2.4+化学反应的调控++课件++2025-2026学年高二上学期化学人教版选择性必修1+

新人教版化学选必1第二章化学反应速率与化学平衡第四节

化学反应的调控1.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。2.知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义。3.能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、实验室中的实际问题。4.能针对合成氨典型案例，从限度和速率等角度综合分析化学反应和化工生产条件的选择和优化。教学重点化学反应速率和化学平衡的综合调控教学难点化学反应速率和化学平衡的综合调控人工合成氮肥的物质转化如何从空气中获得肥料？氢化物单质氧化物酸盐物质分类－30＋2＋4＋5氮气NH3－30NONO2HNO3路径一电弧法固氮化合价路径二合成氨法NH4＋－3N2NO3－＋5酸或酸性氧化物方案一：N2(g)＋O2(g)⇌2NO(g)

方案二：N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)meiyangyang8602空气变面包的反应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。如何从空气中获得肥料？方案二：N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)一、化学反应的调控我们对化学反应的调控并不陌生。鼓风加快物质燃烧降温延长食物储存时间降低温度以此灭火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。一、化学反应的调控1.固氮的可行性分析【情境创设】假如你是合成氨的工程师，你如何为工厂设计合成氨的生产条件，结合我们所学的知识可以从哪些角度分析？（4）原料（5）设备、安全等（3）快（2）多即提高氨的含量——化学平衡（限度）问题即提高单位时间里氨的产量——化学反应速率问题N2:空气中分离（液化，蒸发）；H2:煤、焦炭与水蒸气

C+H2O(g)=CO+H2（6）综合经济效益（1）生产的可行性化学反应的方向问题一、化学反应的调控（1）化学反应的方向自然固氮雷电/大气/高能固氮N2＋O22NO放电或高温ΔH＝＋180.5kJ/molΔS＝＋247.7kJ/mol工业合成氨人工固氮N2＋3H22NH3高温、高压催化剂ΔH＝－92.2kJ/molΔS＝－198.2kJ/mol高温下反应能自发进行ΔH>0ΔS>0低温下反应能自发进行ΔH<0ΔS<0一、化学反应的调控（2）化学反应的限度N2(g)+O2(g)

2NO(g)常温K＝5×10－31N2(g)+3H2(g)2NH3(g)常温K＝5.0×108合成氨可行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。合成氨容易吗？一、化学反应的调控如何改进上述所遇的问题呢？2.合成氨可行性1909年7月建成的实验装置每小时生产90g氨二、合成氨的适宜条件meiyangyang8602情景假设：假如你是哈伯，你将如何根据合成氨反应的特点继续探索设计合成氨的条件，来提高氨气的产率呢？可以从哪些角度分析？二、合成氨的适宜条件1.合成氨反应的特点合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298K时：ΔH＝－92.4kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1。

(1)自发性：常温(298K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。(2)可逆性：反应为可逆反应。(3)体积变化（熵变）：ΔS<0，正反应是气体体积缩小的反应。(4)焓变：ΔH<0，是放热反应。二、合成氨的适宜条件2.合成氨的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C(反)增大升高增大加入铁触媒降低无影响C(反)增大或C(生)减小增大合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298K时：ΔH＝－92.4kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1

二、合成氨的适宜条件3.合成氨反应的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)。若追求速率，怎么选条件？若追求产率，怎么选条件？一定条件下，按反应物的化学计量数之比投料，平衡时生成物的百分含量最高温度/℃氨的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.113.823.131.4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。二、合成氨的适宜条件4.合成氨反应的结论分析①升高温度，化学反应速率加快，氨的含量降低。两者矛盾；②增大压强，化学反应速率加快，氨的含量增大。两者一致。ΔH＝－92.4kJ/molN2＋3H22NH3高温、高压催化剂二、合成氨的适宜条件5.合成氨工艺的条件选择①注意外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的一致性和矛盾性②注意温度、催化剂对反应速率影响的一致性，又要注意催化剂活性对温度的要求③既要注意理论上的要求，还要考虑化工生产中动力、材料和设备条件（1）化学反应的条件选择原则那么实际生成中到底选择哪些适宜的条件呢？二、合成氨的适宜条件5.合成氨工艺的条件选择（2）浓度n(N2):n(H2)≈1:3时，平衡时氨气体积分数最大

①原理分析：为提高平衡转化率，工业上采取迅速冷却的方法，使氨气变成液氨并及时分离减小生成物浓度，平衡向正向移动，提高氨的产率。

②选用条件：增大氮气浓度，n(N2):n(H2)≈1:3时，分离原料气并及时补充循环使用，使反应物保持一定的浓度二、合成氨的适宜条件5.合成氨工艺的条件选择（3）压强采用控制变量的方法：

n(N2):n(H2)≈1:3400℃③合成氨时不采用更高压强的理由：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，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。①原理分析：压强越大越好。②选用条件：目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30MPa。二、合成氨的适宜条件（4）温度与催化剂采用控制变量的方法：

n(N2):n(H2)≈1:310MPa①原理分析：低温有利于提高原料的平衡转化率②不采用低温的理由：a.温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很不经济的;b.铁触媒在500℃左右时的活性最大。③选用条件：目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500℃。注意：为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化。催化剂的失活失活机理机械失活热失活化学失活也叫催化剂中毒，是指因吸附或沉积毒物而使催化剂活性降低或丧失的过程。对于合成氨反应中的铁触媒催化剂，O2、CO、CO2和水蒸气都能使其“中毒”。工业上为了防止催化剂中毒，要把反应物净化。大多数催化剂都有使用温度范围，超过范围就会失活。是指固体催化剂颗粒抵抗摩擦、冲击等过程中被破坏，使得催化剂活性中心减少、堵塞。5.合成氨工艺的条件选择温度：400~500℃压强：10MPa~30MPa催化剂：铁触媒浓度：N2和H2的投料比为1:3、及时分离氨、原料气循环使用。(反应速率较快、催化剂活性较大)(反应速率较快、平衡正向移动)(反应速率较快，缩短到达平衡时间)(反应速率较快、提高氢气的转化率)ΔH＝－92.4kJ/molN2＋3H22NH3高温、高压催化剂二、合成氨的适宜条件6.合成氨的工艺流程二、合成氨的适宜条件6.合成氨的工艺流程哈伯（1918年）合成氨的基础开发工

博施（1931年）实现了合成氨的工业化

埃特尔（2007年）揭开了合成氨的“天机”合成氨与三次诺贝尔化学奖“合成氨”里的中国人：2016年中科院大连化学物理研究所研究团队研制合成了一种新型催化剂，将合成氨的温度、压强分别降到了350℃、1MPa。更加节能、降低成本【例1】如图为工业合成氨的流程图。下列说法正确的是(

)A.步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率,又可以加快反应速率B.步骤③中反应温度提高至1000℃,反应速率加快且催化剂的活性更高C.步骤③④⑤均有利于提高原料的平衡转化率D.步骤⑤采用循环操作,主要是为了提高平衡混合物中氨的含量A化工生产中反应调控的一般思路可行性分析分析调控方法选取恰当的反应实验摸索原理分析化学平衡反应速率确定最佳条件考虑参加反应的物质

、

和

等本身因素组成结构性质尽量增大______，充分利用原料选择较快的________转化率反应速率设备条件安全操作经济成本环境保护社会效益【例2】在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g)△H＝－196.6kJ/mol。下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率。温度/℃平衡时SO2的转化率/%0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3（2）在实际生产中，选定的温度为400~500℃，原因是_____________________该温度是催化剂的活性温度，选择此温度可提高反应速率，缩短反应达到平衡所需要的时间。（1）从理论上分析，为了使SO2尽可能多转化为SO3，应选择的条件是___________低温、高压（4）在实际生产中，通入过量空气，原因是__________（5）尾气中的SO2必须回收，原因是_________________________【例2】在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g)△H＝－196.6kJ/mol。下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率。温度/℃平衡时SO2的转化率/%0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3因为在常压下，400~500℃时，SO2的转化率已经很高了，若再加压对设备及动力系统要求高，加大了成本和能量消耗，不适宜。增大氧气的浓度，使平衡向生成SO3的方向移动，提高SO2的转化率。减少对环境的污染。（3）在实际生产中，采用的压强为常压，原因是__________合成氨常用的生产条件浓度：原料气：压强:温度：催化剂：合成氨工业流程使用铁触媒400~500℃10MPa~30MPa循环使用将氨液化及时分离影响因素有利于加快反应速率的控制有利于平衡正向移动

的条件控制综合分析结果浓度增大反应物浓度增大反应物浓度、减小生成物浓度压强高压(有气体参加)气体体积减小气体体积增大温度高温ΔH<0ΔH>0催化剂加合适的催化剂无影响

不断补充反应物、及时分离出生成物设备条件允许的前提下，尽量采取高压高压低压兼顾速率和平衡，选取适宜的压强低温高温兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度在设备条件允许的前提下，尽量采取高温并考虑催化剂

的活性加合适的催化剂1.在合成氨时，要使氨的产率增大，又要使化学反应速率增大，可以采取的措施有（）①增大体积使压强减小②减小体积使压强增大③