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(共20张PPT)
第四节 化学反应的调控
第二章 化学反应速率与化学平衡
【教学目标】
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作用。
知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义。
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课堂导入
向空气要面包——合成氨中的化学问题
氨是重要的无机化工产品之一，合成氨工业在国民经济中占有重要地位。农业上使用的氮肥，例如尿素、硝酸铵、磷酸铵、氯化铵以及各种含氮复合肥，都是以氨为原料的。
合成氨是大宗化工产品之一，世界每年合成氨产量已达到1亿吨以上，主要用于制造氮肥、硝酸、丁腈橡胶等；氨在冶金、机械加工、电子、造纸等行业用途广泛。
其中约有80%的氨用来生产化学肥料，20% 作为其它化工产品的原料。
一．工业合成氨的原理分析
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol-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？
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
移走氨
升温
降温
增大
增大
正催化剂
无影响
1.压强
①原理分析：压强越大越好。
②选用条件：目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30 MPa。
③合成氨时不采用更高压强的理由：压强越大，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。
一．工业合成氨的原理分析
一．工业合成氨的原理分析
2.温度
①原理分析：低温有利于提高原料的平衡转化率。
②选用条件：目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500 ℃。
③不采用低温的理由：温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很不经济的。
合成氨反应一般选择400～500 ℃进行的又一重要原因为铁触媒在500 ℃左右时的活性最大。
一．工业合成氨的原理分析
3.催化剂
①原理分析：在高温、高压下，N2和H2的反应速率仍然很慢。
②选用条件：
通常采用加入以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。
③选择催化剂的理由：
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。
为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化。
一．工业合成氨的原理分析
4.浓度
①原理分析：在500 ℃和30 MPa时，平衡混合物中NH3的体积分数及平衡时N2和H2的转化率仍较低。
②采取的措施：采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去；应将NH3分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度。
③采取该措施的理由：分离出NH3以促使平衡向生成NH3的方向移动，此外原料气的循环使用并及时补充原料气，既提高了原料的利用率，又提高了反应速率，有利于合成氨反应。
二．工业合成氨的适宜条件
外部条件 工业合成氨的适宜条件
压强 10～30MPa
温度 400～500℃
催化剂 使用铁触媒作催化剂
浓度 氨及时从混合气中分离出去，剩余气体循环使用；
及时补充N2和H2
三．合成氨的工艺流程
四．化学反应调控需要注意的问题
1.考虑参加反应的物质组成、结构和性质等本身因素。
2.考虑影响化学反应速率和平衡的温度、压强、浓度、催化剂等反应条件。
3.选择适宜的生产条件还要考虑设备条件、安全操作、经济成本等情况。
4.选择适宜的生产条件还要考虑环境保护及社会效益等方面的规定和要求。
效果检测
1.下列关于工业合成氨的叙述正确的是(　　)
A．合成氨工业温度选择为700 K左右，只要是为了提高NH3产率
B．使用催化剂和施加高压，都能提高反应速率，但对化学平衡状态无影响
C．合成氨生产过程中将NH3液化分离，可提高N2、H2的转化率
D．合成氨工业中为了提高氢气的利用率，可适当增加氢气浓度
【答案】C
2.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H2⑦及时分离产生的NH3⑧使用催化剂
A．②④⑤⑦ B．②③④⑤⑦⑧
C．②⑤ D．②③⑤⑧
【答案】C
3． 对于反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)，下列有关说法不正确的是（ ）
A．使用催化剂能缩短该反应到达平衡的时间
B．升高温度有利于提高SO2的平衡转化率
C．提高 的值可增大SO2的转化率
D．增大体系的压强能提高SO2的反应速率和转化率
【答案】B
4．可逆反应A(s)+B(g) 2C(g) H＜0在密闭容器中达到平衡后，改变条件，能使B转化率提高的是
A．保持恒温恒压，充入氦气
B．保持恒温恒容，充入氦气
C．其它条件不变时，升高温度
D．其它条件不变时，加入少量A
【答案】A
5．在一密闭容器中，反应aX(g) bY(g)达平衡后，保持温度不变，将容器体积增大一倍，当达到新的平衡时，Y的浓度是原来的60%，则（ ）
A．平衡向正反应方向移动了
B．物质X的转化率减小了
C．物质Y的质量分数降低了
D．a＞b
【答案】A
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