2.4 化学反应的调控 课件 (共21张PPT) 2025-2026学年人教版（2019）高中化学选择性必修1

(课件网) 化学反应的调控 第二章 化学反应速率与化学平衡 化学反应的调控 学习目标 1.了解合成氨的发展历程，知道合成氨反应的特点及反应条件对反应速率和化学平衡的影响。 2.理解合成氨反应条件选择的依据，掌握合成氨的适宜条件，包括温度、压强、催化剂和浓度等。 3.熟悉合成氨生产的工艺流程，包括原料气的制备、净化除杂、压缩、合成、冷却分离和循环压缩等环节。 4.掌握化工生产中调控反应的一般思路，包括考虑反应的可行性、化学平衡、反应速率、设备可行性和成本核算等方面。 合成氨的发展历程 20世纪 以前 生物固氮 H+，e- ADP 固氮 酶 NH3 ATP 1898年 1909年 德国A.弗兰克等人发现氮能与碳化钙固定而生成氰氨化钙，进一步与过热水蒸气反应即可获得氨 德国化学家Haber用锇催化剂将氮气与氢气在17.5～20MPa和500～600℃下直接合成 1912年 1985年 1990年 Furuya和Yoshiba 考察了26 种无机催化剂在气体 扩散电极上 NRR 产氨的性能 2007年 Gerhard Ertl对人工固氮技术的原理提供了详细的解释 Haber-Bosch法 铁基 催化剂 N2+H2 NH3 Pickett和Talarmin在N2饱和的四氢呋喃溶液中用汞阴极于-2.6V下恒电势电解，首次利用电化学方法还原氮气 生产的效率问题 产率问题 反应进行的方向 化学反应的速率 化学平衡(限度) 生产的可行性问题 根据所学内容，若要把一个化学反应投入生产，针对化学反应而言，需要考虑： 思考与讨论 合成氨反应条件与原理分析 1.判断化学反应进行的方向 N2＋O2 2NO 放电或高温 H＝＋180.5 kJ/mol S＝＋247.7 J/(mol k) N2＋3H2 2NH3 高温、高压 催化剂 H＝－92.2 kJ/mol S＝－198.2 J/(mol k) 高温下反应能自发进行 低温下反应能自发进行 合成氨反应条件与原理分析 1.判断化学反应进行的方向 N2＋3H2 2NH3 催化剂 高温、高压 N2＋O2 2NO 放电或高温 化学反应 反应温度 平衡常数 25 ℃ 25 ℃ 2000 ℃ 4.1×106 5×10-31 0.1 N2＋O2 2NO 放电或高温 提示：K越大反应进行的越完全。 合成氨反应条件与原理分析 从理论出发，科学家在实验室模拟该实验，研究发现：室温下将氮气、氢气混合，即使在实验允许的最大压强下也几乎得不到氨气。 反应速率过慢且产氨率较低 如何改进上述所遇的问题呢 N2＋3H2 2NH3 高温、高压 催化剂 H＝－92.2 kJ/mol 合成氨反应条件与原理分析 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 增大 升高 增大 加入铁触媒 降低 无影响 增大 增大 合成氨反应条件与原理分析 分析表中数据，结合合成氨反应的特点，讨论应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量。 数据分析：初始时氮气和氢气的体积比是1∶ 3 不同条件下，合成氨反应达到化学平衡时反应混合物中氨的含量(体积分数) 温度 压强 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 合成氨反应条件与原理分析 理论分析 升高温度、增大压强可以使合成氨的反应速率增大，化学平衡向生成氨的方向移动。 降低温度、增大压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动，提高平衡混合物中氨的含量。 降低温度会导致反应速率减小 若温度太高，催化剂活性会减弱 压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高 合成氨反应条件与原理分析 那么，在实际生产中到底选择哪些适宜的条件呢 能耗 原料 环境 设备 成本 合成氨反应条件与原理分析 压强 压强越大，对材料的强度和设备的制造要求就越高，需 ... ...