《【课件】第四节+化学反应的调控（人教版2019选择性必修1）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《【课件】第四节+化学反应的调控（人教版2019选择性必修1）（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四节 化学反应的调控第二章 化学反应速率与化学反应平衡合成氨生产的工艺流程2合成氨反应条件与原理分析1本节重难点化工生产中调控反应的一般思路3鼓风加快物质燃烧降温延长食物储存时间降低温度以此灭火生活中我们对化学反应的调控示例化工生产中，对化学反应的调控，应该注意哪些问题呢？下面我们以工业合成氨生产条件的选择为例，研究化学反应的调控问题。l合成氨发展历程及重要节点20世纪以前生物固氮H+，e-ADP固氮酶NH3ATP1898年1909年德国A.弗兰克等人发现氮能与碳化钙固定而生成氰氨化钙，进一步与过热水蒸气反应即可获得氨德国化学家Haber用锇催化剂将氮气与氢 气 在 17.520MPa和50
2、0600下直接合成1912年1985年1990年Furuya和Yoshiba 考察了26 种无机催化剂在气体 扩散电极上 NRR 产氨的性能2007年Gerhard Ertl对人工固氮技术的原理提供了详细的解释Haber-Bosch法铁基催化剂N2+H2NH3Pickett和 Talarmin在 N2饱和的四氢呋喃溶液中用汞阴极于-2.6V下恒电势电解，首次利用电化学方法还原氮气天使与恶魔的化身第一个从空气中制造出氨气的科学家，使人类摆脱了依靠天然氮肥的被动局面，养活了20亿 人，诺 贝 尔 化 学 奖 得 主一战中，任化学兵工厂厂长发明了化学武器(芥子、氯气等)用于战争，造成近百万人伤亡，是
3、战争魔鬼遭人唾骂l合成氨发展历程及重要节点1908年7月，哈伯在实验室用氮气和氢气在600、20 MPa下得到了氨，但是产率极低，只有6%合成氨开端哈伯合成氨所用装置l合成氨发展历程及重要节点1874年，卡尔博施生于德国科隆。24岁时毕业于莱比锡大学，获有机化学博士学位。1908年1913年，卡尔博施改进哈伯首创的高压合成氨催化方法，利用氧化铁型催化剂，使合成氨生产工业化，化学上称为哈伯博施法。1940年，因找到合适的催化剂，使合成氨反应成为工业化，也因此获得诺贝尔化学奖。合成氨工业之父l合成氨发展历程及重要节点从合成氨发展历程来看，合成氨过程非常不易，请根据所学内容来思考工业合成氨生产条件的
4、选择？反应进行的方向化学反应的速率化学平衡(限度)根据所学内容，若要把一个化学反应投入生产，针对化学反应而言，需要考虑：生产的效率问题产率问题生产的可行性问题自然固氮雷电/大气/高能固氮N2O2 2NO放电或高温H180.5 kJ/molS247.7 kJ/mol工业合成氨人工固氮N23H2 2NH3高温、高压催化剂H92.2 kJ/molS198.2 kJ/moll合成氨反应条件与原理分析探究一 判断化学反应进行的方向高温下反应能自发进行H0S0低温下反 应能自发进行H0S0l合成氨反应条件与原理分析探究一 判断化学反应进行的方向N23H2 2NH3高温、高压催化剂N2O2 2NO放电或高温
5、N2O2 2NO放电或高温化学反应反应温度平衡常数25 25 2000 4.1106510-310.1K越大反应进行的越完全l合成氨反应条件与原理分析探究一 判断化学反应进行的方向人工固氮(合成氨法)从反应进行方向看G=H-TS 0从反应限度看K值较大，反应进行的完全方案可行从理论出发，科学家在实验室模拟该实验，研究发现：室温下将氮气、氢气混合，即使在实验允许的最大压强下也几乎得不到氨气。l合成氨反应条件与原理分析反应速率过慢且产氨率较低如何改进上述所遇的问题呢？从理论出发，科学家在实验室模拟该实验，研究发现：室温下将氮气、氢气混合，即使在实验允许的最大压强下也几乎得不到氨气。l合成氨反应条件
6、与原理分析反应速率过慢且产氨率较低反应速率化学平衡外界条件改变增大合成氨的反应速率提高平衡混合物中氨的含量l合成氨反应条件与原理分析探究二 合成氨条件的选择对合成氨反应的影响影响因素浓度温度压强催化剂增大合成氨的反应速率提高平衡混合物中氨的含量原理分析H92.4 kJ/mol增大升高增大加入铁触媒降低无影响增大增大根据合成氨反应的特点，应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量？N23H2 2NH3高温、高压催化剂l合成氨反应条件与原理分析探究二 合成氨条件的选择数据分析分析表中数据，结合合成氨反应的特点，讨论应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物
7、中氨的含量。不同条件下，合成氨反应达到化学平衡时反应混合物中氨的含量(体积分数)温度/氨的含量/%0.1 MPa10 MPa20 MPa30 MPa60 MPa100 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(初始时氮气和氢气的体积比是1 3)l合成氨反应条件与原理分析探究二 合成氨条件的选择数据分析分析表中数据，可知：温度一定，随着压强越大，反应速率增大，氨的
8、含量升高不同条件下，合成氨反应达到化学平衡时反应混合物中氨的含量(体积分数)温度/氨的含量/%0.1 MPa10 MPa20 MPa30 MPa60 MPa100 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(初始时氮气和氢气的体积比是1 3)l合成氨反应条件与原理分析探究二 合成氨条件的选择数据分析分析表中数据，可知：压强一定，随着温度升高，反应速率增大，氨的含量
9、逐渐降低不同条件下，合成氨反应达到化学平衡时反应混合物中氨的含量(体积分数)温度/氨的含量/%0.1 MPa10 MPa20 MPa30 MPa60 MPa100 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(初始时氮气和氢气的体积比是1 3)l合成氨反应条件与原理分析探究二 合成氨条件的选择数据分析不同条件下，合成氨反应达到化学平衡时反应混合物中氨的含量(体积分数
10、)温度/氨的含量/%0.1 MPa10 MPa20 MPa30 MPa60 MPa100 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(初始时氮气和氢气的体积比是1 3)升高温度、增大压强可以使合成氨的反应速率增大降低温度、增大压强有利于提高平衡混合物中氨的含量结论那么，在实际生产中到底选择哪些适宜的条件呢？压强越大，对材料的强度和设备的制造要求就越高，需要的动力也
11、越大l合成氨反应条件与原理分析探究二 合成氨条件的选择图像分析压强大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益原理分析实验数据表明合成氨时压强越大越好20%40%我国的合成氨厂一般采用的压强为10 MPa30 MPal合成氨反应条件与原理分析探究二 合成氨条件的选择图像分析温度实际生产中一般采用的温度为400500 平衡移动原理温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很不经济采用低温提高平衡转化率10%30%l合成氨反应条件与原理分析探究二 合成氨条件的选择图像分析浓度NH3的体积分数/%0123456102030405060氢气和氮气的体积比初始时氮气和氢气的体积比是
12、1 3增大氮气浓度液化氨气及时从混合 物 中 分 离 出 去从原料成本来看，氢气的价格要比氮气的价格高，思考：如何提高氨气的产量？促使化学平衡正向移动，提高氨的产量NH3的体积分数最大2NH3 N2+3H2 催化剂高温、高压归纳总结温度：400500l合成氨的适宜条件压强：10 MPa 30 MPa催化剂：铁触媒浓度：增大氮气浓度、液化氨气(反应速率较快、催化剂活性较大)(反应速率较快、平衡正向移动)(反应速率较快，缩短到达平衡时间)(反应速率较快、提高氢气的转化率)l合成氨生产的工艺流程原料气的制备氮气液化空气氮气N2减压蒸发压强降低，物质的沸点降低氢气C+H2O(g)CO+H2高温CO+H
13、2O(g)CO2+H2高温催化剂工业上用水蒸气与焦炭在高温下反应，吸收CO2后制得生产成本低生产成本高物质、能量交换l合成氨生产的工艺流程生产流程制气净化除杂压缩合成冷却分离循环压缩液态NH3干燥净化N2+H2N2+H2防止催化剂中毒增加原料利用率N2+H2经过循环反应，可全部转化为N H3压缩机加压10MPa30MPaN2+H2热交换N2+H2铁触媒400500N2+H2NH3+N2+H2NH3+N2+H2冷却l合成氨发展历程及重要节点20世纪以前生物固氮H+，e-ADP固氮酶NH3ATP1898年1909年德国A.弗兰克等人发现氮能与碳化钙固定而生成氰氨化钙，进一步与过热水蒸气反应即可获得
14、氨德国化学家Haber用锇催化剂将氮气与氢 气 在 17.520MPa和500600下直接合成1912年1985年1990年Furuya和Yoshiba 考察了26 种无机催化剂在气体 扩散电极上 NRR 产氨的性能2007年Gerhard Ertl对人工固氮技术的原理提供了详细的解释Haber-Bosch法铁基催化剂N2+H2NH3Pickett和 Talarmin在 N2饱和的四氢呋喃溶液中用汞阴极于-2.6V下恒电势电解，首次利用电化学方法还原氮气 更加节能、降低成本l合成氨发展历程及重要节点中科院大连化学物理研究所研究团队研制合成了一种新型催化剂，将合成氨的温度、压强分别降到了350、
15、1 MPa 2016年l化工生产中调控反应的一般思路 可行性化学平衡反应速率设备可行成本核算反应条件确定反应原理分析实验摸索明确目的热力学第三定律描述的是：热力学系统的熵在温度趋近于绝对零度时趋于定值。而对于完整晶体(所谓“完美晶体”是指没有任何缺陷的规则晶体)，这个定值为零。该定律认为，当系统趋近于绝对温度零度时，系统等温可逆过程的熵变化趋近于零。热力学第三定律瓦尔特能斯特1.下列有关合成氨工业的说法正确的是()A.工业合成氨的反应是熵减小的放热反应,在低温或常温时可自发进行B.恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成C.合成氨厂一般采用的压强为10 MPa30 Mpa，因为该压强下铁触媒的
16、活性最高D.N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成A2.某工业生产中发生反应:2A(g)+B(g)M(g)H0。下列有关该工业生产的说法正确的是()A.工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成B.若物质B廉价易得，工业上一般采用加入过量的B的方式来提高A和B的转化率C.工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高D.工业生产中使用催化剂可提高M的日产量D3.如图所示为接触法制硫酸的设备和工艺流程,其中关键步骤是SO2的催化氧化:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)H0。下列说法正确的是()A.反应后气体分子数减少，增大反应容器内压强一定有利于提高生产效益B.反应放热，为提高SO2转化率,应尽可能在较低温度下反应C.工业生产要求高效，为加快反应速率，应使用催化剂并尽可能提高体系温度D.沸腾炉流出的气体必须经过净化，并补充适量空气，再进入接触室D4.中国科学家在合成氨N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H0反应机理的研究中取得新进展,首次报道了LiH-3d过渡金属这一复合催化剂体系，并提出了“氮转移”催化机理,如图所示
