2023-2024學年選擇性必修1(人教版2019)第二章·化學反應速率化學平衡第四節

化學反應的調控知識回顧1、影響反應速率的因素濃度CV溫度壓強催化劑VTPV加催V2、影響平衡的因素濃度溫度壓強平衡正向移動

提高產率在工業生產中，壓強能夠無限增大嗎？勒夏特列的“滑鐵盧”實驗1900年，法國化學家勒夏特列在研究平衡移動的基礎上通過理論計算，認為N2和H2在高壓下可以直接化合生成氨，接著，他用實驗來驗證，但在實驗過程中發生了爆炸。他沒有調查事故發生的原因，而是覺得這個實驗有危險，于是放棄了這項研究工作，他的合成氨實驗就這樣夭折了。后來的科學家查明實驗失敗的原因，是他所用混合氣體中含有O2，在實驗過程中H2和O2發生了爆炸的反應。“一時大意”的能斯特稍后，德國化學家能斯特通過理論計算，認為合成氨是不能進行的。因此人工合成氨的研究又慘遭厄運。后來才發現，他在計算時誤用一個熱力學數據，以致得到錯誤的結論。“天使與魔鬼”的化身哈伯在合成氨研究屢屢受挫的情況下，哈伯知難而進，對合成氨進行全面系統的研究和實驗，終于在1908年7月在實驗室用N2和H2在鋨催化劑600℃、200個大氣壓下成功合成了氨，但產率僅有2%，卻也是一項重大突破。當哈伯的工藝流程展示之后，立即引起了早有用戰爭吞并歐洲稱霸世界野心的德國軍政要員的高度重視，為了利用哈伯，德國皇帝也屈尊下駕請哈伯出任德國威廉研究所所長之職。而惡魔需要正好迎合了哈伯想成百萬富翁的貪婪心理。從1911年到1913年短短的兩年內，哈伯不僅提高了合成氨的產率，而且合成了1000噸液氨，并且用它制造出3500噸烈性炸藥TNT。到1913年的第一次世界大戰時，哈伯已為德國建成了無數個大大小小的合成氨工廠，為侵略者制造了數百萬噸炸藥，因而導致并蔓延了這場殃禍全球的世界大戰。這就是第一次世界大戰德國為什么能夠堅持這么久的不解之謎謎底。目前，中國是世界上最大的化肥生產和消費大國，合成氨年生產能力已達4222萬噸。但合成氨一直是化工產業的耗能大戶。6月7日～8日，全國合成氨節能改造項目技術交流會在北京召開，明確了“十一五”期間合成氨節能工程在降耗、環保、快速等方面要達到的具體目標。制尿素制純堿制硝酸制冷劑思考探究

工業生產中應該考慮那些問題呢？速率產率經濟成本安全條件設備條件以工業合成氨生產條件的選擇為例，研究化學反應的調控問題目錄工業合成氨的原理分析（合成氨的可行條件分析）01工業合成氨的適宜條件02習學目標課標要求核心素養1．認識化學反應速率和化學平衡的綜合調控在生產、生活和科學研究中的重要作用。2．知道催化劑可以改變反應歷程，對調控化學反應速率具有重要意義。1.變化觀念與平衡思想：知道如何應用化學反應速率和化學平衡分析合成氨的適宜條件，體會應用化學原理分析化工生產條件的思路和方法。2.科學態度與社會責任：認識化學反應速率和化學平衡的調控在工業生產中的重要應用，探索最適宜的化工生產條件。NO.1工業合成氨的原理分析（合成氨的可行條件分析）【問題1】根據合成氨反應特點，如何通過選擇反應條件加快反應速率和提高平衡混合物中氨的含量N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol-1對合成氨反應的影響影響因素濃度溫度壓強催化劑增大合成氨的反應速率

提高平衡混合物中氨的含量

增大升高降低增大增大使用無影響增大【思】【議】1、原理分析一、工業合成氨的原理分析圖2：NH3的平衡體積分數隨投料比變化的曲線n(N2):n(H2)=1:3最優【問題2】數據分析：氮氣和氫氣的含量為多少時，能夠提高合成氨的產率？【問題3】分析表中數據，結合合成氨反應的特點，討論應如何選擇反應條件，以增大合成氨的反應速率、提高平衡混合物中氨的含量。溫度/℃氨的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.1013.823.131.42、數據分析壓強增大，氨的含量增大溫度升高，氨的含量降低高壓、低溫理論總結升高溫度時，氨的生產速率變快。但是會使平衡逆向移動，產率會減小，二者矛盾增大壓強時，速率增大和平衡正向移動，二者一致工業生產選擇怎樣的合適的生產條件呢？NO.2工業合成氨的適宜條件思考探究

工業生產中應該考慮那些問題呢？速率產率經濟成本安全條件設備條件以工業合成氨生產條件的選擇為例，研究化學反應的調控問題探究問題一、壓強的選擇（1）原理分析：壓強

。越大越好（2）選用條件：一般采用的壓強為

。10～30MPa（3）理由：壓強越大，對材料的強度和設備的制造要求也越高，需要的動力也越大，這將會大大增加生產投資，并可能降低綜合經濟效益。合成氨的反應歷程探究問題二、催化劑的選擇N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol-1鐵觸媒綜合分析催化劑，改變反應歷程，降低反應的活化能，使反應物在較低溫度時能較快地進行反應。注意：①催化劑鐵觸媒在500℃左右時的活性最大②混有的雜質使催化劑“中毒”，原料氣必須經過凈化探究問題二、催化劑的選擇數據分析已知：合成氨的催化劑在500℃左右時活性最大催化劑反應速率溫度500℃左右轉化率溫度降低溫度探究問題三、溫度的選擇探究問題三、溫度的選擇綜合分析低溫能提高平衡轉化率，但會使化學反應速率減慢，達到平衡所需時間變長，這在工業生產中是很不經濟的且催化劑在500℃時活性最大目前，在實際生產中一般采用的溫度為400～500℃【問題3】在溫度與壓強的最佳條件下，平衡混合物中氨的含量仍不高，怎么辦？溫度/℃氨的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.1013.823.131.4將氨及時分離出來，原料氣循環使用探究問題四、濃度的選擇綜合分析從化學平衡的角度分析，在氮氣和氫氣的物質的量比為1：3時，平衡轉化率最大，但是實驗測得適當提高N2的濃度，即N2和H2的物質的量比為1：2.8時，更能促進氨的合成。綜合分析不斷地補充反應物或者及時的分離生成物有利于工業生產a、迅速冷卻氨氣成液態并及時分離b、將氨分離后的原料氣循環使用，并及時補充氮氣和氫氣，使反應物保持一定的濃度。浙江省2023年高考題湖南省2023年高考題課堂小結工業合成氨的適宜條件外部條件工業合成氨的適宜條件壓強根據反應器可使用的鋼材質量及綜合指標來選擇壓強(10～30M