2.4 化学反应的调控 课件 高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1.pptx

2.4化学反应的调控

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粮食增产

吃不饱

吃的饱

禾下乘凉梦

改良品种

粮食危机

肥料

3

制氮肥的原料

氮的固定

N2

氮肥

4

回顾学过的固氮反应，哪个反应可以实现工业化生产?

高能

固氮

生物

固氮

N2+O2=2NO

5

(3)省

(4)好

(2)快

(1)多

提高平衡混合物里氨的含量

提高单位时间里氨的产量

降低成本，提高原料利用率

保护环境，对设备的要求

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？

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

增大

增大

增大

使用

增大

降低

增大

无影响

合成氨反应是放热的、气体体积缩小的可逆反应。

任务二：合成氨条件的选择

根据数据分析合成氨的条件

N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H=-92.4KJ·mol-1

分析表中数据：压强相等时，温度越低，平衡时氨的含量越高；

温度相等时，压强越大，平衡时氨的含量越高。

降温

加压

合成氨工业中一般采用的压强为10-30Mpa，为什么不采用＞30Mpa的压强？

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。

压强增大，氨的含量增大，合成氨的反应速率加快。

选择生产条件的原则：既要注意理论上的需要，又要注意实际操作上的可能性。

【平衡、速率角度一致】

合成氨工业中一般采用的温度为400-500℃，为什么不采用＜400℃的温度？

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，合成氨的反应速率加快，但氨的含量减小。

【平衡、速率角度矛盾】

选择生产条件的原则：综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找合适且符合实际需求的生产条件。

在高温高压下N2和H2的反应仍然十分缓慢，请提出合适的方法解决上述问题。

可以加入合适的催化剂，以改变反应历程，从而降低反应的活化能，使反应物能较快地发生反应。

弗里茨·哈伯：锇或用铀—碳化铀作催化剂

锇：效果好，但储量极少且锇蒸汽有剧毒。铀：价格昂贵，性质过于敏感

卡尔·博施：寻找廉价、安全、稳定的催化剂。

6500次试验，2500种不同配方，最终选用活化温度700K左右的含铅镁促进剂的铁触媒。

催化剂不同温度下的催化能力

②混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化

①催化剂铁触媒在500℃左右时的活性最大

理解催化剂作用下的反应历程

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脱附：NH3(ad)→NH3(g)

吸附：N2(g)→N2(ad)H2(g)→H2(ad)

表面反应：

N2(ad)→2N(ad)H2(ad)→2H(ad)

N(ad)+H(ad)→NH(ad)

NH(ad)+H(ad)→NH2(ad)

NH2(ad)+H(ad)→NH3(ad)

理解催化剂作用下的反应历程

浓度

①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，从而增加N2的吸附浓度，加快决速步骤的反应速率。即N2和H2的物质的量比为1：2.8时，更能促进氨的合成。

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?

②及时分离生成的NH3，为N2和H2腾出更多可供吸附的催化剂表面空间

选择生产条件的原则：既要注意温度、催化剂对速率影响的一致性，

又要注意催化剂活性对温度的限制。

原料

循环

利用

分离产物

防止催化剂“中毒”，原料气必须经过净化

催化剂活性

最大

归纳总结

外部条件

工业合成氨的适宜条件

压强

温度

催化剂

浓度

根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强

适宜温度500℃左右

使用铁触媒作催化剂

N2和H2的物质的量比为1：2.8的投料比,氨及时从混合气中分离出去

实际工业简要流程

造气、净化、合成氨

净化

造气

N2和H2循环利用

冷凝

总结工业生产中调控化学反应的一般思路和方法。

可自发

优先考虑催化剂

大大提高转化率

温度、浓度、压强等

“合成氨”中的中国人：

2016年,中国科学院大连化学物理研究所的研究团队研制了一种新型催化剂，将合成氨的温度、压强分别降到了350℃、1MPa，这是近年来合成氨反应研究中的重要突破,为发展节能的催化剂提供了新的思路。

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(1)应选择的温度是________，理由是