2.4化学反应的调控 课件（共17张ppt）化学人教版（2019）选择性必修1
文档属性
| 名称 | 2.4化学反应的调控 课件（共17张ppt）化学人教版（2019）选择性必修1 |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 3.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-07-31 22:52:05 | ||
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文档简介
(共17张PPT)
第4节 化学反应的调控
第二章 化学反应速率与化学平衡
课堂引入
从合成氨说起
18世纪末，英国化学家克鲁克斯“先天下之忧而忧”，率先发出为了使子孙后代免于饥饿“向空气要氮肥”的号召。
思考交流
从哪些角度选择固氮反应？分析以下两种方法的可行性。
常温 K＝3.8×10－31
常温 K＝5.0×108
氧化法：
还原法：
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
N2(g) + O2(g) 2NO(g)
H ＝－92.4 kJ/mol
德国化学家哈伯向合成氨发起冲击。1908年7月，他在实验室用氮气和氢气在600 ℃、20 MPa下得到了氨，但是产率只有2%。
思考交流
如何选择合适的合成氨的生产条件？可以从哪些角度分析？
化学反应速率
化学平衡
理论
实践
数据分析
结合教材表2-2的数据并结合图2-11和12讨论如何选择反应条件。
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H ＝－92.4 kJ/mol
温度/℃ 氨的含量/% 0.1 MPa 10 MPa 20 MPa 30 MPa 60 MPa 100 MPa
200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8
300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4
综合分析
(1)压强：
合成氨厂一般采用的压强为：
10 MPa~30 Mpa。
压强越大,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,这会加大生产投资,可能降低综合经济效益。
综合分析
(2)温度：
一般采用的温度为400~500 ℃
温度的选择—快与少、慢与多的权衡
温度太低,反应速率太小,达到平衡所需的时间变长,不经济。升高温度，转化率降低,另外,合成氨所需的催化剂铁触媒的活性在500 ℃左右活性最大。
综合分析
(3)催化剂：
合成氨反应为什么慢？
怎样降低反应的活化能？
目前，合成氨工业中普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。铁触媒在500℃左右时的活性最大，这也是合成氨一般选择400~500℃进行的重要原因。另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”,原料气必须经过净化。
—活化能高
—改变反应历程
思考交流
在温度与压强的最佳条件下，平衡混合物中氨的含量仍不高，怎么办？
温度/℃ 氨的含量/% 0.1 MPa 10 MPa 20 MPa 30 MPa 60 MPa 100 MPa
200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8
300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4
综合考虑
压强：综合成本与设备耐压
10 MPa~30 MPa
催化剂：现在常用铁触媒，其活性最好的温度为 500 ℃左右。
温度：综合考虑，特别是催化剂的活性温度
一般选择400~500 ℃
将氨及时分离出来，原料气循环使用
【拓展】合成氨生产流程
造气→净化→合成氨
合成氨最佳工艺的探索
（1）氰化法（1898年）
德国化学家弗兰克（A. Frank 1834-1916）等：
CaCN2＋3H2O = 2NH3＋CaCO3
CaC2＋N2= CaCN2＋C
合成氨最佳工艺的探索
（2）哈伯：
锇（剧毒）作催化剂
17.5 MPa~20.0 MPa、500~600 ℃
氨含量6%
1918年 获得 诺贝尔化学奖
合成氨最佳工艺的探索
（3）博施：
铁作催化剂
开发了适合高温、高压下的合成设备——熟铁做内衬
设计了获得大量廉价原料气的方法——水煤气作为氢气来源、氮气由液化空气而得
1931年 获得 诺贝尔化学奖
（4）埃尔特：
合成氨的反应历程
2007年 获得 诺贝尔化学奖
扩散→吸附→表面反应→脱附→扩散
原料用量n(N2):n(H2)：
理论值为1:3；实际为1:2.8
课堂小结
合成氨生产的
适宜条件
温度
压强
催化剂
浓度
理论联系实际
平衡正向移动
成本别太高
速率别太低
效率必须高
如何为一个化学反应选择适宜的生产条件？
第4节 化学反应的调控
第二章 化学反应速率与化学平衡
课堂引入
从合成氨说起
18世纪末，英国化学家克鲁克斯“先天下之忧而忧”，率先发出为了使子孙后代免于饥饿“向空气要氮肥”的号召。
思考交流
从哪些角度选择固氮反应？分析以下两种方法的可行性。
常温 K＝3.8×10－31
常温 K＝5.0×108
氧化法：
还原法：
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
N2(g) + O2(g) 2NO(g)
H ＝－92.4 kJ/mol
德国化学家哈伯向合成氨发起冲击。1908年7月，他在实验室用氮气和氢气在600 ℃、20 MPa下得到了氨，但是产率只有2%。
思考交流
如何选择合适的合成氨的生产条件？可以从哪些角度分析？
化学反应速率
化学平衡
理论
实践
数据分析
结合教材表2-2的数据并结合图2-11和12讨论如何选择反应条件。
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H ＝－92.4 kJ/mol
温度/℃ 氨的含量/% 0.1 MPa 10 MPa 20 MPa 30 MPa 60 MPa 100 MPa
200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8
300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4
综合分析
(1)压强：
合成氨厂一般采用的压强为：
10 MPa~30 Mpa。
压强越大,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,这会加大生产投资,可能降低综合经济效益。
综合分析
(2)温度：
一般采用的温度为400~500 ℃
温度的选择—快与少、慢与多的权衡
温度太低,反应速率太小,达到平衡所需的时间变长,不经济。升高温度，转化率降低,另外,合成氨所需的催化剂铁触媒的活性在500 ℃左右活性最大。
综合分析
(3)催化剂：
合成氨反应为什么慢？
怎样降低反应的活化能？
目前，合成氨工业中普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。铁触媒在500℃左右时的活性最大，这也是合成氨一般选择400~500℃进行的重要原因。另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”,原料气必须经过净化。
—活化能高
—改变反应历程
思考交流
在温度与压强的最佳条件下，平衡混合物中氨的含量仍不高，怎么办？
温度/℃ 氨的含量/% 0.1 MPa 10 MPa 20 MPa 30 MPa 60 MPa 100 MPa
200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8
300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4
综合考虑
压强：综合成本与设备耐压
10 MPa~30 MPa
催化剂：现在常用铁触媒，其活性最好的温度为 500 ℃左右。
温度：综合考虑，特别是催化剂的活性温度
一般选择400~500 ℃
将氨及时分离出来，原料气循环使用
【拓展】合成氨生产流程
造气→净化→合成氨
合成氨最佳工艺的探索
（1）氰化法（1898年）
德国化学家弗兰克（A. Frank 1834-1916）等：
CaCN2＋3H2O = 2NH3＋CaCO3
CaC2＋N2= CaCN2＋C
合成氨最佳工艺的探索
（2）哈伯：
锇（剧毒）作催化剂
17.5 MPa~20.0 MPa、500~600 ℃
氨含量6%
1918年 获得 诺贝尔化学奖
合成氨最佳工艺的探索
（3）博施：
铁作催化剂
开发了适合高温、高压下的合成设备——熟铁做内衬
设计了获得大量廉价原料气的方法——水煤气作为氢气来源、氮气由液化空气而得
1931年 获得 诺贝尔化学奖
（4）埃尔特：
合成氨的反应历程
2007年 获得 诺贝尔化学奖
扩散→吸附→表面反应→脱附→扩散
原料用量n(N2):n(H2)：
理论值为1:3；实际为1:2.8
课堂小结
合成氨生产的
适宜条件
温度
压强
催化剂
浓度
理论联系实际
平衡正向移动
成本别太高
速率别太低
效率必须高
如何为一个化学反应选择适宜的生产条件？