資源簡介

(共36張PPT)
章
二
第
化學反應(yīng)速率與化學平衡
第四節(jié)　
化學反應(yīng)的調(diào)控
思考：假如你是一個化工廠的老板對工業(yè)生產(chǎn)你主要應(yīng)考慮哪些問題？
1、經(jīng)濟效益
2、社會效益
溫故知新
提高綜合經(jīng)濟效益
理論
實際
單位時間里提高合成氨的產(chǎn)量
（從化學反應(yīng)的速率考慮）
提高平衡混合物中氨的含量
（從化學平衡的移動考慮）
從生產(chǎn)成本、動力、材料、設(shè)備等對上述理論探討進一步論證，以得出合理的結(jié)論。
講授新課
反應(yīng)物表面積、反應(yīng)物濃度、溫度、能引起氣體反應(yīng)物濃度改變的壓強、催化劑
2、影響化學平衡移動的因素有哪些？
濃度、壓強、溫度
勒夏特列原理：如果改變影響平衡的一個條件（如濃度、壓強或溫度等），平衡就向能夠減弱這種改變的方向移動。
1、影響化學反應(yīng)速率的因素有哪些
講授新課
合成氨反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
已知298 K時：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，
ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1
(1)可逆性：反應(yīng)為可逆反應(yīng)。
(2)體積變化：正反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)。
(3)焓變：ΔH<0，熵變：ΔS<0。
(4)自發(fā)性：常溫(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自發(fā)進行
1．合成氨反應(yīng)的特點
講授新課
工業(yè)合成氨時主要考慮的因素？
（3）便宜
（4）綠色
（2）快
（1）多
即提高平衡混合物里氨的含量
——化學平衡問題
即提高單位時間里氨的產(chǎn)量
——化學反應(yīng)速率問題
降低成本，提高原料利用率。
保護環(huán)境，對設(shè)備的要求。
交流研討
（1）原理分析
根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點，應(yīng)如何選擇反應(yīng)條件，以增大合成氨的反應(yīng)速率、提高平衡混合物中氨的含量？請?zhí)钊胂卤怼?br/>思考與討論
思考與討論
（2）數(shù)據(jù)分析
表 2-2 中的實驗數(shù)據(jù)是在不同溫度、壓強下，平衡混合物中氨的含量的變化情況（初始時氮氣和氫氣的體積比是 1∶3）。分析表中數(shù)據(jù)，結(jié)合合成氨反應(yīng)的特點，討論應(yīng)如何選擇反應(yīng)條件，以增大合成氨的反應(yīng)速率、提高平衡混合物中氨的含量。
達到平衡時平衡混合物中NH3的含量體積分數(shù)）[ V(N2):V(H2)=1:3 ]
0.1 10 20 30 60 100
200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8
300 2.2 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
400 0.4 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
500 0.1 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
600 0.05 4.5 9.1 13.8 23.1 31.4
壓強/MPa
NH3含 量/%
溫度/℃
溫度升高，氨的含量降低
壓強增大，氨的含量增大
交流研討
根據(jù)此反應(yīng)特點分析，什么條件有利于合成氨？
外界條件 增大NH3的含量
化學平衡角度
濃度 N2、H2 增大N2、H2的濃度，其物質(zhì)的量之比為1:3時，NH3的含量最高
NH3
溫度
壓強
催化劑
及時轉(zhuǎn)移走NH3
低溫
高壓
無影響
交流研討
根據(jù)此反應(yīng)特點分析，什么條件有利于提高合成氨的速率？
外界條件 提高合成NH3的速率
化學速率角度
濃度 N2、H2
NH3
溫度
壓強
催化劑
增大N2、H2的濃度，提高氫氣壓強更有利于提高反應(yīng)速率，其物質(zhì)的量之比應(yīng)<1:3
及時轉(zhuǎn)移走NH3
高溫
高壓
正催化劑
交流研討
合成氨的適宜條件的選擇
增大濃度
高壓
高溫
使用
增大濃度
高壓
低溫
無影響
增大濃度
矛盾
催化劑
溫度
壓強
外界條件
反應(yīng)物的濃度
速 率 分 析
平 衡 分 析
使NH3生產(chǎn)得多
使NH3生產(chǎn)得快
理論選擇
適宜條件
高壓
？
？
一致
交流研討
（一）壓強：
合成氨廠一般采用的壓強為10 MPa~30 Mpa。
【思考1】合成氨時壓強越大越好,為何不采用比30 MPa更大的壓強
提示:壓強越大,對材料的強度和設(shè)備的制造要求也越高,需要的動力也越大,這會加大生產(chǎn)投資,可能降低綜合經(jīng)濟效益。
壓強的選擇—成本與效益的博弈
講授新課
一、影響化學反應(yīng)進行的因素
一般采用的溫度為400~500 ℃。
【思考2】合成氨采用低溫時可提高轉(zhuǎn)化率,但為何未采用更低的溫度
溫度的選擇—快與少、慢與多的權(quán)衡
提示:溫度太低,反應(yīng)速率太小,達到平衡所需的時間變長,不經(jīng)濟。升高溫度，轉(zhuǎn)化率降低,另外,合成氨所需的催化劑鐵觸媒的活性在500 ℃左右活性最大。
講授新課
（二）溫度：
工業(yè)上合成氨一般采用400~500 ℃的溫度,其原因是 (　　)
①適當提高氨的合成速率　②提高H2的轉(zhuǎn)化率　③提高氨的產(chǎn)率　④催化劑在500 ℃左右活性最大
A.只有①　　　　　　　B.只有①②
C.②③④ D.只有①④
D
隨堂一練
（三）催化劑：
目前，合成氨工業(yè)中普遍使用的是以鐵為主體的多成分催化劑，又稱鐵觸媒。
鐵觸媒在500℃左右時的活性最大，這也是合成氨一般選擇400~500℃進行的重要原因。
另外，為了防止混有的雜質(zhì)使催化劑“中毒”,原料氣必須經(jīng)過凈化。
使用催化劑可使合成氨反應(yīng)的速率提高上萬億倍
講授新課
（四）濃度：
采取迅速冷卻的方法，使氣態(tài)氨變成液氨后及時從平衡混合物中分離出去，以促使化學平衡向生成NH3的方向移動。此外，如果讓N2和H2的混合氣體只一次通過合成塔發(fā)生反應(yīng)也是很不經(jīng)濟的，應(yīng)將NH3分離后的原料氣循環(huán)使用，并及時補充N2和H2,使反應(yīng)物保持一定的濃度，以利于合成氨反應(yīng)。
講授新課
【思考】
合成氨工業(yè)采用迅速冷卻法,使氣態(tài)氨變?yōu)橐喊焙蠹皶r從混合物中分離出去的目的是什么
提示:使化學平衡向生成氨的方向移動。
講授新課
適宜條件
外部條件 工業(yè)合成氨的適宜條件
壓強 根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標來選擇壓強(10～30 MPa)
溫度 適宜溫度，400～500 ℃
催化劑 使用鐵觸媒做催化劑
濃度 N2和H2的物質(zhì)的量之比為1∶2.8的投料比，氨及時從混合氣中分離出去
講授新課
利用原料氣在合成塔中合成NH3,為提高N2的轉(zhuǎn)化率所采取的措施是(　　)
A.高溫 B.高壓
C.使用催化劑 D.增大N2的濃度
B　
隨堂一練
有關(guān)合成氨工業(yè)的說法中,正確的是(　　)
A.增大H2的濃度,可提高H2的轉(zhuǎn)化率
B.由于氨易液化,N2、H2在實際生產(chǎn)中會循環(huán)使用,所以總體來說氨的產(chǎn)率很高
C.合成氨工業(yè)的反應(yīng)溫度控制在400~500 ℃,目的是使化學平衡向正反應(yīng)方向移動
D.合成氨廠采用的壓強是10 MPa~30 MPa,因為該壓強下鐵觸媒的活性最大
B
隨堂一練
工業(yè)上利用某可逆反應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品：
一般要使用催化劑：這樣可以大大加快化學反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟效益；
選擇合適的溫度：該溫度是催化劑活性最大的溫度；
選擇合適的壓強：既要考慮化學反應(yīng)速率和化學平衡，還要考慮動力、材料、設(shè)備等。
總結(jié)歸納
二、合成氨的生產(chǎn)流程
（一）生產(chǎn)流程
講授新課
合 成 氨 流 程 簡 圖
合 成 塔
氨 分 離 器
液氨
水 冷 器
循環(huán)氣體
壓縮機
循環(huán)壓縮機
氫氮混合氣
講授新課
合成氨工業(yè)有下列流程：①原料氣制備；②氨的合成；③原料氣凈化和壓縮；④氨的分離。其先后順序為( )
A．①②③④ B．①③ ② ④
C．④③②① D．②③④①
B
隨堂一練
NH3是一種重要的工業(yè)原料。下列關(guān)于合成氨的說法中,不正確的是(　　)
A.工藝涉及催化技術(shù)
B.工藝涉及高溫高壓技術(shù)
C.原料之一的氮氣來自空氣
D.從合成塔出來的氣體中,氨的體積分數(shù)為100%
D　
隨堂一練
（二）流程分析
1、原料氣干燥、凈化：除去原料氣中的水蒸氣及其他氣體雜質(zhì)，防止與催化劑接觸時，導致催化劑“中毒”而降低或喪失催化活性
2、壓縮機加壓：增大壓強
3、熱交換：合成氨反應(yīng)為放熱反應(yīng)，反應(yīng)體系溫度逐漸升高，為原料氣反應(yīng)提供熱量，故熱交換可充分利用能源，提高經(jīng)濟效益。
講授新課
4、冷卻：生成物NH3的液化需較低溫度采取迅速冷卻的方法，可使氣態(tài)氨變成液氨后及時從平衡混合物中分離出來，以促使平衡向生成NH3的方向移動。
5、循環(huán)使用原料氣：因合成氨反應(yīng)為可逆反應(yīng)，平衡混合物中含有原料氣，將NH3分離后的原料氣循環(huán)利用，并及時補充N2和H2,使反應(yīng)物保持一定的濃度，以利于合成氨反應(yīng)，提高經(jīng)濟效益。
講授新課
三、影響化學反應(yīng)進行的兩個因素
（一）參加反應(yīng)的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)等本身因素
（二）溫度、壓強、濃度、催化劑等反應(yīng)條件
講授新課
1、定義：就是通過改變反應(yīng)條件使一個可能發(fā)生的反應(yīng)按照某一方向進行。
2、考慮因素：在實際生產(chǎn)中常常需要結(jié)合設(shè)備條件、安全操作、經(jīng)濟成本等情況，綜合考慮影響化學反應(yīng)速率和化學平衡的因素，尋找適宜的生產(chǎn)條件。此外，還要根據(jù)環(huán)境保護及社會效益等方面的規(guī)定和要求做出分析，權(quán)衡利弊，才能實施生產(chǎn)。
四、化學反應(yīng)的調(diào)控
講授新課
3、控制反應(yīng)條件的目的
(1)促進有利的化學反應(yīng)：通過控制反應(yīng)條件，可以加快化學反應(yīng)速率，提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，從而促進有利的化學反應(yīng)進行。
(2)抑制有害的化學反應(yīng)：通過控制反應(yīng)條件，也可以減緩化學反應(yīng)速率，減少甚至消除有害物質(zhì)的產(chǎn)生或控制副反應(yīng)的發(fā)生，從而抑制有害的化學反應(yīng)繼續(xù)進行。
講授新課
4、控制反應(yīng)條件的基本措施
(1)控制化學反應(yīng)速率的措施：通過改變反應(yīng)體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(或濃度)、固體的表面積以及使用催化劑等途徑調(diào)控反應(yīng)速率。
(2)提高轉(zhuǎn)化率的措施：通過改變可逆反應(yīng)體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(或濃度)等改變可逆反應(yīng)的限度，從而提高轉(zhuǎn)化率。
講授新課
(1)溫度越高越利于合成氨反應(yīng)平衡正向移動。 (　　)
(2)合成氨反應(yīng)中,壓強越大越利于增大反應(yīng)速率和平衡正向移動。 (　　)
(3)使用催化劑能提高合成氨反應(yīng)物的平衡轉(zhuǎn)化率。 (　　)
(4)充入的N2越多越有利于NH3的合成。 ( )
(5)恒容條件下充入稀有氣體有利于NH3的合成。 ( )
(6)工業(yè)合成氨的反應(yīng)是熵增加的放熱反應(yīng)，在任何溫度下都可自發(fā)進行。( )
判斷正誤(正確的打“√”，錯誤的打“×”)
×
×
√
×
×
×
隨堂一練
某工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)生反應(yīng):2A(g)+B(g) 2M(g)　ΔH<0。下列有關(guān)該工業(yè)生產(chǎn)的說法正確的是(　　)
A.工業(yè)上合成M時,一定采用高壓條件,因為高壓有利于M的生成
B.若物質(zhì)B價廉易得,工業(yè)上一般采用加入過量的B以提高A和B的轉(zhuǎn)化率
C.工業(yè)上一般采用較高溫度合成M,因溫度越高,反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越高
D.工業(yè)生產(chǎn)中常采用催化劑,因為生產(chǎn)中使用催化劑可提高M的日產(chǎn)量
D　
隨堂一練
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