考点十七 反应速率跟限度理论在化工生产上的运用Word文档格式.docx
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(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。
(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)molxmol
n(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.H2
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.①②③ B.④⑤ C.①⑤ D.⑤
3.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
>y B.x<y C.x=y D.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==2
7.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24
8.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
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,有一种来源是取自石油气,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+H2
B.C3H8C3H6+H2
C.C3H8+H2OCO+H2
D.C3H8+O2→CO2+H2O;
H2OO2+H2
14.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
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。
(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×
105Pa
5×
10×
50×
100×
450℃
97.5
98.9
99.2
99.6
99.7
500℃
85.6
92.9
94.9
97.7
98.3
(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。
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