2.4化學(xué)反應(yīng)調(diào)控 課件 上學(xué)期化學(xué)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)平衡第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控

合成氨難不難呢？如果你是當時的工程師，如何設(shè)計合成氨的條件呢？可以從哪些角度分析？一、合成氨反應(yīng)條件與原理分析1、反應(yīng)原理和特點N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH=-92.2kJ·mol-1可逆反應(yīng)正反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)ΔH<0、ΔS<02、原理分析對合成氨反應(yīng)的影響影響因素濃度溫度壓強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)物濃度或減小生成物濃度升高溫度降低溫度增大壓強增大壓強使用催化劑無影響一、合成氨反應(yīng)條件與原理分析N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH＜0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/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.1013.823.131.4一、合成氨反應(yīng)條件與原理分析3、數(shù)據(jù)分析一、合成氨反應(yīng)條件與原理分析3、實驗數(shù)據(jù)分析N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH＜0根據(jù)課本表2-2在不同溫度和壓強下(初始時N2和H2的體積比為1:3)，平衡混合物中氨的含量實驗數(shù)據(jù)分析，提高反應(yīng)速率的條件是

溫度、

壓強、增大反應(yīng)物濃度及使用催化劑；提高平衡混合物中氨的含量的條件是

溫度、________壓強、增大反應(yīng)物濃度。二者在

這一措施上是不一致的。實驗數(shù)據(jù)的分析與理論分析的結(jié)論是一致的。升高增大降低增大溫度(1)工業(yè)合成氨的反應(yīng)是ΔH<0、ΔS<0的反應(yīng)，在任何溫度下都可自發(fā)進行(2)在合成氨中，加入催化劑能提高原料的轉(zhuǎn)化率(3)催化劑在合成氨中質(zhì)量沒有改變，因此催化劑沒有參與反應(yīng)(4)增大反應(yīng)物的濃度，減少生成物的濃度，可以提高氨的產(chǎn)率(5)合成氨中在提高速率和原料的轉(zhuǎn)化率上對溫度的要求是一致的正誤判斷×××√×應(yīng)用體驗1.合成氨工業(yè)的主要反應(yīng)為N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g)

ΔH<0,

在密閉容器中進行。下列說法正確的是A.其他條件不變，及時分離出NH3，會降低NH3的產(chǎn)率B.使用催化劑可使N2的轉(zhuǎn)化率達到100%C.其他條件不變，增大壓強不僅能提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，

還能縮短到達平衡的時間D.其他條件不變，溫度越高，氨氣的產(chǎn)率越高C2.研究不同催化劑對2NH3N2＋3H2反應(yīng)速率的影響。恒溫、恒容時，c(NH3)(×10－3mol·L－1)隨時間(min)的變化如下。

tc(NH3)020406080催化劑Ⅰ2.402.001.601.200.80催化劑Ⅱ2.401.600.800.400.40下列說法不正確的是A.使用催化劑Ⅰ，0～20min平均反應(yīng)速率v(N2)＝1.00×10－5mol·L－1·min－1B.使用催化劑Ⅱ，達平衡后容器內(nèi)的壓強是初始時的C.相同條件下，使用催化劑Ⅰ和催化劑Ⅱ的反應(yīng)熱相同D.相同條件下，使用催化劑Ⅱ可使該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)更大D合成氨反應(yīng)條件的選擇原則二、實際工業(yè)合成氨的適宜條件工業(yè)生產(chǎn)中，必須從

和

兩個角度選擇合成氨的適宜條件。(1)盡量增大反應(yīng)物的

，充分利用原料。(2)選擇較快的

，提高單位時間內(nèi)的產(chǎn)量。(3)考慮設(shè)備的要求和技術(shù)條件等。反應(yīng)速率反應(yīng)限度轉(zhuǎn)化率化學(xué)反應(yīng)速率【原理分析】壓強越大越好【實際選用】

目前，我國合成氨廠一般采用的壓強為

MPa。10～30【理由】壓強越大，對設(shè)備要求越高，增加成本，降低綜合經(jīng)濟效益。1.壓強二、實際工業(yè)合成氨的適宜條件N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)【原理分析】溫度越低轉(zhuǎn)化率越高但反應(yīng)速率越慢，達到平衡所需時間變長，不經(jīng)濟【實際選用】2.溫度目前，實際生產(chǎn)一般采用的溫度為

℃400~500二、實際工業(yè)合成氨的適宜條件鐵觸媒在500℃左右時的活性最大N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)【原理分析】加催化劑可改變反應(yīng)歷程，加快反應(yīng)速率【實際選用】目前，普遍使用以鐵為主體成分的催化劑，即

。鐵觸媒500℃時活性最大

3.催化劑二、實際工業(yè)合成氨的適宜條件什么是催化劑中毒？工業(yè)上如何防止催化劑中毒？【原理分析】【實際選用】及時移走產(chǎn)物氨增大反應(yīng)物濃度4.濃度二、實際工業(yè)合成氨的適宜條件及時將氨氣從反應(yīng)混合物中分離出去，將未反應(yīng)的N2和H2循環(huán)使用并及時補充N2和H2,使反應(yīng)物保持一定的濃度。N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)實際生產(chǎn)中，N2和H2的物質(zhì)的量之比并非1∶3，而是1∶2.8，分析說明原料中N2適度過量的2個理由：____________________________________________________、_____________________________________________________。適當提高N2比例，加快合成氨的速率5.投料比二、實際工業(yè)合成氨的適宜條件N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)大量實驗證明,合成氨反應(yīng)中當n(N2)∶n(H2)＝1∶3時，氨的平衡體積分數(shù)最大?！驹矸治觥俊緦嶋H選用】N2相對易得，適度過量有利于提高H2的轉(zhuǎn)化率三、合成氨的生產(chǎn)流程N2+H2干燥凈化防止催化劑中毒N2+H2壓縮機加壓10MPa～30MPaN2+H2熱交換N2+H2鐵觸媒400～500℃N2+H2+NH3冷卻液態(tài)NH3N2+H2+NH3N2+H2充分利用能源增大壓強促使化學(xué)平衡向生成氨氣的方向移動原料氣循環(huán)利用，提高原料利用率N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH＜0應(yīng)用體驗1.下列有關(guān)合成氨條件選擇的說法正確的是A.適當增加氫氣的濃度可提高氮氣的平衡轉(zhuǎn)化率B.溫度越高，速率越快，生產(chǎn)效益越好C.使用鐵觸媒能提高合成氨反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率D.將氨及時液化分離不利于提高氨的產(chǎn)率AN2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH＜02.合成氨反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g),N2(g)與H2(g)反應(yīng)生成1molNH3(g)放出46kJ的熱量。該反應(yīng)通常需要在高溫(400～500℃)、高壓(10～30MPa)條件下進行,反應(yīng)過程通常采用鐵觸媒作為催化劑。下列說法不正確的是A.合成氨反應(yīng)中采用400～500℃高溫主要是因為此時催化劑的

活性最大B.合成氨反應(yīng)中采用高壓的目的主要是為了促進平衡向右移動C.合成氨反應(yīng)中采用鐵觸媒作為催化劑可以加快反應(yīng)速度D.合成氨反應(yīng)中將0.5molN2(g)和1.5molH2(g)置于密閉容器中

充分反應(yīng)，其放出熱量為46kJD3.在硫酸工業(yè)中，通過下列反應(yīng)使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)?2SO3(g)

ΔH＝－196.6kJ·mol－1。(已知：催化劑是V2O5，在400～500℃時催化劑效果最好)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。溫度/℃平衡時SO2的轉(zhuǎn)化率/%0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3(1)從理論上分析，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400～500℃，原因是________________________________________________________________________________________________________________。450℃、10MPa

在此溫度下，催化劑活性最高。溫度較低，會使反應(yīng)速率減小，達到平衡所需時間變長；溫度較高，SO2的轉(zhuǎn)化率會降低(3)在實際生產(chǎn)中，采用的壓強為常壓，原因是____________________________________________________________________________________________________________________。在常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率就已經(jīng)很高了(97.5%)，若采用高壓，平衡向右移動，但效果并不明顯，且采用高壓時會增大對設(shè)備的要求而增大生產(chǎn)成本3.在硫酸工業(yè)中，通過下列反應(yīng)使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)?2SO3(g)

ΔH＝－196.6kJ·mol－1。(已知：催化劑是V2O5，在400～500℃時催化劑效果最好)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。溫度/℃平衡時SO2的轉(zhuǎn)化率/%0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3(5)尾氣中SO2必須回收，原因是________________________________________________________。防止污染環(huán)境；循環(huán)利用，提高原料的利用率(合理即可)(4)在實際生產(chǎn)中，通入過量的空氣，原因是_______________________________________________。3.在硫酸工業(yè)中，通過下列反應(yīng)使SO2氧化成SO3：2SO2(