)中，通過(guò)下列反應(yīng)使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)?2SO3(g)

ΔH＝－196.6kJ·mol－1。(已知：催化劑是V2O5，在400～500℃時(shí)催化劑效果最好)下表列出了在不同溫度和壓強(qiáng)下，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率。溫度/℃平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率/%0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3(1)從理論上分析，為了使二氧化硫盡可能多地轉(zhuǎn)化為三氧化硫，應(yīng)選擇的條件是________________。(2)在實(shí)際生產(chǎn)中，選定的溫度為400～500℃，原因是________________________________________________________________________________________________________________。450℃、10MPa

在此溫度下，催化劑活性最高。溫度較低，會(huì)使反應(yīng)速率減小，達(dá)到平衡所需時(shí)間變長(zhǎng)；溫度較高，SO2的轉(zhuǎn)化率會(huì)降低(3)在實(shí)際生產(chǎn)中，采用的壓強(qiáng)為常壓，原因是____________________________________________________________________________________________________________________。在常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率就已經(jīng)很高了(97.5%)，若采用高壓，平衡向右移動(dòng)，但效果并不明顯，且采用高壓時(shí)會(huì)增大對(duì)設(shè)備的要求而增大生產(chǎn)成本3.在硫酸工業(yè)中，通過(guò)下列反應(yīng)使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)?2SO3(g)

ΔH＝－196.6kJ·mol－1。(已知：催化劑是V2O5，在400～500℃時(shí)催化劑效果最好)下表列出了在不同溫度和壓強(qiáng)下，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率。溫度/℃平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率/%0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3(5)尾氣中SO2必須回收，原因是________________________________________________________。防止污染環(huán)境；循環(huán)利用，提高原料的利用率(合理即可)(4)在實(shí)際生產(chǎn)中，通入過(guò)量的空氣，原因是_______________________________________________。3.在硫酸工業(yè)中，通過(guò)下列反應(yīng)使SO2氧化成SO3：2SO2(