选择性必修1第四节 化学反应的调控一等奖ppt课件

这是一份选择性必修1第四节 化学反应的调控一等奖ppt课件，共34页。PPT课件主要包含了核心素养发展目标，工业合成氨，无影响，1原理分析，2数据分析，3便宜，4绿色，催化剂，工业合成氨适宜条件，生产流程等内容，欢迎下载使用。

工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：
变化观念与平衡思想：知道如何应用化学反应速率和化学平衡分析合成氨的适宜条件，体会应用化学原理分析化工生产条件的思路和方法。
科学态度与社会责任：认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的 重要应用，探索最适宜的化工生产条件。
1. 合成氨反应及其特点
2. 工业合成氨生成条件的选择
根据合成氨反应的特点，应如何先择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量？请填入下表。
①升高温度，氨的含量降低。这与反应速率是矛盾的；②增大压强，氨的含量增大。这与反应速率是一致的。
那么实际生成中到底选择哪些适宜的条件呢？
工业合成氨时主要考虑的因素？
即提高平衡混合物里氨的含量。——化学平衡问题
即提高单位时间里氨的产量。——化学反应速率问题
降低成本，提高原料利用率。
保护环境，对设备的要求。
(3)合成氨实际生成选择
原理分析表明，合成氨时压强越大越好；但压强大，对材料的强度和设备的制造要求就越高，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。 目前，一般采用的压强为10 MPa~30 MPa。
图2-11 400°C下平衡时氨的体积分数随压强的变化示意图
根据平衡移动原理，合成氨应采用低温以提高平衡转化率。但温度降低会使反应速率减小，达到平衡时间变长，这在工业生产中是很不经济的。 目前，一般采用的温度为400 ~500 ℃。
图2-12 10Mpa下平衡时氨的体积分数随温度的变化示意图
使用催化剂能改变反应历程，降低反应活化能，使反应物在较低温度时能较快地进行反应。目前合成氨工业中普遍使用的是铁触媒。铁触媒在500℃左右时活性最大，这也是合成氨一般选择400 ~500 ℃进行的重要原因。
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，分离后的原料气N2和H2，并及时补充循环使用，使反应物保持一定的浓度。
综上可知, 要使合成氨的化学反应具有理想的反应速率和反应物的平衡转化率, 应掌握合成氨化学反应本身的特点, 运用化学反应速率和化学平衡原理, 同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素, 综合确定合成氨的条件。 当前, 从所用催化剂的活性对温度的要求、工业生产对化学反应的速率与限度的要求、制作生产设备的材料性能和技术水平、追求生产投入与产品的最大正效益等实际情况来看,400~500 ℃的温度、10~30 MPa的压强和铁触媒的组合是合成氨的最佳条件。
工业上利用某可逆反应生产产品： 一般要使用催化剂：这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益； 选择合适的温度：该温度是催化剂活性最大的温度； 选择合适的压强：既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。
二、工业合成氨的生产流程
（1）原料气干燥、净化：除去原料气中的水蒸气及其他气体杂质，防止 与催化剂接触时，导致催化剂“中毒”而降低或丧失催化活性
（2）压缩机加压：增大压强
（3）热交换：合成氨反应为放热反应，反应体系温度逐渐升高，为原料 气反应提供热量，故热交换可充分利用能源，提高经济效益。
（4）冷却：生成物NH3的液化需较低温度采取迅速冷却的方法，可使气 态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出来，以促使平衡向生成 NH3的方向移动。
（5）循环使用原料气：因合成氨反应为可逆反应，平衡混合物中含有原 料气，将NH3分离后的原料气循环利用，并及时补充N2和H2,使反 应物保持一定的浓度，以利于合成氨反应，提高经济效益。
通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行。
结合设备条件、安全操作、经济成本等情况，综合考虑影响化学反应速率和 化学平衡的因素，寻找合适的生产条件。
根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析，权衡利弊，才能实 施生产。
如何为一个化学反应选择适宜的生产条件？
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升高温度　④降低温度　⑤恒温恒容，再充入N2和H2　⑥恒温恒压，再充入N2和H2　⑦及时分离产生的NH3　⑧使用催化剂
在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，实施下列措施的变化过 程中与平衡移动无关的是(　　)
A．不断将氨分离出来
C．采用700 K左右的高温而不是900 K的高温
D．采用2×107 Pa～5×107 Pa的压强
3. 下列事实能用勒夏特列原理解释的是（　　） A.使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨 B.由H2(g)、I2(g)和HI(g)组成的平衡体系加压后颜色变深 C.500 ℃左右比室温更有利于合成氨的反应 D.将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应
4. 合成氨工业的原料气中含有少量CO，CO会使催化剂失去催化能力(催化剂中 毒)，因此，在进入合成塔前必须将其除去。一般用醋酸二氨合铜溶液来吸收 原料气中的CO，其反应为： Cu(NH3)2Ac(aq)＋CO(g)＋NH3(g) [Cu(NH3)3CO]Ac(aq) (正反应为放热反应)。 (1)醋酸二氨合铜吸收CO的生产适宜条件是 。 (2)吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过处理后可再生，恢复其吸收CO的能力以供 循环使用，醋酸铜氨溶液再生的生产适宜条件是 。
解析：(1)醋酸二氨合铜吸收CO的反应为气体体积减小的放热反应，降低温度或增大压强，平衡向吸收CO的方向移动，故应采用低温、高压作为生产条件。 (2)放出CO的反应正好和吸收CO的反应相反，应采用高温、低压作为生产条件。答案：(1)低温、高压　(2)高温、低压
5. 在硫酸工业中，通过下列反应使SO2 氧化为SO3：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)　ΔH<0。下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2转化率的统计数据：
从理论上分析，使SO2尽可能多、尽可能快地转化为SO3，应选择的 条件是什么？(2) 在实际生产中，选定450 ℃，其原因是什么？(3) 在实际生产中，采用的压强为常压，其原因是什么？(4) 在实际生产中，通入过量的空气，其原因是什么？(5) 尾气中的SO2必须回收，其原因是什么？
提示：(1)低温、高压。(2) 该反应是放热反应，升高温度，转化率降低；此温度下催化剂的活性 最高。(3)0.1 MPa(常压)下SO2的转化率已经很高，若采用较大的压强，不仅SO2的转化率提高很少，且需要更大动力，对设备的要求更高，增加成本。(4)增大O2浓度，提高SO2的转化率。(5)SO2有毒，防止污染环境。
CLASS SUMMARY