化学人教版2019选择性必修1 2.4 化学反应的调控（共26张ppt）
文档属性
| 名称 | 化学人教版2019选择性必修1 2.4 化学反应的调控（共26张ppt） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 8.9MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2022-07-14 10:35:32 | ||
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文档简介
(共26张PPT)
走进奇妙的化学世界
选择性必修1
第二章 化学反应速率
与化学平衡
第四节 化学反应的调控
知识回顾
1、影响反应速率的因素
浓度
C
V
温度
压强
催化剂
V
T
P
V
加催
V
2、影响平衡的因素
浓度
温度
催化剂
平衡正向移动
提高产率
合成氨工业是关系我国国民经济的重要行业，是我国化肥工业的基础，也是传统煤化工的重要组成部分。氨是重要的化工原料，主要用于制造氮肥、硝酸、丁腈橡胶等；氨在冶金、机械加工、电子、造纸等行业用途广泛。
制尿素
制纯碱
制硝酸
制冷剂
合成氨的应用
向空气要面包
—合成氨中的化学问题
思考探究
工业生产中应该考虑那些问题呢？
速率
产率
经济
成本
安全条件
设备
条件
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
学习
目标
化学反应的调控
PART
01
PART
02
PART
02
了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件
了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异
认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要作用
工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。
已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1， ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。
(1)可逆性：反应为可逆反应。
(2)体积变化：正反应是气体体积缩小的反应。
(3)焓变：ΔH<0，熵变：ΔS<0。
(4)自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。
在实际工业生产过程中如何选择反应的条件？
1．工业合成氨的反应及其特点
增大
增大
增大
增大
升高
降低
使用
无影响
2．工业合成氨生产条件的选择
图1:平衡混合物中氨的含量与温度、压强的关系
温度升高，氨的含量降低
压强增大，氨的含量增大
图2：NH3的平衡体积分数随投料比变化的曲线
高压、低温
n(N2):n(H2)=1:3最优
【2】数据分析：NH3含量的实验测定结果
理论总结
升高温度时，氨的生产速率变快。但是会使平衡逆向
移动，产率会减小，二者矛盾
增大压强时，速率增大和平衡正向移动，二者一致
工业生产选择怎样的合适的生产条件呢？
探究问题一、压强的选择
综合分析
压强越大，速率转化率都大
但是对材料的强度和设备的制造要求也越高，
需要的动力也越大，
这将会大大增加生产投资，
并可能降低综合经济效益。
目前，我国的合成氨厂
一般采用的压强为
10～30MPa
合成氨的反应历程
探究问题二、催化剂的选择
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol-1
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol-1
2007 年 Ertl 证实了 N2与 H2在催化剂表面合成氨的反应历程如图所示。
扩散→吸附→表面反应→脱附→扩散。
铁触媒
综合分析
催化剂，改变反应历程，
降低反应的 活化能 ，
使反应物在较低温度时
能较快地进行反应。
注意：
①催化剂铁触媒在500 ℃左右时的活性最大
②混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化
探究问题二、催化剂的选择
数据分析
已知：合成氨的催化剂在500℃左右时活性最大
催化剂
反应
速率
温度
500℃左右
转化率
温度
降低温度
探究问题三、温度的选择
探究问题三、温度的选择
综合分析
低温能提高平衡转化率，
但会使化学反应速率 减慢 ，
达到平衡所需时间变长，
这在工业生产中是很不经济的
且催化剂在500 ℃时活性最大
目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500℃
探究问题四、浓度的选择
综合分析
从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2的浓度，即N2和H2的物质的量比为1：2.8时，更能促进氨的合成。
综合分析
不断地补充反应物或者及时的分离生成物有利于工业生产
a、迅速冷却氨气成液态并及时分离
b 、将氨分离后的原料气循环使用，并及时补充氮气和氢气，使反应物保持一定的浓度。
工业合成氨的适宜条件
外部条件 工业合成氨的适宜条件
压强 根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强(10～30 MPa)
温度 适宜温度，400～500 ℃
催化剂 使用铁触媒做催化剂
浓度 N2和H2的物质的量之比为1∶2.8的投料比，氨及时从混合气中分离出去
归纳总结
制气→净化除杂→压缩→合成→冷却分离→循环压缩
化工生产适宜条件选择的一般原则是什么？
化学平衡
实践层面
设备可行
原理分析
反应速率
成本核算
思想理念
“绿色化学”
可持续发展
化学反应
化工生产中调控反应的一般思路
条件 原则
从化学反应速率分析
从化学反应限度分析
从原料的利用率分析
从实际生产能力分析
从催化剂的使用活性分析
既不能过快，又不能太慢
既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，
又要注意二者影响的矛盾性
增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本
如设备承受高温、高压能力等
注意温度对催化剂的活性的限制
化学反应的调控
①含义：通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照
某一方向进行
②考虑实际因素：结合设备条件、安全操作、经济成本等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找合适的生产条件；根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析，权衡利弊，才能实施生产
解题思路：
a、抓住反应特点 反应热：ΔH>0 或者ΔH<0
反应前后气体体积变化：ΔVg >或ΔVg<0
b、运用平衡规律：把外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响和实际情况相结合起来
c、准确分析数据：结合测定的实验数据准确分析反应条件，解决化学反应的调控
在硫酸工业中，通过下列反应使SO2转化成SO3,2SO2 (g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-198KJ\mol ,(已知制备SO3的过程中催化剂使是V2O5,在400--500℃效果最好），下表为不同温度和压强下的二氧化硫的转化率
综合分析
（1）分析数据找到答案
常压450℃催化剂
（2）分析题设信息找到答案
此温度下催化效果最好
（3）分析数据找到答案
常压下转化率已经很高
增大反应物浓度提高SO2 转化率
防止污染化境
学习小结
走进奇妙的化学世界
选择性必修1
第二章 化学反应速率
与化学平衡
第四节 化学反应的调控
知识回顾
1、影响反应速率的因素
浓度
C
V
温度
压强
催化剂
V
T
P
V
加催
V
2、影响平衡的因素
浓度
温度
催化剂
平衡正向移动
提高产率
合成氨工业是关系我国国民经济的重要行业，是我国化肥工业的基础，也是传统煤化工的重要组成部分。氨是重要的化工原料，主要用于制造氮肥、硝酸、丁腈橡胶等；氨在冶金、机械加工、电子、造纸等行业用途广泛。
制尿素
制纯碱
制硝酸
制冷剂
合成氨的应用
向空气要面包
—合成氨中的化学问题
思考探究
工业生产中应该考虑那些问题呢？
速率
产率
经济
成本
安全条件
设备
条件
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
学习
目标
化学反应的调控
PART
01
PART
02
PART
02
了解如何应用化学反应速率和化学平衡原理分析合成氨的适宜条件
了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异
认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要作用
工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。
已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1， ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。
(1)可逆性：反应为可逆反应。
(2)体积变化：正反应是气体体积缩小的反应。
(3)焓变：ΔH<0，熵变：ΔS<0。
(4)自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。
在实际工业生产过程中如何选择反应的条件？
1．工业合成氨的反应及其特点
增大
增大
增大
增大
升高
降低
使用
无影响
2．工业合成氨生产条件的选择
图1:平衡混合物中氨的含量与温度、压强的关系
温度升高，氨的含量降低
压强增大，氨的含量增大
图2：NH3的平衡体积分数随投料比变化的曲线
高压、低温
n(N2):n(H2)=1:3最优
【2】数据分析：NH3含量的实验测定结果
理论总结
升高温度时，氨的生产速率变快。但是会使平衡逆向
移动，产率会减小，二者矛盾
增大压强时，速率增大和平衡正向移动，二者一致
工业生产选择怎样的合适的生产条件呢？
探究问题一、压强的选择
综合分析
压强越大，速率转化率都大
但是对材料的强度和设备的制造要求也越高，
需要的动力也越大，
这将会大大增加生产投资，
并可能降低综合经济效益。
目前，我国的合成氨厂
一般采用的压强为
10～30MPa
合成氨的反应历程
探究问题二、催化剂的选择
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol-1
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol-1
2007 年 Ertl 证实了 N2与 H2在催化剂表面合成氨的反应历程如图所示。
扩散→吸附→表面反应→脱附→扩散。
铁触媒
综合分析
催化剂，改变反应历程，
降低反应的 活化能 ，
使反应物在较低温度时
能较快地进行反应。
注意：
①催化剂铁触媒在500 ℃左右时的活性最大
②混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化
探究问题二、催化剂的选择
数据分析
已知：合成氨的催化剂在500℃左右时活性最大
催化剂
反应
速率
温度
500℃左右
转化率
温度
降低温度
探究问题三、温度的选择
探究问题三、温度的选择
综合分析
低温能提高平衡转化率，
但会使化学反应速率 减慢 ，
达到平衡所需时间变长，
这在工业生产中是很不经济的
且催化剂在500 ℃时活性最大
目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500℃
探究问题四、浓度的选择
综合分析
从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2的浓度，即N2和H2的物质的量比为1：2.8时，更能促进氨的合成。
综合分析
不断地补充反应物或者及时的分离生成物有利于工业生产
a、迅速冷却氨气成液态并及时分离
b 、将氨分离后的原料气循环使用，并及时补充氮气和氢气，使反应物保持一定的浓度。
工业合成氨的适宜条件
外部条件 工业合成氨的适宜条件
压强 根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强(10～30 MPa)
温度 适宜温度，400～500 ℃
催化剂 使用铁触媒做催化剂
浓度 N2和H2的物质的量之比为1∶2.8的投料比，氨及时从混合气中分离出去
归纳总结
制气→净化除杂→压缩→合成→冷却分离→循环压缩
化工生产适宜条件选择的一般原则是什么？
化学平衡
实践层面
设备可行
原理分析
反应速率
成本核算
思想理念
“绿色化学”
可持续发展
化学反应
化工生产中调控反应的一般思路
条件 原则
从化学反应速率分析
从化学反应限度分析
从原料的利用率分析
从实际生产能力分析
从催化剂的使用活性分析
既不能过快，又不能太慢
既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，
又要注意二者影响的矛盾性
增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本
如设备承受高温、高压能力等
注意温度对催化剂的活性的限制
化学反应的调控
①含义：通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照
某一方向进行
②考虑实际因素：结合设备条件、安全操作、经济成本等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找合适的生产条件；根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析，权衡利弊，才能实施生产
解题思路：
a、抓住反应特点 反应热：ΔH>0 或者ΔH<0
反应前后气体体积变化：ΔVg >或ΔVg<0
b、运用平衡规律：把外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响和实际情况相结合起来
c、准确分析数据：结合测定的实验数据准确分析反应条件，解决化学反应的调控
在硫酸工业中，通过下列反应使SO2转化成SO3,2SO2 (g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-198KJ\mol ,(已知制备SO3的过程中催化剂使是V2O5,在400--500℃效果最好），下表为不同温度和压强下的二氧化硫的转化率
综合分析
（1）分析数据找到答案
常压450℃催化剂
（2）分析题设信息找到答案
此温度下催化效果最好
（3）分析数据找到答案
常压下转化率已经很高
增大反应物浓度提高SO2 转化率
防止污染化境
学习小结