2.4.1 化学反应的调控 课件 高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1.pptx

第二章化学反应速率与化学平衡第四节化学反应的调控课时1化学反应的调控

课堂导入生活中有很多调控化学反应的实例，例如鼓风加快物质的燃烧，将食物保存在冰箱以延长储存时间，降温灭火等等，在工业生产中应当如何对化学反应进行调控呢？

课堂学习合成氨的发展史20世纪以前生物固氮，利用生物中固氮酶完成氮的固定1898年德国弗兰克等人发现氮能与碳化钙固定而生成氰氨化钙，进一步与过热水蒸气反应即可获得氨1909年德国化学家哈伯用锇催化剂将氮气与氢气在17.5～20MPa和500～600℃下直接合成1912年哈勃-博施法，利用铁基催化剂合成氨1985年Pickett和Talarmin在N2饱和的四氢呋喃溶液中用汞阴极于-2.6V下恒电势电解，首次利用电化学方法还原氮气1990年Furuya和Yoshiba考察了26种无机催化剂在气体扩散电极上NRR产氨的性能2007年GerhardErtl对人工固氮技术的原理提供了详细的解释

课堂学习合成氨的发展史第一个从空气中制造出氨气的科学家，使人类摆脱了依靠天然氮肥的被动局面，养活了20亿人，诺贝尔化学奖得主。一战中，任化学兵工厂厂长发明了化学武器(芥子、氯气等)用于战争，造成近百万人伤亡，是战争魔鬼遭人唾骂。1908年7月，哈伯在实验室用氮气和氢气在600℃及20MPa下得到了氨，但是产率极低，只有6%。

课堂学习合成氨的发展史1874年，卡尔·博施生于德国科隆。24岁时毕业于莱比锡大学，获有机化学博士学位。1908年～1913年，卡尔·博施改进哈伯首创的高压合成氨催化方法，利用氧化铁型催化剂，使合成氨生产工业化，化学上称为哈伯——博施法。1940年，因找到合适的催化剂，使合成氨反应成为工业化，也因此获得诺贝尔化学奖。工业合成氨是人类科学的一项重大突破，其原理如下：N2(g)+3H2(g)?2NH3(g) ΔH=-92.4kJ/mol下面我们将以合成氨为例，研究化学反应的调控问题。卡尔·博施

课堂学习化学反应的调控根据所学内容，若你是合成氨化工厂的老板，要把该化学反应投入生产，需要考虑的因素有哪些？可行性问题——化学反应的方向效率问题——化学反应的速率产率问题——化学反应的限度实际问题——成本、材料、设备等

课堂学习化学反应的调控N2(g)+3H2(g)?2NH3(g) ΔH=-92.4kJ·mol-1 ΔS=-198.2J·mol-1·K-1(1)可逆性：反应为可逆反应，需要考虑方向与限度等问题。(2)焓变：ΔH0，熵变：ΔS0。(3)自发性：常温(298K)下，ΔH–TΔS0，能自发进行。(4)转化率：常温下，平衡常数K=4.1×106。可行性分析：反应能自发进行，K值较大，反应较为完全，方案可行。从理论出发，科学家在实验室模拟该实验，研究发现室温下将氮气和氢气混合，即使在实验允许的最大压强下也几乎得不到氨气。

课堂学习化学反应的调控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增大升高增大加入铁触媒提高平衡混合物中氨的含量增大升高增大无影响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对原因进行分析，可能是化学反应速率过慢导致的氨气产率较低，从生产效益的角度也需要增大化学反应速率和平衡转化率，应当如何操作？

课堂学习化学反应的调控不同条件下，合成氨反应达到化学平衡时反应混合物中氨的含量(体积分数)温度/℃氨的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.85000.1010.619.126.442.257.56000.054.509.1013.823.131.4表格结论：升高温度、增大压强可以使合成氨的反应速率增大；降低温度、增大压强有利于提高平衡混合物中氨的含量。

课堂学习化学反应的调控在实际的生产中，应当怎么选择反应压强呢？通过分析，可以发现压强越大，反应速率越快，平衡混合物中氨的含量也会越高。但是压强越大，对材料的强度和设备的要求就越高，需要的动力也越大。这会大大增加生产投资，导致降低综合经济效益。目前来说，我国的合成氨厂一般采用的压强为10-30MPa。

课堂学习化学反应的调控在实际的生产中，应当怎么选择反应温度呢？通过分析，可以发现温度越高，反应速率越快，生产效率也会越高。但温度越高，反应进行的限度越小，平衡转化率越低。同时还需要考虑到催化剂的活性，铁触媒在500℃左右时活性最大。目前来说，我国合成氨厂一般选择400-500℃的反应温度。

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