《第4節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控》參考課件3

第4節(jié)

化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控思考：假如你是一個(gè)化工廠的老板對工業(yè)生產(chǎn)你主要應(yīng)考慮哪些問題？1、經(jīng)濟(jì)效益2、社會(huì)效益提高綜合經(jīng)濟(jì)效益理論實(shí)際單位時(shí)間里提高合成氨的產(chǎn)量（從化學(xué)反應(yīng)的速率考慮）提高平衡混合物中氨的含量（從化學(xué)平衡的移動(dòng)考慮）從生產(chǎn)成本、動(dòng)力、材料、設(shè)備等對上述理論探討進(jìn)一步論證，以得出合理的結(jié)論。反應(yīng)物表面積、反應(yīng)物濃度、溫度、能引起氣體反應(yīng)物濃度改變的壓強(qiáng)、催化劑2、影響化學(xué)平衡移動(dòng)的因素有哪些？濃度、壓強(qiáng)、溫度勒夏特列原理：如果改變影響平衡的一個(gè)條件（如濃度、壓強(qiáng)或溫度等），平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動(dòng)。1、影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素有哪些合成氨反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g)已知298K時(shí)：ΔH＝－92.4kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1

(1)可逆性：反應(yīng)為可逆反應(yīng)。(2)體積變化：正反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)。(3)焓變：ΔH<0，熵變：ΔS<0。(4)自發(fā)性：常溫(298K)下，ΔH－TΔS<0，能自發(fā)進(jìn)行1．合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)工業(yè)合成氨時(shí)主要考慮的因素？（3）便宜（4）綠色（2）快（1）多即提高平衡混合物里氨的含量——化學(xué)平衡問題即提高單位時(shí)間里氨的產(chǎn)量——化學(xué)反應(yīng)速率問題降低成本，提高原料利用率。保護(hù)環(huán)境，對設(shè)備的要求?！窘涣鳌ぱ杏憽扛鶕?jù)此反應(yīng)特點(diǎn)分析，什么條件有利于合成氨？外界條件增大NH3的含量化學(xué)平衡角度濃度N2、H2NH3溫度壓強(qiáng)催化劑增大N2、H2的濃度，其物質(zhì)的量之比為1:3時(shí)，NH3的含量最高【交流·研討】~多1:11:21:31:41:51:60.60.50.40.30.20.1NH3%N2:H2及時(shí)轉(zhuǎn)移走NH3達(dá)到平衡時(shí)平衡混合物中NH3的含量體積分?jǐn)?shù)）[V(N2):V(H2)=1:3]

0.11020306010020015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.279.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4壓強(qiáng)/MPaNH3含量/%溫度/℃溫度升高，氨的含量降低壓強(qiáng)增大，氨的含量增大根據(jù)此反應(yīng)特點(diǎn)分析，什么條件有利于合成氨？外界條件增大NH3的含量化學(xué)平衡角度濃度N2、H2增大N2、H2的濃度，其物質(zhì)的量之比為1:3時(shí)，NH3的含量最高NH3溫度壓強(qiáng)催化劑及時(shí)轉(zhuǎn)移走NH3低溫高壓無影響【交流·研討】~多根據(jù)此反應(yīng)特點(diǎn)分析，什么條件有利于提高合成氨的速率？外界條件提高合成NH3的速率化學(xué)速率角度濃度N2、H2NH3溫度壓強(qiáng)催化劑增大N2、H2的濃度，提高氫氣壓強(qiáng)更有利于提高反應(yīng)速率，其物質(zhì)的量之比應(yīng)<1:3及時(shí)轉(zhuǎn)移走NH3高溫高壓正催化劑【交流·研討】~快合成氨的適宜條件的選擇增大濃度高壓高溫使用增大濃度高壓低溫?zé)o影響增大濃度矛盾催化劑溫度壓強(qiáng)外界條件反應(yīng)物的濃度速率分析平衡分析使NH3生產(chǎn)得多使NH3生產(chǎn)得快理論選擇適宜條件高壓？？一致（一）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,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。工業(yè)上合成氨一般采用400~500℃的溫度,其原因是(

)①適當(dāng)提高氨的合成速率②提高H2的轉(zhuǎn)化率③提高氨的產(chǎn)率④催化劑在500℃左右活性最大A.只有①

B.只有①②C.②③④ D.只有①④D隨堂練習(xí)（三）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)過凈化。

使用催化劑可使合成氨反應(yīng)的速率提高上萬億倍（四）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N2和H2,使反應(yīng)物保持一定的濃度，以利于合成氨反應(yīng)。【思考】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?提示:使化學(xué)平衡向生成氨的方向移動(dòng)。

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利用原料氣在合成塔中合成NH3,為提高N2的轉(zhuǎn)化率所采取的措施是(

)A.高溫 B.高壓C.使用催化劑 D.增大N2的濃度B

隨堂練習(xí)有關(guān)合成氨工業(yè)的說法中,正確的是(

)A.增大H2的濃度,可提高H2的轉(zhuǎn)化率B.由于氨易液化,N2、H2在實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)循環(huán)使用,所以總體來說氨的產(chǎn)率很高C.合成氨工業(yè)的反應(yīng)溫度控制在400~500℃,目的是使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)D.合成氨廠采用的壓強(qiáng)是10MPa~30MPa,因?yàn)樵搲簭?qiáng)下鐵觸媒的活性最大B隨堂練習(xí)

工業(yè)上利用某可逆反應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品：

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；選擇合適的溫度：該溫度是催化劑活性最大的溫度；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。

【小結(jié)·反思】三、合成氨的生產(chǎn)流程（一）生產(chǎn)流程合成氨流程簡圖合成塔氨分離器液氨水冷器循環(huán)氣體壓縮機(jī)循環(huán)壓縮機(jī)氫氮混合氣合成氨工業(yè)有下列流程：①原料氣制備；②氨的合成；③原料氣凈化和壓縮；④氨的分離。其先后順序?yàn)?

)A．①②③④

B．①③②④

C．④③②①

D．②③④①B隨堂練習(xí)NH3是一種重要的工業(yè)原料。下列關(guān)于合成氨的說法中,不正確的是(

)A.工藝涉及催化技術(shù)B.工藝涉及高溫高壓技術(shù)C.原料之一的氮?dú)鈦碜钥諝釪.從合成塔出來的氣體中,氨的體積分?jǐn)?shù)為100%D

隨堂練習(xí)（二）流程分析1、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2、壓縮機(jī)加壓：增大壓強(qiáng)3、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。4、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，以促使平衡向生成NH3的方向移動(dòng)。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。四、影響化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的兩個(gè)因素（一）參加反應(yīng)的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等本身因素（二）溫度、壓強(qiáng)、濃度、催化劑等反應(yīng)條件1、定義：就是通過改變反應(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)。五、化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控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)：通過控制反應(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。4、控制反應(yīng)條件的基本措施(1)控制化學(xué)反應(yīng)速率的措施：通過改變反應(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：通過改變可逆反應(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)溫度越高越利于合成氨反應(yīng)平衡正向移動(dòng)。(

)(2)合成氨反應(yīng)中,壓強(qiáng)越大越利于增大反應(yīng)速率和平衡正向移動(dòng)。(

)(3)使用催化劑能提高合成氨反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率。(

)(4)充入的N2越多越有利于NH3的合成。 ()(5)恒容條件下充入稀有氣體有利于NH3的合成。 ()(6)工業(yè)合成氨的反應(yīng)是熵增加的放熱反應(yīng)，在任何溫度下都可自發(fā)進(jìn)行。()判斷正誤(正確的打“√”，錯(cuò)誤的打“×”)×