【課件】化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控-（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)平衡化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控第四節(jié)合成氨條件的選擇——化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的應(yīng)用工業(yè)生產(chǎn)硫酸中反應(yīng)條件的控制1.知道如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理，選擇合成氨的適宜條件。2.初步掌握應(yīng)用化學(xué)原理選擇化工生產(chǎn)條件的思想和方法。學(xué)習(xí)目標(biāo)合成氨的發(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)用制尿素制硝酸制冷劑合成氨的反應(yīng)歷程N(yùn)2＋3H22NH3化工生產(chǎn)過(guò)程中的基本問(wèn)題？綜合經(jīng)濟(jì)效益環(huán)境保護(hù)工藝流程設(shè)備結(jié)構(gòu)能源消耗原料選擇化學(xué)反應(yīng)原理問(wèn)題一：工業(yè)上合成氨，主要要考慮哪些因素？1.速度要快，原料的利用率要高，單位時(shí)間的產(chǎn)量要高.

經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益化學(xué)反應(yīng)速率的問(wèn)題化學(xué)平衡問(wèn)題2.還要考慮生產(chǎn)中的消耗能源，原料，設(shè)備條件等因素。一、合成氨的適宜條件的選擇（1）原理分析根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)，應(yīng)如何選擇反應(yīng)條件，以增大合成氨的反應(yīng)速率、提高平衡混合物中按的含量？請(qǐng)?zhí)钊胂卤韺?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)影響思考與討論P(yáng)44N2+3H22NH3?H<0→綜合上述兩個(gè)方面、分析增大合成氨的反應(yīng)速率與提高平衡混合物中氨的含量所應(yīng)采取的措施是否一致。1、壓強(qiáng)怎么選？分析：①合成氨反應(yīng)是體積縮小的氣體反應(yīng)，增大壓強(qiáng)既可以增大反應(yīng)速率，又能提高平衡混合物中氨的含量，所以理論上壓強(qiáng)越大越好。N2+3H22NH3?H<0②但是壓強(qiáng)越大，對(duì)設(shè)備的要求高、壓縮H2和N2所需要的動(dòng)力也大。因此應(yīng)該適當(dāng)高壓綜合以上兩點(diǎn)，實(shí)際生產(chǎn)中壓強(qiáng)一般選擇在10～30MPa之間。

壓強(qiáng)的選擇----成本與效益的博弈1、壓強(qiáng)怎么選？分析：①合成氨反應(yīng)是體積縮小的氣體反應(yīng)，增大壓強(qiáng)既可以增大反應(yīng)速率，又能提高平衡混合物中氨的含量，所以理論上壓強(qiáng)越大越好。N2+3H22NH3?H<0

2、溫度怎么選擇？①因?yàn)檎磻?yīng)方向是放熱的反應(yīng)，所以降低溫度有利于提高平衡混合物中氨的含量。N2+3H22NH3?H<0②可是溫度越低，反應(yīng)速率越小，達(dá)到平衡所需要的時(shí)間越長(zhǎng)因此溫度也不宜太低。③催化劑要在一定溫度下效果最好。綜合以上因素，實(shí)際生產(chǎn)中溫度一般選擇在400～500℃左右判斷：選擇400～500℃作為合成氨的溫度可用勒夏特烈原理解釋Ⅹ

溫度的選擇----快與少、慢與多的權(quán)衡

2、溫度怎么選擇？①因?yàn)檎磻?yīng)方向是放熱的反應(yīng)，所以降低溫度有利于提高平衡混合物中氨的含量。N2+3H22NH3?H<03、用不用催化劑？使用催化劑能否提高合成氨的轉(zhuǎn)化率？使用催化劑對(duì)反應(yīng)速率有何影響？實(shí)際生產(chǎn)中選用鐵為主體的多成分催化劑(鐵觸媒)，它在500℃時(shí)活性較高?！嘁褂煤线m的催化劑不能能加快反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率判斷：選擇鐵觸媒作為合成氨的催化劑可用勒夏特烈原理解釋ⅩN2+3H22NH3?H<04、濃度怎么定？H2和N2的比例怎么定？因此，可以用保持一定的N2、H2濃度，減少NH3的濃度的方法，提高合成氨的效率和產(chǎn)量。實(shí)際生產(chǎn)中的處理方法：增大反應(yīng)物的濃度可以增大反應(yīng)速率，促進(jìn)平衡正向移動(dòng)減小生成物的濃度可以使平衡正向移動(dòng)及時(shí)將氣態(tài)氨冷卻液化而分離出去；及時(shí)補(bǔ)充氮?dú)夂蜌錃獠⒀h(huán)利用，使其保持一定的濃度。[n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8]N2+3H22NH3?H<0N2+3H22NH3

歸納總結(jié)：工業(yè)合成氨的最佳條件1)濃度：2)溫度：3)壓強(qiáng):4)催化劑：使用過(guò)量的N2或及時(shí)分離平衡混合氣中的氨。400-500℃左右（溫度低，有利于增大平衡混合氣中的含量，但反應(yīng)速率太慢。500℃，催化劑活性最大）鐵觸媒(能加快化學(xué)反應(yīng)速率，對(duì)平衡無(wú)影響)10~30MPa(壓強(qiáng)過(guò)高，對(duì)設(shè)備材質(zhì)和生產(chǎn)條件提出了更高的要求)500℃鐵觸媒10-30Mpa值得說(shuō)明的是：在上述條件下，合成氨的產(chǎn)率仍然不高。P45合成氨的工藝流程流程分析⒈原料氣干燥、凈化：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。⒉壓縮機(jī)加壓：增大壓強(qiáng)合成氨的工藝流程流程分析⒊熱交換：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。合成氨的工藝流程流程分析⒋冷卻：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)。合成氨的工藝流程流程分析⒌循環(huán)使用原料氣：將NH3分離后的原料氣循環(huán)利用，并及時(shí)補(bǔ)充N2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。合成氨的工藝流程流程分析合成氨的工業(yè)流程簡(jiǎn)圖:1.在合成氨工業(yè)中，為增加氨氣的日產(chǎn)量，在實(shí)現(xiàn)此目的的過(guò)程中與平衡移動(dòng)有關(guān)的是（A）不斷將氨分離出來(lái)（B）使用催化劑（C）采用500℃的高溫（D）采用10-30Mpa的壓強(qiáng)√√2、有平衡體系CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)△H<0，

為了增加CH3OH的產(chǎn)量，應(yīng)該采取的措施是（）。A、高溫、高壓B、適宜的溫度、高壓、催化劑C、低溫、低壓D、高溫、高壓、催化劑BB3.關(guān)于氨的合成工業(yè)的下列說(shuō)法正確的是（）A.從合成塔出來(lái)的氣體，其中氨一般占15%，所以生產(chǎn)氨的工業(yè)的效率都很低B.由于NH3易液化，N2、H2可循環(huán)使用，則總的說(shuō)來(lái)氨的產(chǎn)率很高C.合成氨工業(yè)的反應(yīng)溫度控制在500℃左右，目的是使平衡向正反應(yīng)方向進(jìn)行D.合成氨工業(yè)采用10-30MPa，是因該條件下催化劑的活性最好（一）硫酸工業(yè)生產(chǎn)的原理S或FeS2→SO2→

SO3→

H2SO4①②③S+O2===SO2點(diǎn)燃4FeS2+11O2===2Fe2O3+8SO2高溫2SO2+O22SO3催化劑加熱SO3+H2OH2SO4第一步：第二步：第三步：(造氣)(催化氧化)(吸收)生產(chǎn)過(guò)程②硫酸生產(chǎn)中的第二步為可逆反應(yīng)，是生產(chǎn)硫酸的關(guān)鍵。①三步反應(yīng)均為放熱反應(yīng)，可設(shè)法利用反應(yīng)熱。注意:

二、工業(yè)生產(chǎn)硫酸中反應(yīng)條件的控制③工業(yè)上是用98.3%的濃硫酸來(lái)吸收SO3的，而不是直接用水作吸收劑，原因是用后者吸收時(shí)容易形成酸霧，吸收速率慢。使用催化劑低溫高壓反應(yīng)條件：理論需要：壓強(qiáng)溫度催化劑討論：根據(jù)平衡移動(dòng)原理，該反應(yīng)是在什么條件下進(jìn)行更有利于SO2的轉(zhuǎn)化？

;△H=-196.6KJ/mol2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

催化劑△(二)、生產(chǎn)中反應(yīng)條件的控制注：這是一個(gè)氣體總體積縮小的、放熱的可逆反應(yīng)理論上：低溫、高壓、催化劑有利于SO2的轉(zhuǎn)化。濃度①增大c(O2)②減小c(SO3)思考與交流2：分析下列表格，思考：溫度較低時(shí)，SO2的轉(zhuǎn)化率_____；越高不同溫度下SO2的平衡轉(zhuǎn)化率溫度4004504755005255505756006501000轉(zhuǎn)化率99.297.595.893.590.585.679.973.758.55.0→那么是否溫度越低越好呢？雖然溫度較低對(duì)提高SO2的轉(zhuǎn)化率有利，但溫度較低時(shí):①催化劑活性不高;②反應(yīng)速率低。不是.

;△H=-196.6KJ/mol2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

催化劑△(二)、生產(chǎn)中反應(yīng)條件的控制應(yīng)選擇溫度：400~5000C注意:工業(yè)生產(chǎn)中，反應(yīng)溫度的選擇，往往還要考慮該溫度下催化劑的活性。思考與交流2：分析下列表格，思考：溫度較低時(shí)，SO2的轉(zhuǎn)化率_____；越高→那么是否溫度越低越好呢？雖然溫度較低對(duì)提高SO2的轉(zhuǎn)化率有利，但溫度較低時(shí):①催化劑活性不高;②反應(yīng)速率低。不是.

;△H=-196.6KJ/mol2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

催化劑△(二)、生產(chǎn)中反應(yīng)條件的控制分析下表1-2,思考?jí)簭?qiáng)的增大，SO2的轉(zhuǎn)化率_____；越高那么是否壓強(qiáng)越高越好呢？表1-2壓強(qiáng)對(duì)SO2平衡轉(zhuǎn)化率的影響0.1MPa=1×105Pa=1個(gè)大氣壓(即:1atm)不是.1atm5atm10atm100atm思考與交流2：

;△H=-196.6KJ/mol2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

催化劑△(二)、生產(chǎn)中反應(yīng)條件的控制根據(jù)平衡移動(dòng)原理，加壓對(duì)提高SO2的轉(zhuǎn)化率有利，但在400~500℃時(shí)，常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，加壓對(duì)設(shè)備的要求高，會(huì)增大投資和能量消耗。應(yīng)選擇壓強(qiáng)：常壓(1atm

)注意：工業(yè)生產(chǎn)中,壓強(qiáng)的選擇,往往還要考慮成本和能量消耗等問(wèn)題分析下表1-2,思考?jí)簭?qiáng)的增大，SO2的轉(zhuǎn)化率_____；越高那么是否壓強(qiáng)越高越好呢？不是.思考與交流2：

;△H=-196.6KJ/mol2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

催化劑△(二)、生產(chǎn)中反應(yīng)條件的控制實(shí)際應(yīng)用：400℃∽500℃常壓使用V2O5作催化劑增大壓強(qiáng)對(duì)SO2的轉(zhuǎn)化率提高不多而對(duì)設(shè)備的要求高，會(huì)增大投資和能量消耗①催化劑活性好②反應(yīng)速率高(同上)

;△H=-196.6KJ/mol2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

催化劑△(二)、生產(chǎn)中反應(yīng)條件的控制使用催化劑低溫高壓反應(yīng)條件：理論需要：壓強(qiáng)溫度催化劑①增大c(O2)②減小c(SO3)濃度硫酸工業(yè)生產(chǎn)的三個(gè)主要設(shè)備SO2O2“接觸法制硫酸”沸騰爐接觸室吸收塔因反應(yīng)物在催化劑表面接觸時(shí)發(fā)生氧化反應(yīng)，所以稱之為

【小結(jié)】

工業(yè)上利用某可逆反應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品：①一般要使用催化劑：這樣可以大大加快化學(xué)反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟(jì)效益；②選擇合適的溫度：該溫度是催化劑活性最大的溫度；③選擇合適的壓強(qiáng)：既要考慮化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡，還要考慮動(dòng)力、材料、設(shè)備等。最后，選擇適宜的生產(chǎn)條件還要考慮環(huán)境保護(hù)及社會(huì)效益等方面的規(guī)定和要求。1.有一處于平衡狀態(tài)的反應(yīng)：X(g)＋3Y(g)2Z(g)ΔH<0。

為了使平衡向生成Z的方向移動(dòng)，應(yīng)選擇下列的適宜條件是（）①高溫 ②低溫 ③高壓 ④低壓 ⑤加催化劑 ⑥除去ZA．①④⑥

B．②③⑤ C．①③⑥

D．②③⑥D(zhuǎn)√√√2、氯化銅溶液為淡藍(lán)色，當(dāng)加入濃鹽酸后，溶液就會(huì)變成黃綠色，這種顏色變化是由下列可逆反應(yīng)引起的：[Cu(H2O)4]2++4Cl-[CuCl4]2-+4H2O下列方法能使溶液變成淡藍(lán)色的是（）A、加蒸餾水B、加AgNO3溶液C、加NaCl溶液D、加鹽酸AB3.（雙選）2018年是合成氨工業(yè)先驅(qū)哈伯(P·Haber)獲得諾貝爾獎(jiǎng)100周年。N2和H2生成NH3的反應(yīng)為：N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH(298K)=-46.2kJ/mol。關(guān)于合成氨工藝的下列理解正確的是A．合成氨反應(yīng)在不同溫度下的ΔH和ΔS都小于零B．控制溫度(773K)遠(yuǎn)高于室溫，是為了保證盡可能高的平衡轉(zhuǎn)化率和快的反應(yīng)速率C