6小专题突破9化学反应的调控Word文档格式.docx
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①反应为可逆反应;
②正反应为放热反应;
③反应物、生成物均为气体,且正反应为气体物质的量减小的反应。
(3)反应条件的选择
反应条件
对化学反应
-
速率的影响
对平衡混合物中氨含量的影响
合成氨条件的选择
增大压强
增大反应速率
平衡正向移动,平衡混合物中氨的含量提高
压强增大,有利于氨的合成,但需要动力大,对材料、设备的要求高。
故采用10~30MPa的高压
升高温度
—
平衡逆向移动,平衡混合物中氨的含量降低
温度要适宜,既要保证反应有较快的速率,又要使反应物的转化率不能太低。
故采用400~500℃左右的温度,并且在该温度下催化剂的活性最大
使用催化剂
没有影响
工业上一般选用铁触媒做催化剂
(4)综上,工业上通常采用铁触媒、在400~500℃和10~30MPa的条件下合成氨。
(
(5)原料气的充分利用
合成氨反应的转化率较低,从原料充分利用的角度分析,工业生产中可采用循环操作的方法提高原料的利用率。
[专题精练]
1.(2020·
长春质检)二甲醚(DME)被誉为“21世纪的清洁燃料”,由合成气制备二甲醚的主要原理如下:
①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH1=-kJ·
②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH2=-kJ·
③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH3=-kJ·
回答下列问题:
"
(1)反应3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的ΔH=____________kJ·
mol-1。
下列措施中,能提高CH3OCH3产率的有__________(填字母)。
A.使用过量的CO
B.升高温度
C.增大压强
(2)反应③能提高CH3OCH3的产率,原因是__________________________________。
(3)将合成气以
=2通入1L的反应容器中,一定条件下发生反应:
4H2(g)+2CO(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH,则CO的平衡转化率随温度、压强变化关系如图所示,下列说法正确的是____________(填字母)。
A.ΔH<
{
B.p1<
p2<
p3
C.若在p3和316℃时,起始时
=3,则达到平衡时,CO转化率小于50%
答案:
(1)- AC
(2)反应③消耗了反应②的H2O(g),有利于反应②正向进行,同时生成了H2
(3)A
2.化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。
(1)利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体,发生如下反应:
TaS2(s)+2I2(g)TaI4(g)+S2(g) ΔH>
0(Ⅰ)
@
如图所示,反应(Ⅰ)在石英真空管中进行,先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2(g),一段时间后,在温度为T1的一端得到了纯净TaS2晶体,则温度T1________(填“>
”“<
”或“=”)T2。
上述反应体系中循环使用的物质是____________。
(2)CO可用于合成甲醇,反应方程式为CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)。
CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。
该反应ΔH________(填“>
”或“<
”)0。
实际生产条件控制在250℃、×
104kPa左右,选择此压强的理由是___________________________。
解析:
(1)由题意可知,未提纯的TaS2粉末变成纯净TaS2晶体,要经过两步转化:
①TaS2+2I2===TaI4+S2,②TaI4+S2===TaS2+2I2,即反应(Ⅰ)先在温度T2端正向进行,后在温度T1端逆向进行,反应(Ⅰ)的ΔH大于0,因此温度T1小于T2,该过程中循环使用的物质是I2。
(2)从图像来看,随着温度的升高,CO的转化率变小,则ΔH<
0,综合温度、压强对CO转化率的影响来看,在题给压强下,CO的转化率已经很大,不必再增大压强。
(1)<
I2
(2)<
在×
104kPa下,CO的转化率已较高,再增大压强CO转化率提高不大,同时生产成本增加
3.煤炭是重要的化工原料,但属于不可再生能源,高效、清洁地利用煤炭资源至关重要。
请回答下列问题:
(1)煤的气化
原理是C(s)+2H2(g)CH4(g) ΔH。
在1L密闭容器中投入1mol碳,并充入2molH2,测得相关数据如图所示。
①有关图1、图2的说法正确的有____________(填字母)。
a.p1<
6MPa
b.T1<
1000K
:
c.ΔH<
d.工业生产中,当温度为T2时,压强越高,经济效益越好
②图2中A点对应的平衡常数Kp=____________(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×
物质的量分数)。
(2)煤生产水煤气和半水煤气
①工业上用煤生产作为合成氨原料气的水煤气,要求气体中(CO+H2)与N2的体积之比为~,发生的反应有C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),C(s)+
O2(g)CO(g)。
从能量角度考虑,通入空气的目的是________________________________________________。
②煤炭化工中有反应为CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g)。
在400℃时,反应物的物质的量均为1mol,在绝热恒容条件下开始反应,下列不能说明反应达到平衡状态的有____________(填字母)。
a.体系的压强不再发生变化
b.混合气体的密度不变
c.混合气体的平均相对分子质量不变
d.各组分的物质的量浓度不再改变
e.体系的温度不再发生变化
f.v正(CO)=v逆(H2O)
③如图是反应CO(g)+H2O(g)H2(g)+CO2(g) ΔH<
0中CO和CO2的浓度随时间发生变化的曲线,则t2时刻改变的条件可能是____________(写出一种即可)。
若t4时刻通过改变容积的方法将压强增大为原来的2倍,在图中t4~t5区间内画出CO、CO2浓度变化曲线,并标明物质名称(假设各物质状态均保持不变)。
(1)①该反应为反应前后气体分子数减小的反应,增大压强,平衡正向移动,碳的转化率增大,故p1<
6MPa,a项正确;
根据图1可知,升高温度,碳的转化率减小,平衡逆向移动,则ΔH<
0,图2中T1时碳的转化率大于1000K时的转化率,则T1<
1000K,b、c项正确;
压强增大,碳的转化率增大,但增大的幅度较小,并且增大压强对设备有一定的要求,故不是压强越高,经济效益越好,d项错误。
②A点对应的碳的平衡转化率为50%,则生成molCH4,剩余mol碳和1molH2,由于碳为固体,则p(H2)=
×
MPa=3MPa,p(CH4)=
MPa=MPa,故Kp=
=
。
(1)①abc ②
(2)①前者是吸热反应,通入空气后发生的反应是放热反应,可维持体系的热量平衡 ②bc ③降低温度(或增大水蒸气的量、减少氢气的量)
1.化学反应方向的判定
(1)自发反应
在一定条件下无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。
(2)熵和熵变的含义
①熵的含义
熵是衡量一个体系混乱度的物理量。
用符号S表示。
同一条件下,不同物质有不同的熵值,同一物质在不同状态下熵值也不同,一般规律是S(g)>
S(l)>
S(s)。
②熵变的含义
熵变是反应前后体系熵的变化,用ΔS表示,化学反应的ΔS越大,越有利于反应自发进行。
(3)判断化学反应方向的判据
ΔG=ΔH-TΔS
ΔG<
0时,反应能自发进行;
ΔG=0时,反应达到平衡状态;
ΔG>
0时,反应不能自发进行。
!
2.化工生产适宜条件选择的一般原则
(2)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。
3.平衡类问题需综合考虑的几个方面
1.氢气是一种理想的绿色能源。
利用生物质发酵得到的乙醇制取氢气,具有良好的应用前景。
乙醇水蒸气重整制氢的部分反应过程如下图所示:
·
已知:
反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡常数随温度变化曲线如图所示。
(1)①试说明反应Ⅰ能否发生自发反应_________________________________________。
②反应Ⅰ、Ⅱ达平衡后,若在恒温恒压条件下,向体系中充入N2,CO的体积分数会______(填“上升”“不变”或“下降”)。
(2)反应Ⅱ,在进气比[n(CO)∶n(H2O)]不同时,测得相应的CO的平衡转化率见下图1:
(各点对应的反应温度可能相同,也可能不同)
①图1中D、E两点对应的反应温度分别为TD和TE。
判断:
TD___TE(填“<
”“=”或“>
”)。
②经分析计算,A、E和G三点对应的反应温度相同,理由是_____________________。
③在图2中,画出D点所对应温度下CO平衡转化率随进气比[n(CO)∶n(H2O)]的曲线。
答案
(1)①反应Ⅰ:
CH3CH2OH(g)+H2O(g)===2CO(g)+4H2(g),ΔS>
0,根据化学平衡常数与温度的关系可知ΔH>
0,高温下可自发 ②上升
(2)①<
②经计算,A、E、G三点平衡常数相同,故反应温度相同 ③趋势正确,且必须穿过F、G之间
解析
(1)②在恒温恒压条件下,向体系中充入N2相当于增大了容器的体积,有利于反应Ⅰ正向移动,反应Ⅱ平衡不移动,CO的体积分数会增大。
(2)①CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH<
0,反应为放热反应,升温平衡逆向移动,CO转化率减小,图1中D、E两点对应的反应温度分别为TD和TE,D点CO转化率大于E点CO转化率,说明TD<
TE。
②E点时:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始量 1 1 0 0
变化量
平衡量
E点平衡常数K=1
A点时:
CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
起始量 1 2 0 0
变化量
平衡量
^
A点平衡常数K≈1
G点时:
起始量 3 2 0 0
变化量
平衡量
G点平衡常数K=
=1
经计算,A、E、G三点平衡常数相同,故反应温度相同。
2.(2019·
徐州市高三阶段检测)氨是生产氮肥、尿素等物质的重要原料。
氨碳比[n(NH3)/n(CO2)]对合成尿素[2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(g)+H2O(g)]有影响,恒温恒容时,将总物质的量3mol的NH3和CO2以不同的氨碳比进行反应,结果如图所示。
a、b线分别表示CO2或NH3的转化率变化,c线表示平衡体系中尿素的体积分数变化。
[n(NH3)/n(CO2)]=_______时,尿素产量最大;
经计算,图中y=_______(精确到。
答案 2
解析 由图可知,横坐标为
=2时,尿素的体积分数最大,且A点对应氨气的转化率为80%,
2NH3(g)+CO2(g)===CO(NH2)2(g)+H2O(g)
起始物质的量/mol2
1
0
<
转化物质的量/mol
平衡物质的量/mol
平衡时CO(NH2)2的体积分数y=
≈。
3.(2019·
扬州高三质检)工业上MgO浆液是高活性的脱硫剂,常用来脱除烟气中的SO2。
主要包含的反应有:
①Mg(OH)2+SO2===MgSO3+H2O
②MgSO3+SO2+H2O===Mg(HSO3)2
③Mg(HSO3)2+Mg(OH)2===2MgSO3+2H2O
④2MgSO3+O2===2MgSO4
脱硫时,MgO的脱硫效率、pH与时间的关系如图所示。
25℃时,H2SO3的K1=×
10-2,K2=×
10-7,Ksp(MgSO3)=×
10-3,Ksp(CaSO3)=×
10-7。
(1)脱硫过程中使浆液pH减小最显著的反应是________(填反应序号)。
(2)约9000s之后,脱硫效率开始急速降低,其原因是___________________________。
(3)其他条件相同时,镁基和钙基脱硫效率与液、气摩尔质量比的关系如图所示。
镁基脱硫效率总比钙基大,除生成的MgSO4具有良好的水溶性外,还因为___________________。
答案
(1)①②
(2)浆液中Mg(OH)2已耗尽
(3)MgSO3溶解度比CaSO3大,MgSO3比CaSO3更易被氧化
4.(2019·
宿迁高三阶段性测试)氮的化合物合成、应用及氮的固定一直是科学研究的热点。
(1)反应2NH3(g)+CO2(g)===CO(NH2)2(s)+H2O(g) ΔH=-kJ·
mol-1,在合成塔中进行。
下图1中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三条曲线为合成塔中按不同氨碳比[n(NH3)/n(CO2)]和水碳比[n(H2O)/n(CO2)]投料时二氧化碳转化率的情况。
①曲线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水碳比的数值分别为
生产中应选用水碳比的数值为________(填字母)。
②生产中氨碳比宜控制在左右,而不是的原因可能是_____________________。
(2)尿素可用于湿法烟气脱氮工艺,其反应原理为
NO+NO2+H2O===2HNO2
2HNO2+CO(NH2)2===2N2↑+CO2↑+3H2O
①当烟气中NO、NO2按上述反应中化学计量数之比时脱氮效果最佳。
若烟气中n(NO)∶n(NO2)=5∶1时,可通入一定量的空气,同温同压下,n(空气)∶n(NO)=_____(空气中氧气的体积含量大约为20%)。
②图2是尿素含量对脱氮效率的影响,从经济因素上考虑,一般选择尿素浓度约为____%。
答案
(1)①A ②氨碳比在时,NH3的量增大较多,而CO2的转化率增加不大,提高了生产成本
(2)①1∶1 ②5(±
解析
(1)①水碳比的数值在~范围内转化率提高更快,所以选A;
②由图像分析可以看出,氨碳比在时,NH3的量增大较多,而CO2的转化率增加不大,提高了生产成本,不符合经济效益。
(2)①烟气中n(NO)∶n(NO2)=5∶1,假设NO为5mol,那么NO2为1mol,根据NO+NO2+H2O===2HNO2这个反应,两者物质的量相同时脱氮效果最佳,这时需要O2,根据2NO+O2===2NO2,可知应该有2molNO参加反应生成2molNO2,这个过程需要O21mol,而空气中氧气的体积含量大约为20%,要提供O21mol需要空气物质的量为5mol,所以n(空气)∶n(NO)=1∶1;
②由图像可以看出当尿素浓度在5左右时转化率已经比较高了,浓度再增大时转化率提高不明显,所以答案填5(±
都算正确。
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- 专题 突破 化学反应 调控
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