第06讲--化学反应的调控-(人教版2019选择性必修1)(原卷版).docx

第06讲 化学反应的调控

1.变化观念与平衡思想：知道如何应用化学反应速率和化学平衡分析合成氨的适宜条件，体会应用化学原理分析化工生产条件的思路和方法。
2.科学态度与社会责任：认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要应用，探索最适宜的化工生产条件。

一、合成氨反应的原理分析
1．合成氨反应的特点
合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝
－198.2 J·mol－1·K－1。
(1)自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。
(2)可逆性：反应为可逆反应。
(3)体积变化(熵变)：ΔS<0，正反应是气体体积缩小的反应。
(4)焓变：ΔH<0，是放热反应。
2．原理分析
根据合成氨反应的特点，利用我们学过的影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析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，请填写下表。
条件
提高反应速率
提高平衡转化率
压强
增大压强
增大压强
温度
升高温度
降低温度
催化剂
使用
无影响
浓度
增大反应物浓度
增大反应物浓度，降低生成物浓度
3.数据分析
根据在不同温度和压强下(初始时N2和H2的体积比为1∶3)，平衡混合物中氨的含量实验数据分析，提高反应速率的条件是升高温度、增大压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是降低温度、增大压强。二者在温度这一措施上是不一致的。实验数据的分析与理论分析的结论是一致的。
【归纳总结】选择适宜工业生产条件的流程
(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。
(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。
(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。
(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。
二、工业合成氨的适宜条件
1．问题讨论
(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。
(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。
(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。
另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化。
(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。
2．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
10～30 MPa
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
3.合成氨的工艺流程

4．选择工业合成适宜条件的原则
(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。
【归纳总结】选择化工生产适宜条件的分析
分析角度
原则要求
从化学反应速率分析
既不能过快，又不能太慢
从化学平衡移动分析
既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性
从原料的利用率分析
增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本
从实际生产能力分析
如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析
注意催化剂的活性对温度的限制

考点一　合成氨反应适宜条件的选择
例1．下列有关合成氨工业的说法中，正确的是(　　)
A．从合成塔出来的混合气体中，其中NH3只占15%，所以合成氨厂的产率都很低
B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中可循环使用，所以总体来说合成氨的产率很高
C．合成氨工业的反应温度控制在400～500 ℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动
D．合成氨厂采用的压强越大，产率越高，无需考虑设备、条件
考点二　化工生产适宜条件的选择
例2．合成氨厂所需H2可由焦炭与水反应制得，其中有一步反应为CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH<0。欲提高CO的利用率，可采用的方法是(　　)
①降低温度　②增大压强　③使用催化剂　④增大CO的浓度　⑤增大水蒸气的浓度
A．①②③ B．④⑤ C．①⑤ D．②⑤
考点三　合成氨反应的图像题
例3.某温度下，对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－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 mol氮气、3 mol氢气置于1 L密闭容器中发生反应，放出的热量为92.4 kJ
B．平衡状态由A变为B时，平衡常数K(A)工业合成氨
C．在工业合成氨中N2、H2的循环利用可提高其利用率，降低成本
D．将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应
2．下列有关合成氨工业的说法正确的是
A．、的投料比采用1∶2.8(物质的量比)而不是1∶3，是为了提高的转化率
B．反应温度控制在700K左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动
C．压强采用10~30MPa，是因为该条件下催化剂的活性最好
D．不断将氨液化并移去液氨，目的之一是使平衡正向移动
3．下列关于硫酸工业和合成氨工业说法错误的是
A．都采用了高压 B．都使用了催化剂
C．生产流程中都有造气和净化 D．都使用了热交换器
4．工业制硫酸中有一步重要的反应是在400-600℃下发生催化氧化： ，下列说法正确的是
A．为提高的转化率，在生产过程中压强越高越好
B．工业生产中可通过增大二氧化硫的浓度来提升反应物转化率
C．其他条件保持不变，温度越高，反应速率越快，生产效益越好
D．工业生产中使用催化剂是为了提高生产效率
5．下列有关工业合成氨的说法不正确的是
A．迅速冷却的方法将氨液化，并不断移去液氨，利于反应正向进行
B．选择温度400~500℃，是为了保证尽可能大的平衡转化率
C．增大压强，有利于增大反应速率和平衡混合物中氨气的体积分数
D．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生
6．下列关于工业合成氨反应的调控说法正确的是
A．合成氨时，常采用迅速冷却的方法将氨液化，提高平衡转化率
B．合成氨时为提高平衡转化率，温度越高越好
C．增大浓度，可以提高活化分子百分数，从而加快反应速率
D．合成氨选择100～300MPa的压强，目的是为了加快反应速率，并提高转化率
7．下列关于化学反应的调控措施说法不正确的是
A．硫酸工业中，为使黄铁矿充分燃烧，可将矿石粉碎
B．硝酸工业中，氨的氧化使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率
C．合成氨工业中，为提高氮气和氢气的利用率，采用循环操作
D．对于合成氨的反应，如果调控好反应条件，可使一种反应物的转化率达到100%
8．下列有关合成氨工业的说法中正确的是
A．铁触媒作催化剂可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动
B．升高温度可以加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动
C．增大压强能缩短达到平衡状态所用的时间
D．合成氨采用的压强是10~30MPa，因为该压强下铁触媒的活性最高
9．化学反应的调控对于工业生产具有积极意义，下列关于调控措施的说法错误的是
A．硫酸工业中，为提高的转化率，通入的空气越多越好
B．工业合成氨，从生产实际条件考虑，不盲目增大反应压强
C．工业合成氨，考虑催化剂的活性选择400~500℃的反应温度
D．炼铁高炉的进风口设置在下端有利于燃料充分利用
10．下列有关合成氨工业的说法正确的是
A．N2的量越多，H2 的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成
B．恒容条件下充入稀有气体有利于NH3 的合成
C．工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行
D．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在常温时可自发进行

11．如图所示为工业合成氨的流程图。下列说法错误的是

A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒
B．步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以加快反应速率
C．步骤③、④、⑤均有利于提高原料平衡的转化率
D．为保持足够高的反应速率，应在反应达到一定转化率时及时将氨从混合气中分离出去
12．一定条件下将NO(g)和O2(g)按物质的量之比2：1充入反应容器，发生反应：2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)。其它条件相同时分别测得NO的平衡转化率在不同压强下随温度变化的曲线如图。下列说法错误的是

A．p1
C．10 s末，B的物质的量为0.2 mol D．10 s末，C的物质的量分数为15%
14．羰基硫(COS)能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在容积不变的密闭容器中，将CO和混合后在催化剂作用下，加热发生反应并达到平衡。若反应前CO的物质的量为10 mol，达到平衡时CO的物质的量为8 mol，且化学平衡常数为0.1.下列说法正确的是
A．反应前的物质的量为7 mol
B．增大压强，化学平衡正向移动
C．增大CO浓度，正反应速率增大，逆反应速率减小
D．增大的比值，可以减小CO的转化率
15．在2 L的恒容密闭容器中充入1mol X(g)和2 mol Y(g)，发生反应：，测得在不同温度下、相同时间内X(g)与Z(g)的百分含量如图所示。下列说法错误的是

A．从反应开始到各点时的平均化学反应速率：
B．a点时，Y(g)的转化率为50%
C．T3℃下，平衡常数K=4
D．降低温度，有利于提高Z(g)的平衡产率
16．对于反应，下列说法正确的是
A．该反应在任意条件下均能自发进行
B．反应的焓变
C．其他条件一定，增加压强，反应平衡常数增大
D．及时分离出，正反应速率增大，平衡向正反应方向移动
17．在3个体积均为2.0L的恒容密闭容器中，反应  △H＞0，分别在一定温度下达到化学平衡状态。下列说法不正确的是
容器
温度/K
起始时物质的量/mol
平衡时物质的量/mol

I
977
0.28
0.56
0
0.4
II
977
0.56
0.56
0

III
1250
0
0
0.56

A．977K，该反应的化学平衡常数值为1
B．达到平衡时，向容器I中增加C的量，平衡不移动
C．达到平衡时，容器II中CO2的转化率比容器I中的小
D．达到平衡时，容器III中的CO的转化率大于28.6%
18．温度为T℃，向体积不等的恒容密闭容器中均充入1mol气体X，发生反应X(g)Y(g)+Z(g)ΔH，反应均进行10min，测得各容器中X的转化率与容器体积的关系如图所示。下列说法正确的是

A．a点再充入一定量的X，平衡正向移动，X的转化率增大
B．d点有v正＞v逆
C．正反应速率v(b)=v(d)
D．若b点为平衡点，则浓度平衡常数K=0.5
20．丙烷经催化脱氢制丙烯的反应为C3H8(g)=C3H6(g)+H2(g)。600℃，将固定浓度的C3H8通入有催化剂的恒容反应器，逐渐提高CO2浓度，经相同时间，测得出口处C3H6、CO和H2浓度随初始CO2浓度的变化关系如图所示。下列说法不正确的是

A．丙烷脱氢制丙烯反应的化学平衡常数K=
B．c(H2)和c(C3H6)变化差异的原因：CO2+H2CO+H2O
C．其他条件不变，投料比c(C3H8)/c(CO2)越大，C3H8转化率越小
D．若体系只有C3H6、H2、CO和H2O生成，则出口处物质浓度c之间一定存在关系：2c(C3H6)=2c(H2)+c(CO)+2c(H2O)
20．将放入一个装满的恒压密闭容器中，在、的条件下使之充分反应至时刻达平衡状态，此时容器中无剩余，剩余。此条件下可以发生如下反应：①；②，已知反应②的，是压强平衡常数(用分压代替平衡浓度，分压总压物质的量分数)。下列说法错误的是
A．时刻，共消耗 B．时刻，容器中的分压为
C．时刻，容器中气体总物质的量为 D．起始时，容器中