高中 高二 化學(xué)選擇性必修1 第二章 第四節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控 教學(xué)課件

1、化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控人教版化學(xué) 選擇性必修1 第二章 第四節(jié)授課教師：孫一丹學(xué)校：深圳市龍華中學(xué)氮短缺事關(guān)人類的存亡，某一天將會有一位化學(xué)家尋找出一種方法，將成對的氮原子間三鍵打破，制出一種能為植物吸收的氮的化合物。威廉克魯克斯先合成氨，再進一步將之轉(zhuǎn)化為銨鹽或者硝酸鹽，變成了土壤可吸收的形式。最好的原料是空氣，因為它其中富含氮元素?？?博施合成氨的提出合成氨存在的問題合成氨很難！調(diào)控外界條件:溫度、濃度、壓強、催化劑化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)平衡哈伯法合成氨1903年：哈伯發(fā)現(xiàn)在常溫的條件下，氮、氫難以生成氨，在高溫的條件下，氨太易于分解。在1000攝氏度時，合成氨只占到混合氣體的0.01，

2、根本沒有意義。升高溫度對反應(yīng)有什么影響？ N2(g)3H2(g) 2NH3(g) H92.4 kJmol-1溫度 N2(g)3H2(g) 2NH3(g) H92.4 kJmol-1溫度25350400450600700平衡常數(shù)51081.8470.5070.1520.0092.610-3合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)隨溫度的變化升高溫度化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)平衡速率加快平衡逆向移動溫度實際預(yù)測：溫度不宜過高也不宜過低結(jié)論溫度的選擇：快與少、慢與多的權(quán)衡1908年：哈伯成功地設(shè)計出一套精密的高壓裝置。羅塞格爾和他實驗室的機械師們一起創(chuàng)造了新的閥門，將哈伯的設(shè)計變成了現(xiàn)實。增大壓強對反應(yīng)有什么影響？哈伯法合成氨壓

3、強 N2(g)3H2(g) 2NH3(g) H92.4 kJmol-1增大壓強化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)平衡速率加快平衡正向移動理論分析：實際預(yù)測：壓強 壓強的選擇成本與效益的博弈壓強越大,對材料的強度和設(shè)備的制造要求也越高,需要的動力也越大,這會加大生產(chǎn)投資,可能降低綜合經(jīng)濟效益。 壓強不宜過高也不宜過低結(jié)論催化劑 N2(g)3H2(g) 2NH3(g) H92.4 kJmol-1合成氨仍然存在的問題？顯著改變反應(yīng)速率加入催化劑化學(xué)反應(yīng)速率化學(xué)平衡平衡不移動效果不夠理想鈾價格昂貴 ，性質(zhì)過于敏感效果好，但儲量極少鐵鋨鈾催化劑含鉛鎂的鐵效果好，原料易得，性質(zhì)穩(wěn)定催化劑 N2(g)3H2(g) 2NH3(

4、g) H92.4 kJmol-12007 年 Ertl 證實了 N2與 H2在催化劑表面合成氨的反應(yīng)歷程如圖所示。擴散吸附表面反應(yīng)脫附擴散。合成氨的研究歷程“合成氨”里的中國人：2016年中科院大連化學(xué)物理研究所研究團隊研制合成了一種新型催化劑，將合成氨的溫度、壓強分別降到了350 、1 MPa 。 更加節(jié)能、降低成本合成氨的研究歷程溫度不宜過高也不宜過低壓強不宜過高也不宜過低加入含鉛鎂的鐵做催化劑數(shù)據(jù)分析已知：合成氨的催化劑在500左右時活性最大催化劑 反應(yīng) 速率 溫度500左右 轉(zhuǎn)化率 溫度降低溫度數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析溫度/氨的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100

5、MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.1013.823.131.4不同條件下，合成氨反應(yīng)達到化學(xué)平衡時反應(yīng)混合物中氨的含量（體積分?jǐn)?shù)）濃度 N2(g)3H2(g) 2NH3(g) H92.4 kJmol-1增大反應(yīng)物濃度化學(xué)平衡平衡正向移動降低生成物濃度及時補充N2和H2增大反應(yīng)物濃度原料氣循環(huán)通過合成塔原料氣循環(huán)利用濃度還有什么辦法可以提高氨的產(chǎn)率？濃度降低生成物的濃度將氨氣及時從氣態(tài)

6、混合物中分離出去鐵觸媒催化劑400500合成氨常用的生產(chǎn)條件10MPa30MPa原料氣循環(huán)利用 及時分離出氨氣40050010MPa30MPa解決實際問題 在硫酸工業(yè)中，通過下列反應(yīng)使SO2氧化為SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) H92.4 kJmol-1。下表列出了在不同溫度和壓強下，反應(yīng)達到平衡時SO2的轉(zhuǎn)化率。 （1）從理論分析，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）在實際生產(chǎn)中，選定的溫度為400500，原因是 。（3）在實際生產(chǎn)中，采用的壓強為常壓，原因是 。（4）在實際生產(chǎn)中，通入過量的空氣，原因是 。溫度/平衡時SO2的轉(zhuǎn)化率/%0.1M

7、Pa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3解決實際問題 （5）工業(yè)上采用接觸法制備硫酸，V2O5做催化劑，有人提出如下反應(yīng)歷程：（6）尾氣中的SO2必須回收，原因是 ?；どa(chǎn)中調(diào)控反應(yīng)的一般思路化學(xué)平衡實踐層面設(shè)備可行原理分析反應(yīng)速率成本核算思想理念“綠色化學(xué)”可持續(xù)發(fā)展化學(xué)反應(yīng)隨堂練習(xí) 1.1913年德國化學(xué)家哈伯發(fā)明了以低成本制造大量氨的方法，從而大大滿足了當(dāng)時日益增長的人口對糧食的需求。下列所示是哈伯法的流程圖，其中為提高原料轉(zhuǎn)化率而采取的措施是A. B. C. D. N2(g)3H2(g) 2NH3(g) H92.4 kJmol-1隨堂練習(xí) 2.據(jù)報道，在300 、70 MPa下由二氧化碳和氫氣合成乙醇已成為現(xiàn)實：2CO2(g)6H2(g) CH3CH2OH(g)3H2O(g)，下列敘述錯誤的是A.使用Cu-Zn-Fe催化劑可大大提高生產(chǎn)效率B.反應(yīng)需在300 下進行可推測該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)C.充入大量CO2氣體可提高H2的轉(zhuǎn)化率D.從平衡混合氣體中分離出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率隨堂練習(xí) 3.某溫度下，對于反應(yīng): N2(g)3H2(g) 2NH3(g)H92.4 kJmol1 N2的平衡轉(zhuǎn)化率()與體系總壓強(p)的關(guān)系