化學(xué)反應(yīng)的控制（課件）【化學(xué)可以這樣講】高er化學(xué)教學(xué)課件習(xí)題（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)的控制素養(yǎng)要求1.認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的綜合調(diào)控在生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究領(lǐng)域中的重要作用。2.知道催化劑可以改變反應(yīng)歷程，對(duì)調(diào)控反應(yīng)速率具有重要意義。3.能運(yùn)用溫度、濃度、壓強(qiáng)和催化劑對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律解釋生產(chǎn)、生活、實(shí)驗(yàn)室中的實(shí)際問(wèn)題，能討論化學(xué)反應(yīng)條件的選擇和優(yōu)化?！竞铣砂钡陌l(fā)展】我國(guó)合成氨工業(yè)的發(fā)展是在20世紀(jì)30年代開(kāi)始的，經(jīng)過(guò)幾十年的不懈奮斗和發(fā)展，我國(guó)已經(jīng)擁有了許多不同流程、不同規(guī)模的合成氨工廠。我國(guó)目前擁有了一支能夠進(jìn)行合成氨生產(chǎn)的科研等方面的研究技術(shù)團(tuán)隊(duì)，讓我國(guó)已成為世界上最大的合成氨生產(chǎn)國(guó)，產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的1/3。合成氨工業(yè)是關(guān)系我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要行業(yè)，是我國(guó)化肥工業(yè)的基礎(chǔ)，也是傳統(tǒng)煤化工的重要組成部分。氨是重要的化工原料，主要用于制造氮肥、硝酸、丁腈橡膠等；氨在冶金、機(jī)械加工、電子、造紙等行業(yè)用途廣泛。合成氨的應(yīng)用制尿素制純堿制硝酸制冷劑1合成氨條件的理解任務(wù)一

合成氨條件的理解1.合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)

已知298K時(shí)：ΔH＝－92.4kJ·mol－1，ΔS＝－198.2

J·mol－1·K－1N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g)(1)自發(fā)性：(2)可逆性：(3)熵變：(4)焓變：ΔH<0，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)ΔS<0，正反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)反應(yīng)為可逆反應(yīng)常溫(298K)下，ΔH－TΔS<0，能自發(fā)進(jìn)行(5)體積變化：正反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)。任務(wù)一

合成氨條件的理解2．提高合成氨反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率的條件比較條件提高反應(yīng)速率提高平衡轉(zhuǎn)化率綜合結(jié)果壓強(qiáng)高壓高壓高壓溫度高溫低溫兼顧速率和平衡，且考慮催化劑活性催化劑使用無(wú)影響使用濃度增大反應(yīng)物濃度增大反應(yīng)物濃度，降低生成物濃度增大反應(yīng)物濃度，且不斷減少生成物濃度3.工業(yè)生產(chǎn)中選擇適宜生產(chǎn)條件的原則有利于增大反應(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補(bǔ)充反應(yīng)物、及時(shí)地分離出生成物加合適的催化劑不需要加合適的催化劑任務(wù)一

合成氨條件的理解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)果溫度高溫ΔH<0低溫兼顧速率和平衡,考慮催化劑的適宜溫度ΔH>0高溫在設(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壓強(qiáng)高壓(有氣體參加)反應(yīng)后氣體體積減小的反應(yīng)高壓在設(shè)備條件允許的前提下,盡量采取高壓反應(yīng)后氣體體積增大的反應(yīng)低壓兼顧速率和平衡,選取適宜的壓強(qiáng)任務(wù)一

合成氨條件的理解任務(wù)一

合成氨條件的理解4.原理分析條件提高反應(yīng)速率提高平衡轉(zhuǎn)化率壓強(qiáng)溫度催化劑濃度如何選擇反應(yīng)條件，以增大反應(yīng)速率、提高平衡轉(zhuǎn)化率？(利用影響反應(yīng)速率的因素和勒夏特列原理分析)特別注意：【交流討論】二者在溫度這一措施上是不一致的增大反應(yīng)物濃度，降低生成物濃度增大反應(yīng)物濃度無(wú)影響使用降低溫度升高溫度增大壓強(qiáng)增大壓強(qiáng)任務(wù)一

合成氨條件的理解5.數(shù)據(jù)分析特別注意：二者在溫度這一措施上是不一致的典例剖析任務(wù)一

合成氨條件的理解(2023·天津第三中學(xué)高二期中)德國(guó)化學(xué)家哈伯在合成氨方面的研究促進(jìn)了人

類(lèi)的發(fā)展。合成氨的工業(yè)流程如圖，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.增大壓強(qiáng)既可以加快反應(yīng)速率，又可以提高原

料轉(zhuǎn)化率B.升高溫度既可以加快反應(yīng)速率，又可以提高平

衡轉(zhuǎn)化率C.冷卻過(guò)程中采用熱交換有助于節(jié)約能源D.原料循環(huán)使用可提高其利用率B2工業(yè)合成氨的適宜條件任務(wù)二

工業(yè)合成氨的適宜條件1.合成氨反應(yīng)條件的選擇原則盡量增大反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，充分利用原料；(1)選擇較快的化學(xué)反應(yīng)速率，提高單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量；(2)考慮設(shè)備的要求和技術(shù)條件。(3)從反應(yīng)速率和反應(yīng)限度兩個(gè)角度任務(wù)二

工業(yè)合成氨的適宜條件2、壓強(qiáng)：合成氨廠一般采用的壓強(qiáng)為10MPa~30Mpa【思考1】合成氨時(shí)壓強(qiáng)越大越好，為何不采用比30MPa更大的壓強(qiáng)?提示：壓強(qiáng)越大，對(duì)材料的強(qiáng)度和設(shè)備的制造要求也越高，需要的動(dòng)力也越大，這會(huì)加大生產(chǎn)投資，可能降低綜合經(jīng)濟(jì)效益。

壓強(qiáng)的選擇—成本與效益的博弈任務(wù)二

工業(yè)合成氨的適宜條件3、溫度：一般采用的溫度為400~500℃?！舅伎?】合成氨采用低溫時(shí)可提高轉(zhuǎn)化率，但為何未采用更低的溫度?溫度的選擇—快與少、慢與多的權(quán)衡提示：溫度太低，反應(yīng)速率太小，達(dá)到平衡所需的時(shí)間變長(zhǎng),不經(jīng)濟(jì)。升高溫度，轉(zhuǎn)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。任務(wù)二

工業(yè)合成氨的適宜條件4、催化劑：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(chēng)鐵觸媒。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(guò)凈化。任務(wù)二

工業(yè)合成氨的適宜條件合成氨催化劑的選擇德國(guó)化學(xué)家博施據(jù)統(tǒng)計(jì)，約90%以上的化學(xué)工業(yè)過(guò)程中都使用催化劑。合成氨需要用到催化劑鐵觸媒，為了尋找合適的催化劑，博施及其研究組進(jìn)行了大量的試驗(yàn)，一直到1922年，共進(jìn)行了超過(guò)2500種配方的20000多次試驗(yàn)，終于篩選出了合成氨工業(yè)用催化劑。盡管后來(lái)不斷地改進(jìn)，但這種類(lèi)型的催化劑一直沿用至今。2016年，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的研究團(tuán)隊(duì)研制了一種新型催化劑，將合成氨的溫度、壓強(qiáng)分別降到了350℃、1MPa，這是近年來(lái)合成氨反應(yīng)研究中的重要突破，為發(fā)展更加節(jié)能的催化劑提供了新的思路。可見(jiàn)，催化劑在工業(yè)生產(chǎn)及能源問(wèn)題中發(fā)揮著巨大作用。任務(wù)二

工業(yè)合成氨的適宜條件5、濃度：采取迅速冷卻的方法，使氣態(tài)氨變成液氨后及時(shí)從平衡混合物中分離出去，以促使化學(xué)平衡向生成NH3的方向移動(dòng)。此外，如果讓N2和H2的混合氣體只一次通過(guò)合成塔發(fā)生反應(yīng)也是很不經(jīng)濟(jì)的，應(yīng)將NH3分離后的原料氣循環(huán)使用，并及時(shí)補(bǔ)充N(xiāo)2和H2,使反應(yīng)物保持一定的濃度，以利于合成氨反應(yīng)?！舅伎?】合成氨工業(yè)采用迅速冷卻法,使氣態(tài)氨變?yōu)橐喊焙蠹皶r(shí)從混合物中分離出去的目的是什么?使化學(xué)平衡向生成氨的方向移動(dòng)。

【歸納提升】任務(wù)二

工業(yè)合成氨的適宜條件外部條件工業(yè)合成氨的適宜條件壓強(qiáng)根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標(biāo)來(lái)選擇壓強(qiáng)(10～30MPa)溫度適宜溫度，400～500℃催化劑使用鐵觸媒做催化劑濃度N2和H2的物質(zhì)的量之比為1∶2.8的投料比，氨及時(shí)從混合氣中分離出去任務(wù)三

合成氨的生產(chǎn)流程（一）生產(chǎn)流程任務(wù)三

合成氨的生產(chǎn)流程（二）流程分析1、原料氣干燥、凈化：2、壓縮機(jī)加壓：3、熱交換：增大壓強(qiáng)生成物NH3的液化需較低溫度采取迅速冷卻的方法，可使氣態(tài)氨變成液氨后及時(shí)從平衡混合物中分離出來(lái)，以促使平衡向生成NH3的方向移動(dòng)4、冷卻：5、循環(huán)使用原料氣：因合成氨反應(yīng)為可逆反應(yīng)，平衡混合物中含有原料氣，將NH3分離后的原料氣循環(huán)利用，并及時(shí)補(bǔ)充N(xiāo)2和H2,使反應(yīng)物保持一定的濃度，以利于合成氨反應(yīng)，提高經(jīng)濟(jì)效益。除去原料氣中的水蒸氣及其他氣體雜質(zhì)，防止與催化劑接觸時(shí)，導(dǎo)致催化劑“中毒”而降低或喪失催化活性。合成氨反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)體系溫度逐漸升高，為原料氣反應(yīng)提供熱量，故熱交換可充分利用能源，提高經(jīng)濟(jì)效益。任務(wù)三

合成氨的生產(chǎn)流程（三）影響化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的兩個(gè)因素1、參加反應(yīng)的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等本身因素2、溫度、壓強(qiáng)、濃度、催化劑等反應(yīng)條件（四）化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控1、定義：就是通過(guò)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2、考慮因素：在實(shí)際生產(chǎn)中常常需要結(jié)合設(shè)備條件、安全操作、經(jīng)濟(jì)成本等情況，綜合考慮影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的因素，尋找適宜的生產(chǎn)條件。此外，還要根據(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，權(quán)衡利弊，才能實(shí)施生產(chǎn)。任務(wù)三

合成氨的生產(chǎn)流程3、控制反應(yīng)條件的目的(1)促進(jìn)有利的化學(xué)反應(yīng)：

通過(guò)控制反應(yīng)條件，也可以減緩化學(xué)反應(yīng)速率，減少甚至消除有害物質(zhì)的產(chǎn)生或控制副反應(yīng)的發(fā)生，從而抑制有害的化學(xué)反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。

通過(guò)控制反應(yīng)條件，可以加快化學(xué)反應(yīng)速率，提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，從而促進(jìn)有利的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行。(2)抑制有害的化學(xué)反應(yīng)：任務(wù)三

合成氨的生產(chǎn)流程4、控制反應(yīng)條件的基本措施

通過(guò)改變可逆反應(yīng)體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(qiáng)(或濃度)等改變可逆反應(yīng)的限度，從而提高轉(zhuǎn)化率。(1)控制化學(xué)反應(yīng)速率的措施：

通過(guò)改變反應(yīng)體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(qiáng)(或濃度)、固體的表面積以及使用催化劑等途徑調(diào)控反應(yīng)速率。

(2)提高轉(zhuǎn)化率的措施：課堂小結(jié)

選擇化工生產(chǎn)適宜條件的分析角度分析角度原則要求從化學(xué)反應(yīng)速率分析既不能過(guò)快，又不能太慢從化學(xué)平衡移動(dòng)分析既要注意外界條件對(duì)速率和平衡影響的一致性，又要注意二者影響的矛盾性從原料的利用率分析增加易得廉價(jià)原料，提高難得高價(jià)原料的利用率，從而降低生產(chǎn)成本從實(shí)際生產(chǎn)能力分析如設(shè)備承受高溫、高壓的能力等從催化劑的使用活性分析注意催化劑的活性對(duì)溫度的限制當(dāng)

堂

練

習(xí)3任務(wù)四

限時(shí)訓(xùn)練1.(2023·石家莊十八中高二月考)下列關(guān)于工業(yè)合成氨的說(shuō)法正確的是(

)A.工業(yè)合成氨采用10～30MPa，是因?yàn)樵摋l件下催化劑的活性最好B.選擇不同的催化劑會(huì)改變此反應(yīng)ΔH的數(shù)值C.合成氨工業(yè)中采用低溫以提高平衡轉(zhuǎn)化率D.合成氨工業(yè)中采用循環(huán)操作，主要是為了提高氮?dú)夂蜌錃獾睦寐蔇任務(wù)四

限時(shí)訓(xùn)練B任務(wù)四

限時(shí)訓(xùn)練3.(2023·遼寧協(xié)作校高二月考)化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)具有積極意義，下

列關(guān)于調(diào)控措施的說(shuō)法錯(cuò)誤的是(

)A.硫酸工業(yè)中，在高溫高壓、催化劑作用下，可提高生產(chǎn)效益B.硫酸工業(yè)中，為提高SO2的轉(zhuǎn)化率，可通入稍過(guò)量的空氣C.工業(yè)合成氨，考慮催化劑的活性，選擇400～500℃的反應(yīng)溫度D.工業(yè)合成氨，迅速冷卻、液化氨氣是為了使化學(xué)平衡向生成氨氣的方向

移動(dòng)A任務(wù)四

限時(shí)訓(xùn)練低溫高壓任務(wù)四

限時(shí)訓(xùn)練(2)下列有關(guān)合成氨工業(yè)的敘述，正確的是________(填字母)。A.循環(huán)的氣體是N2、H2、NH3B.采用高溫是為了保證盡可能高的平衡轉(zhuǎn)化率與快的反應(yīng)速率C.及時(shí)分離出產(chǎn)品，有利于反應(yīng)正向進(jìn)行D.當(dāng)溫度、壓強(qiáng)一定時(shí)，