人教版 (2019)选择性必修1第四节 化学反应的调控教学演示课件ppt

这是一份人教版 (2019)选择性必修1第四节 化学反应的调控教学演示课件ppt，共26页。PPT课件主要包含了学习目标，①电弧法固氮，②人工合成氨，催化剂，课堂小结，课堂达标等内容，欢迎下载使用。
引课视频 工业合成氨的发展
阅读课本P47 合成氨——实验室研究与工业化生产
氮短缺事关人类的存亡，某一天将会有一位化学家寻找出一种方法，将成对的氮原子间三键打破，制出一种能为植物吸收的氮的化合物。——威廉∙克鲁克斯（英国）
1、认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要意义，能讨论化学反应条件的选择和优化。2、能从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析。
工业生成需要考虑的问题
用空气制造面包的圣人——弗里茨·哈伯因发明用氮气和氢气合成氨的方法获得1918年诺贝尔化学奖
如何从空气中获得肥料？
N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g) △H＝－92.2kJ•ml-1 ∆S＝－198.2J•K-1•ml-1
请根据反应的焓变和熵变分析在298K时合成氨反应能否正向自发进行？
△ G=△H－T△S = －33.14 kJ·ml－1＜0，可以自发
K(298K)=4 × 106,接近完全
先合成氨，再进一步将之转化为铵盐或者硝酸盐，变成了土壤可吸收的形式。最好的原料是空气，因为它其中富含氮元素。——卡尔 ·博施
一、合成氨反应条件的原理分析
课本P44思考与讨论：
①可逆反应; ②气体体积减小的放热反应；③熵减小反应。
以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中按的含量
二、合成氨反应的数据分析
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。
三、合成氨反应条件的控制
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。
目前，我国的合成氨厂一般采用的压强为10～30MPa
压强越大，速率、转化率都大
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400 ~ 500 ℃
催化剂，改变反应历程，降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快地进行反应。
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。
2007年诺贝尔化学奖——证实了氢气与氮气在铁催化剂表面合成氨的反应过程
图2：催化剂不同温度下的催化能力
②混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化
①催化剂铁触媒在500 ℃左右时的活性最大
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
“合成氨”里的中国人：2016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 ℃、1 MPa 。
①从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：3时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2的浓度，即N2和H2的物质的量比为1：2.8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
a、迅速冷却氨气成液态并及时分离
b 、将氨分离后的原料气循环使用，并及时补充氮气和氢气，使反应物保持一定的浓度。
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
小结：合成氨常用的生产条件：
使用催化剂温度：400~500 ℃ 压强: 10 MPa~30 MPa将氨及时分离出来，原料气循环使用
（1）参加反应的物质的组成、结构和性质等本身因素；
1、影响化学反应进行的因素
（2）温度、压强、浓度、催化剂等反应条件。
四、化学反应条件的控制
（1）含义：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。（2）考虑实际因素 a.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。 b.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。
（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。
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400~500℃，原因是_________（3）在实际生产中，采用的压强为常压，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__________
课堂练习：在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)⇌2SO3(g) △H＝－196.6kJ/ml。 下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率。
（3）因为在常压下，400~500℃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。
（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。
1.确定反应，了解反应
2.应用速率、平衡理论， 调控反应
3.综合生产实际 优化反应条件
合成氨的工业生产条件：
考虑温度、压强、浓度、催化剂以及能源、材料和设备成本等
1．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
2.据报道，在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实：2CO2(g)＋6H2(g) CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)，下列叙述错误的是（ ）A.使用Cu­-Zn­-Fe催化剂可大大提高生产效率B.反应需在300 ℃下进行可推测该反应是吸热反应C.充入大量CO2气体可提高H2的转化率D.从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率
3.某温度下，对于反应: N2(g)＋3H2(g) ⇌2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·ml－1 N2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是( )A.将1 ml氮气、3 ml氢气置于1 L密闭容器中发生反应，放出的热量为92.4 kJB.平衡状态由A变为B时，平衡常数K(A)