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(jìn)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?yàn)樗渲懈缓?。卡?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(qiáng)、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(shí)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(shí)驗(yàn)室的機(jī)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(shí)。增大壓強(qiáng)對反應(yīng)有什么影響？哈伯法合成氨壓

3、強(qiáng) N2(g)3H2(g) 2NH3(g) H92.4 kJmol-1增大壓強(qiáng)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(shí)際預(yù)測：壓強(qiáng) 壓強(qiáng)的選擇成本與效益的博弈壓強(qiáng)越大,對材料的強(qiáng)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(jì)效益。 壓強(qiáng)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(shí)了 N2與 H2在催化劑表面合成氨的反應(yīng)歷程如圖所示。擴(kuò)散吸附表面反應(yīng)脫附擴(kuò)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(tuán)隊(duì)研制合成了一種新型催化劑，將合成氨的溫度、壓強(qiáng)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(qiáng)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(dá)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(bǔ)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(shí)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(qiáng)下，反應(yīng)達(dá)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(shí)際生產(chǎn)中，選定的溫度為400500，原因是 。（3）在實(shí)際生產(chǎn)中，采用的壓強(qiáng)為常壓，原因是 。（4）在實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)：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(jìn)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(qiáng)(p)的關(guān)系