化學反應的調(diào)控 高二上學期化學人教版（2019）選擇性必修1

化學反應的調(diào)控【生活中化學反應的調(diào)控】滅火隔離可燃物、隔絕空氣或降低溫度等保存食物冰箱，延長食物儲存時間【工業(yè)上化學反應的調(diào)控】——eg.向空氣要面包——合成氨的化學反應問題

合成氨工業(yè)是關系我國國民經(jīng)濟的

重要行業(yè)，是我國化肥工業(yè)的基礎，

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、機械加工、電子、造紙等行業(yè)用途廣泛。【思考】工業(yè)生產(chǎn)中應該考慮哪些問題呢？合成氨反應條件與原理分析一1、反應原理

N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH=-92.2kJ/mol2、特點（1）可逆反應（2）正反應是氣體體積減小的反應——氣體物質(zhì)的量減?。?）ΔH<0、ΔS<03、外界條件對合成氨反應的速率、限度的影響N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH=-92.2kJ/mol外界條件提高化學反應速率提高平衡轉(zhuǎn)化率綜合結果濃度反應物的濃度生成物的濃度溫度壓強催化劑4、數(shù)據(jù)分析不同條件下，合成氨反應達到化學平衡時反應混合物中氨的含量（體積分數(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工業(yè)合成氨適宜條件的選擇二1、壓強原理分析實驗分析∴我國的合成氨廠一般采用的壓強為10MPa~30MPa。合成氨時壓強越大越好N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH=-92.2kJ/mol實際生產(chǎn)壓強越大，對材料的強度和設備的制造要求就越高，需要的動力也越大大大增加生產(chǎn)投資，并可能降低綜合經(jīng)濟效益2、溫度原理分析實驗分析∴在實際生產(chǎn)中一般采用的溫度為400~500℃。低溫可提高平衡轉(zhuǎn)化率，但低溫會使得反應速率減小N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH=-92.2kJ/mol實際生產(chǎn)溫度太高，平衡轉(zhuǎn)化率降低，對設備的要求高，催化劑活性降低甚至失活，不可行。溫度太低，反應速率變慢，達到平衡所需時間過長，不經(jīng)濟。3、催化劑高溫、高壓下，N2和H2的化合反應仍然進行十分緩慢?！嗤ǔ２捎眉尤氪呋瘎┑姆椒ǎ淖兎磻獨v程降低反應的活化能，使反應物在較低溫度時能較快地發(fā)生反應。【注】①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，又稱鐵觸媒。②鐵觸媒在500℃左右時的活性最大，這也是合成氨一般選擇400~500℃進行的重要原因。③為了防止混有的雜質(zhì)使催化劑“中毒”，原料氣必須經(jīng)過凈化。④催化劑中毒：因吸附或沉積毒物而使催化劑活性降低或喪失的過程。4、濃度（1）從化學平衡的角度分析，在N2和H2的物質(zhì)的量比為1：3時，平衡轉(zhuǎn)化率最大。（2）實驗測得，適當提高N2的濃度，即N2和H2的物質(zhì)的量比為1：2.8時，更能促進氨的合成。（3）同時，需及時分離出NH3，增大平衡轉(zhuǎn)化率?！咀ⅰ竣貼2和H2的物質(zhì)的量比為1：2.8時，可增大H2的轉(zhuǎn)化率。②及時分離出NH3的方法：迅速冷卻使NH3液化為液氨。5、其他分離出NH3后的原料氣循環(huán)使用，可提高原料的利用率。同時需要及時補充N2和H2，使反應物保持一定的濃度，有利于合成氨反應。6、合成氨的生產(chǎn)流程即：工業(yè)上采用鐵觸媒作催化劑、在400~500℃和10MPa～30MPa的條件下合成氨。防止催化劑中毒增大壓強原料氣循環(huán)利用，提高原料利用率促使化學平衡向生成氨氣的方向移動充分利用能源化工生產(chǎn)中調(diào)控反應的一般思路三1、化學反應的調(diào)控（1）概念：（2）考慮因素：化學反應速率、化學平衡、設備條件、安全操作、經(jīng)濟成本等。通過改變反應條件，使一個可能發(fā)生的反應按照某一方向進行。2、工業(yè)上適宜生產(chǎn)條件的選擇（1）基本原則：多：生成的產(chǎn)品盡量多，化學平衡盡可能的正向移動?？欤喊创_定的目標方向，化學反應速率快。好：反應原理合理，反應途徑最優(yōu)。?。涸侠寐矢撸×?、省時、省能源。多、快、好、?。?）條件分析外界條件有利于加快反應速率有利于平衡正向移動綜合分析結果濃度溫度ΔH>0ΔH<0c反↑c反↑、c生↓不斷補充反應物、及時分離生成物T↑T↑T↓在設備條件允許的前提下，盡量采取高溫并考慮催化劑的活性兼顧速率和平衡，考慮催化劑的適宜溫度（2）條件分析外界條件有利于加快反應速率有利于平衡正向移動綜合分析結果壓強（有氣體參加的反應）氣體分子數(shù)增大氣體分子數(shù)減小催化劑p↑p↓p↑兼顧速率和平衡，選取適宜的壓強在設備條件允許的前提下，盡量采取高壓加入合適的催化劑無影響加入合適的催化劑【課堂小測】1、在合成氨反應中使用催化劑和施加高壓，下列敘述中正確的是（）。A、都能提高反應速率，都對化學平衡無影響B(tài)、都對化學平衡有影響，但都不影響達到平衡狀態(tài)所用的時間C、都能縮短達到平衡狀態(tài)所用的時間，只有施加高壓對化學平衡有影響D、使用催化劑能縮短反應達到平衡狀態(tài)所用時間，而施加高壓無此效果C【課堂小測】2、合成氨反應達到平衡時，NH3的體積分數(shù)與溫度、壓強的關系如圖所示，據(jù)此分析合成氨工業(yè)中最有前途的研究方向是（）。A．提高分離技術B．研制耐高壓的合成塔C．研制低溫催化劑D．探索不用N2和H2合成氨的新途徑C【課堂小測】3、據(jù)報道，在300℃、70MPa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)

+3H2