【任务驱动式】2.4 化学反应的调控 课件（共26张PPT）高中化学人教版2019选择性必修1

(课件网) 第二单元 化学反应速率与化学平衡 第四节 化学反应的调控 学习目标 1.通过工业合成氨适宜条件的选择和优化，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。 2.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，体会化学反应原理的应用价值。 新课导入 我们对化学反应的调控并不陌生。例如，为了灭火，可以采取隔离可燃物、隔绝空气或降低温度等措施；为了延长食物储存时间，可以将它们保存在冰箱中。 这些是生活中对化学反应的调控，实际对化学反应的调控在工业上的应用更为广泛，我们以工业合成氨生产条件的为例，来进行研究。 任务一 合成氨反应条件与原理分析 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) △H＝－92.2kJ mol-1 S＝－198.2J K-1 mol-1 请根据在298K时合成氨反应的焓变和熵变分析： △ G=△H－T△S = －33.14 kJ·mol－1＜0，可以正向自发进行。 常温下合成氨不容易进行，难在哪儿？如果是你，你会怎样分析？ 【思考与讨论】 1.在298K时合成氨反应能否正向自发进行？ 2.常温下合成氨很容易进行吗？ 18世纪末，有人试图在常温常压下合成氨，也有人在常温加压下进行实验。———都失败了 1.反应原理和特点 任务一 合成氨反应条件与原理分析 合成氨反应：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。 2.原理分析 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 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH＜0 任务一 合成氨反应条件与原理分析 增大反应物浓度 增大反应物浓度或减小生成物浓度 升高温度 降低温度 增大压强 增大压强 使用催化剂 无影响 任务一 合成氨反应条件与原理分析 3.数据分析 下表的实验数据是在不同温度、压强下，平衡混合物中氨的含量的变化情况(初始时氮气和氢气的体积比是1：3)。 温度/℃ 氨的含量/% 0.1MPa 10MPa 20MPa 30MPa 60MPa 100MPa 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 9.1 13.8 23.1 31.4 压强越大，NH3%越大。 温度越低，NH3%越大。 实验数据表明应采取的措施与理论一致。 4.结论分析 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH＜0 任务一 合成氨反应条件与原理分析 ①升高温度，氨的含量降低，化学反应速率加快。两者矛盾； ②增大压强，氨的含量增大，化学反应速率加快。两者一致。 那么实际生成中到底选择哪些适宜的条件呢？ 【原理分析】 压强越大越好 【实际选用】 目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30MPa。 【理由】 1.压强 任务二 工业合成氨的适宜条件 压强越大，速率、转化率都大，但对材料的强度和设备的制造要求越高，需要的动力越大，这将会大大增加生产投资，降低综合经济效益。 【原理分析】 低温能提高平衡转化率，但速率慢，到达平衡时间长，经济效益差； 高温温能提高速率，但转化率小，且催化剂在500 ℃时活性最大。 【实际选用】 2.温度 目前，实际生产一般采用的温度为400~500℃。 任务二 工业合成氨的适宜条件 任务二 工业合成氨的适宜条件 【原理分析】 加催化剂可改变反应历程，加快反应速率 【实际选用】 目前，普遍使用以铁为主体成分的催化剂，即铁触媒，500℃左右时活性最大 。 3.催化剂 为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化。 任务二 工业合成氨 ... ...