【课件】化学反应的调控 2023-2024学年高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1.pptx

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1、第四节化学反应的调控工 业 生 成 需 要 考 虑 的 问 题速率产率经济成本设备条件安全条件一、合成氨反应条件的原理分析1.反应原理：2.反应特点可逆反应;气体体积减小的放热反应；熵减小反应。N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.2kJmol-1S198.2JK-1mol-13、反应条件的选择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反应物浓度增大反应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增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量温度温度/氨的含量氨的含量/%0.1MPa10 MPa20 MPa30 MPa60 MP

2、a100 MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.1013.823.131.4温度升高，氨的含量降低，产率减小，但反应速率快。压强增大，氨的含量提高，产率增加，反应速率也快。实验数据二、合成氨反应条件的控制1、压强但是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。目前，我国的合成氨厂一般采用的压强为1030MPa压强越大，速率、转化率

3、都大综合分析N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)H02、温度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。目前，一般采用的温度为400500综合分析3、催化剂弗里茨哈伯：锇或用铀碳化铀作催化剂锇：效果好，但储量极少且锇蒸汽有剧毒。铀：价格昂贵，性质过于敏感卡尔博施：寻找廉价、安全、稳定的催化剂。6500次试验，2500种不同配方，最终选用活化温度700K左右的含铅镁促进剂的铁触媒。但杂质气体会使催化剂“中毒”失活，原料气必须经过净化。铁触媒4、反应物投料比（1 1）根据实验数据分析，在氮气和氢气的物质的量比为）根据实验

4、数据分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平衡时，平衡NH3的平衡体积分数最大。（2 2）实际生产中，实际生产中，NN2 2和和HH2 2的物质的量比为的物质的量比为1：2.8，以提高，以提高HH2 2的转化率。的转化率。（3）实际生产中，常使廉价易得的原料适当过量，提高另一原料的转化率，以提高经济效率。小结合成氨工业流程及条件控制：使用催化剂温度：400500压强:10MPa30MPa将氨及时分离出来，原料气循环使用哈伯（1918年）合成氨的基础开发工作合成氨与三次诺贝尔化学奖博施（1931年）实现了合成氨的工业化埃特尔（2007年）揭开了合成氨的微观催化机理“合成氨”里的中国人：201

5、6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。中科院：热力学平衡浓度限制下热催化合成氨面临的两难问题（A）及双温区催化合成氨突破平衡浓度限制的理论构想（B，C）A.为NN的断裂过程B.在高温区发生，在低温区发生C.为N原子由Fe区域向Ti-H区域的传递过程D.使用Ti-H-Fe双温区催化剂使合成氨反应转变为吸热反应1、热催化合成氨面临的两难问题是：采用高温增大反应速率的同时会因平衡限制导致NH3产率降低。我国科研人员研制了Ti-H-Fe双温区催化剂（Ti-H区域和Fe区域的温度差可超过100）。Ti-H-Fe双

6、温区催化合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。下列说法正确的是（2）原理分析。根据反应特点，利用影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析增大反应速率、提高原料转化率、控制副反应的反应条件。（1）分析反应特点。主要分析反应的方向性、可逆性、反应热和熵变等。（4）根据工业生产的实际情况、经济效益及环保要求等最终确定适宜的条件。（3）根据实验数据进一步分析反应条件，确定适宜条件的范围及催化剂的筛选。三、选择合适的反应条件思维流程（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_。（2）在实际生产中，选定的温度为400500，原因是_。（3）在实际生产中，采用

7、的压强为常压，原因是_。（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_。1、在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)H196.6kJ/mol。下表列出了在不同温度和压强下，平衡时SO2的转化率。温度/平衡时SO2的转化率/%0.1MPa0.5MPa1MPa 5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3（3）因为在常压下，400500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（4）增大氧气的浓度，使平衡

8、向生成SO3的方向移动，提高SO2的转化率（5）减少对环境的污染。（1）低温、高压（2）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2、近年来，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。Deacon发明的直接氧化法为：4HCl(g)O2(g)=2Cl2(g)2H2O(g)。如图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)c(O2)分别等于11、41、71时HCl平衡转化率随温度变化的关系：（1）可知反应平衡常数K(300)_K(400)(填“大于”或“小于”)。（2）按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)c(O2)过

9、低、过高的不利影响分别是_、_。(3)在一定温度的条件下，进一步提高HCl的转化率的方法是_(写出2种)。答案：(1)大于（2）O2和Cl2分离能耗较高HCl转化率较低(3)增加反应体系压强、及时除去产物3、以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈（C3H3N）和副产物丙烯醛（C3H4O）（均为放热反应）。图（a）为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应温度为460。低于460时，丙烯腈的产率_（填“是”或者“不是”）对应温度下的平衡产率，判断理由是_；高于460时，丙烯腈产率降低的可能原因是_（双选）。A催化剂活性降低B平衡常数变大C副反应增多D反应活化能增大不是；该反应为放热

10、反应，平衡产率应随温度升高而降低；AC4、正丁烷（C4H10）脱氢制1-丁烯（C4H8）的热化学方程式如下：C4H10(g)=C4H8(g)+H2(g)H1=+123kJ/mol（1）丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器（氢气的作用是活化催化剂），出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图（b）为丁烯产率与进料气中n（氢气）/n（丁烷）的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其原因是_。氢气越多，催化剂活化效果越好，正反应速率越快；达到平衡后、氢气增多，平衡逆向移动或逆反应快速增大。（2）图（c）为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590之前随温度升高而增大的原因可能是_、_；590之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是_。升高温度有利于反应向吸热方向进行;温度升高反应速率加快;丁烯高温裂解生成短链烃类（发生副反应）（惯性思维、理性思维）常见的副反应：分解、水解、氧化等5、TiO2xH2O沉淀与双氧水、氨水反应40min所得实验结果如下表：温度/3035404550TiO2xH2O转化率%9295979388分析40时TiO2xH2O转化率最高的原因_。低于40，TiO2xH2O转化反应速率随温度升高而增加；超过40，双氧水分解与氨气逸出导致TiO2xH2O转化反应速率下降超过35，NH4HCO3受热分解