2.4 化学反应的调控.pptx

高中化学·选择性必修1·第二章·第四节化学反应的调控第四节化学反应的调控

下面我们以工业合成氨生产条件的选择为例，研究化学反应的调控问题。

合成氨发展：1784年1898年1902年1910年2016年氨被发现弗兰克合成氨哈伯合成氨哈伯---博施法合成氨工业化生产中国大连物理化学研究所

一、工业合成氨的原理分析工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，空气变面包成了可能。已知298K时：ΔH=-92.4kJ·mol-1，ΔS=-198.2J·mol-1·K-1N2(g)＋3H2(g)?2NH3(g)2.反应特点1.反应原理可逆反应正反应是体积缩小的反应ΔH＜0（1）可逆性：（2）体积变化：（3）焓变：

3.反应条件选择增大合成氨的反应速率、提高NH3产率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NH3产率问题1：根据合成氨反应的特点，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？增大升温增大正催化剂及时移走氨降温增大不影响增大C反应物

4.合成氨的数据分析表2-2不同温度、压强下，平衡混合物中氨的含量的变化情况温度/℃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

二、工业合成氨的条件控制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。理论分析：压强越大，速率、转化率都大我国的合成氨厂一般采用的压强为10MPa~30MPa实际生产：采用的压强为10MPa~30MPa

理论分析：低温能提高平衡转化率，但速率慢，经济效益差。高温能提高速率，但转化率小实际生产中一般采用的温度为400~500℃实际生产：一般采用的温度为400~500℃

3.催化剂催化剂，降低反应的活化能，加快反应速率，但不改变平衡。一般采用铁触媒作为催化剂。注意：①催化剂铁触媒在500℃左右时的活性最大②混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化

4.浓度在温度与压强的最佳条件下，平衡混合物中氨的含量仍不高。理论分析：①N2和H2的物质的量比接近1:3时，更能促进氨的合成。②不断地补充反应物或者及时的分离生成物有利于工业生产。b.冷却氨气成液态后及时分离a.原料气循环使用，并及时补充氮气和氢气，使反应物保持1:2.8。初始时氮气和氢气的物质的量比1:2.8

二、工业合成氨的条件控制速率产率成本设备安全压强温度催化剂浓度工业合成氨的适宜条件10～30MPa400～500℃铁触媒循环使用原料气、及时移走产物氨、投料比为1∶2.8理论分析实际生产

合成氨生产的工艺流程生产流程制气液态NH3干燥净化N2+H2N2+H2防止催化剂中毒增加原料利用率压缩机加压10MPa~30MPaN2+H2热交换N2+H2铁触媒400~500℃N2+H2NH3+N2+H2NH3+N2+H2冷却→净化除杂→压缩→合成→冷却分离→循环压缩

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：化学平衡反应速率设备要求、安全操作经济成本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________转化率反应速率三、化工生产中调控化学反应的一般思路

【达标检测】在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g)?2SO3(g)ΔH=-196.6kJ/mol。(已知：催化剂是V2O5，在400～500℃时催化剂效果最好)温度/℃平衡时SO2的转化率/%0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3（1）理论上，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400~500℃，原因是；450℃、10MPa在此温度下，催化剂活性最高。温度较低，会使反应速率减小，达到平衡所需时间变长；温度较高，SO