2014届高考化学总复习智能考点归类总结反应速率与限度理论在化工生产上的应用

智能考点反应速率与限度理论在化工生产上的应用Ⅰ.课标要求认识化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。Ⅱ.考纲要求了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。Ⅲ.教材精讲1.合成氨的反应原理：N2（g）+3H2（g）2NH3（g）298K时，△H==92.2kJ·mol—1特点：合成氨是一个气体体积缩小的放热的可逆反应。2.合成氨适宜条件的选择（1）选择依据：从提高反应速率的角度分析，提高反应温度、使用催化剂、适当提高氮氢比；从平衡移动的角度分析，降低温度、提高压强和适时分离反应产物氨；从实际生产的角度分析，温度和压强要与生产实际相适应。（2）选择原则：能加快反应速率；提高原料的利用率；提高单位时间内的产量；对设备条件要求不能太高。（3）合成氨的适宜条件：使用催化剂；适宜的压强：2×107～5×107Pa；适宜的温度：500℃左右；及时分离出氨和及时补充氮气和氢气。（4）合成氨的简要流程：Ⅳ.典型例题例1.合成氨工业中，原料气（N2、H2、少量CO、NH3）在进入合成塔之前，常用醋酸二氨合铜（Ⅰ）溶液来吸收CO，其反应为：[Cu(NH3)2]Ac+CO+NH3[Cu(NH3)2]Ac·CO，其△H＜0（1）必须除去CO原因是。（2）醋酸二氨合铜（Ⅰ）溶液吸收原料气中CO的适宜条件是。（3）吸收CO后的醋酸铜氨液经适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力而循环使用，其再生的条件是。【解析】由于吸收CO的反应特点是正反应为气体体积缩小的放热反应，则：（1）除去CO是为了防止催化剂中毒。原料气的制备净化压缩合成分离液氨氮气、氢气的循环使用（2）吸收CO的适宜条件是选择高压、低温及浓氨水作溶液。（3）醋酸铜氨溶液再生的适宜条件是高温、低压。例2.将对空气的相对密度为0.293的N2和H2的混合气体通过一固定容积的密闭容器中合成氨，反应一段时间后，从该容器中出来的气体在747℃、1.01×105Pa的条件下测得其密度为0.12g/L，此时达到平衡，求平衡时N2的转化率。【解析】∵起始时混合气的平均相对分子质量M==0.293×29==8.5又设起始时N2、H2的物质的量分别为1mol和3mol，平衡时生成氨气的物质的量为xmol。N2(g)+3H2(g)2NH3(g)起始量1mol3mol0平衡量(1－x/2)mol(3－3/2x)molxmoln(平)==(1－x/2)mol+(3－3/2x)mol+xmol==（4－x）mol由PV==m/M·RT得：M==mRT/PV==0.12g·L—1×0.082atmL/mol·k×1020k÷1atm==10g/mol据质量守恒得：(1mol×28g/mol+3mol×2g/mol)÷(4－x）mol==10g/mol解得：x==0.6∴N2的转化率==（0.6mol/2÷1mol）×100%==30%答：N2的转化率为30%。Ⅴ.跟踪训练一.选择题（下列各题均只有一个合理答案，请将合理答案的序号填在第Ⅱ卷题首的答案栏内，填在其它地方无效）1.下面是合成氨的简要流程示意图：沿x路线回去的物质是A.N2和H2B.催化剂C.N2D.H2N2286.5H2219.58.5==1/3（物质的量之比）xN2（1体积）H2（3体积）压缩机热交换器有催化剂的合成塔冷凝器液氨2.合成氨所需的氢气可由水和煤反应制得，其中有一步反应为CO+H2OCO2+H2，其△H＜0。欲提高CO的转化率可采用的方法是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.①②③B.④⑤C.①⑤D.⑤3.在某合成氨厂的合成氨反应中，测得合成塔入口处气体N2、H2、NH3的体积比为6:8:1，出口处N2、H2、NH3的体积比为9:27:8，则N2的转化率为A.75%B.50%C.25%D.20%4.在固定容积的密闭容器中，氮气和氢气合成氨的反应达到了平衡，此时容器中含有0.1molN2、0.3molH2、0.2molNH3。若维持原来的条件，向该容器中再同时加入0.1molN2、0.3molH2、0.2molNH3，则A.正、逆反应速率同时增大，化学平衡不移动B.正、逆反应速率同时增大，平衡混合气中NH3的体积分数增大C.正、逆反应速率同时增大，化学平衡向逆反应方向移动D.正逆反应速率不变，化学平衡不移动5.将装有1molNH3的密闭容器加热，部分NH3分解后达到平衡，此时混合气中NH3的体积分数为x%；若在同一容器中最初加入的是2molNH3，密封、加热到相同温度，反应达到平衡时，设此时混合气体中NH3的体积分数为y%。则x和y的正确关系是A.x＞yB.x＜yC.x＝yD.x≥y二.选择题（下列各题可能有1～2个合理答案）6.已知1molA和nmolB按下式反应：A（g）+nB（g）mC(g)一段时间后，测得A的转化率为50%，同温同压下，反应前的气体密度是反应后的3/4，则n和m的值可能为A.n==3m==3B.n==2m==3C.n==1m==1D.n==3m==27.在一定条件下，向密闭容器中充入30molCO和20mol水蒸气，反应CO（g）+H2O（g）CO2（g）+H2（g）达到平衡时，水蒸气和与氢气的体积分数相等，则下列叙述错误的是A.平衡后，CO的体积分数为40%B.平衡后，CO的转化率为25%C.平衡后，水蒸气的转化率为50%D.平衡后，混合气体的平均相对分子质量为248.在密闭容器内，N2和H2起始的物质的量分别为10mol、30mol，达到平衡时N2的转化率为25%。若从NH3开始，在相同条件下欲使平衡时各成分的百分含量相同，则应加入NH3的物质的量及NH3的转化率为A.15mol和25%B.20mol和50%C.20mol和75%D.40mol和80%9.今有x(g)+y(g)2z(g)，△H（298K）＜0，若反应开始经t1s后达到平衡，又经t2s后，由于反应条件的改变使平衡破坏。到t3s时又达到平衡。如图所示，试分析从t2s到t3s曲线变化的原因是A.增大了x或y的浓度zx或yx或yz浓度0t1t2t3时间高温脱氢催化剂极高温B.使用了催化剂C.增大了反应体系的压强D.升高了反应体系的温度10.工业合成氨中，N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，其△H＜0，常采用700k左右的温度条件，其原因是A.加快反应速率B.提高原料的转化率C.使平衡向合成氨的方向移动D.使催化剂的活性达到最佳状态11.在一定条件下，将1molN2和3molH2混合，发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，平衡后测得混合气体的密度是相同条件下氢气密度的5倍，则N2的转化率为A.10%B.30%C.50%D.60%12.在合成氨工业中，达到下列目的的变化过程中与平衡移动无关的是A.为增加氨气的日产量，不断将氨分离出来B.为增加氨气的日产量，使用催化剂C.为增加氨气的日产量，而采用1×107Pa～1×108Pa的压强D.为增加氨气的日产量，而采用700K左右的高温13.工业上用来合成氨的原料之一是氢气，有一种是取自石油气，有人设计了以下反应途径，假设反应都能进行，其中最合理的是A.C3H8C+H2B.C3H8C3H6+H2C.C3H8+H2OCO+H2D.C3H8+O2→CO2+H2O；H2OO2+H214.在容积固定不变的4L密闭容器中，存在可逆反应：X（g）+2Y（g）2Z（g），并达到化学平衡，在此过程中，以Y的浓度改变表示的反应速率υ正、υ逆与时是t的关系如图所示，则图中阴影部分表示：A.X的浓度减少B.Y物质的量的减少C.Z的浓度的增加D.X物质的量的减少电解υ逆υ正Odt/sbaυY/mol·L—1·s—1三、实验题15.某研究性学习小组为了探究合成氨的原理，设计了下列实验装置。下图中A是简易的氢气发生器，B是圆底烧瓶，C是装有干燥剂的U形管，a是旋转活塞，D是装有还原铁粉的反应管，E是装有酚酞试液的烧杯。实验前先检查装置的气密性。实验开始时，先关闭活塞a，并取下烧瓶B；向A中加入一定量的适当浓度的盐酸，使之产生氢气。经必要的操作后，在导管出口处点燃氢气，然后如上图所示装上烧瓶B，塞紧瓶塞，氢气在烧瓶中继续燃烧，用酒精灯加热反应管D中的还原铁粉，待B中氢气的火焰熄灭后，打开活塞a，气体通过反应管D进入烧杯E中。（1）实验前，如何检查装置的气密性？（2）点燃氢气前必须进行操作，进行该操作的方法是。（3）写出A中反应的离子方程式：；B、D中发生反应的化学方程式：B：；D：。（4）C中干燥剂的名称是，该干燥剂的作用是。（5）E中的实验现象是，原因是（用电离方程式进行回答）。（6）工业生产上合成氨一般选择的压强是20MPa～50MPa，其原因是。16.已知氯水中有如下平衡：Cl2+H2OHCl+HClO。常温下，在一个体积为50mL的针筒里吸入40mLCl2后，再吸入10mL水。（1）写出针筒中可能观察到的现象：。（2）若将此针筒长期放置，又可能看到何种变化，试用平衡的观点解释。盐酸aC干燥剂锌粒ABD还原铁粉E酚酞试液（3）若把针筒中的氯水分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ份。第Ⅰ份加少量固体NaHSO3，第Ⅱ份加少量固体NaHCO3，第Ⅲ份不加任何物质，保持原样。则三份氯水中c(HClO)的大小是＞＞。（4）若在针筒中的氯水加入氢氧化钠的酚酞试液，红色褪去。其原因可能有两种，分别是：①；②。如何用实验方法确认上述原因：。四、填空题17（Ⅰ）在容积不变的密闭容器中，分别充入1．0molN2和3．0molH2，任其发生反应：N2(g）+3H2（g）2NH3（g），分别在不同时测定NH3的含量，然后绘制出下图：试回答下列问题：（1）A、C段的曲线是增函数，C、E段曲线是减函数，试从反应速率和化学平衡的角度说明理由：（2）此可逆反应的正反应是反应（填“放热”或“吸热”），在实际生产上，合成氨反应一般选择在500℃左右的温度下进行，试从化学平衡移动原理和综合因素等角度分析“选择在500℃左右下进行”的原因：（Ⅱ）利用天然气合成NH3的工艺流程如下：依据上述流程，完成下列填空：（3）天然气脱硫时的化学反应方程式是（4）nmol甲烷经一次转化后产生CO0.9nmol，则产生H2摩（用含n的代表式表示）。（5）上述过程中包含了三个循环，一是Fe(OH)3循环，二是K2CO3循环，请在上述流程图中标出第三处循环（指出循环方向和循环物质）。18、在硫酸工业生产过程中，有反应2SO2（g）+O2（g）2SO3（g）(正反应为放热反应)，根据下表提供的不同压强下SO2的转化率（%）的数据试选择该反应的适宜条件（以V2O5作催化剂）压强温度1×105Pa5×105Pa10×105Pa50×105Pa100×105Pa450℃97.598.999.299.699.7500℃85.692.994.997.798.3（1）温度；（2）压强。19.已知N2(g）+3H2（g）2NH3（g），正反应为放热反应，2SO2（g）+O2（g）2SO3（g），正反应为放热反应。回答下列问题：（1）从影响反应速率、平衡的因素分析，要有利于NH3和SO3的生成，理论上应采取的措施是；实际上采取的措施分别是。（2）在实际生产中，合成氨要分离出氨，目的是；而合成三氧化硫的过程中，不需要分离出三氧化硫，原因是。20.合成氨厂通过测定反应前后气体的密度来确定氮气的转化率。某工厂测得合成塔中氮气和氢气混合气体的密度为0.5536g/L（标准状况），从合成塔出来的混合气体在相同条件下密度为0.693g/L。则该合成氨厂氮气的转化率为。光照催化剂高温、高压点燃参考答案一、选择题1.A2.C3.C4.B5.B二、选择题6.CD7.B8.C9.D10.AD11.B12.BD13.C14.C(提示：因可逆反应中YZ的化学计量数相等，所以根据图像可得，oabd和obd围成的面积大小在数值上分别等于正反应Z浓度的增加量和逆反应Z浓度的减少量，由此可见，图中阴影部分面积即为在时间t内Z浓度的净增量)三、实验题15.（1）