2012届高三化学第一轮复习 考点17 反应速率与限度理论在化工生产上的应用考点详析

1 考点十七考点十七 反应速率与限度理论在化工生产上的应用反应速率与限度理论在化工生产上的应用 课标要求课标要求 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 考纲要求考纲要求 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 教材精讲教材精讲 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 典型例题典型例题 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 溶液来吸收 CO 其反应为 Cu NH3 2 Ac CO NH3 Cu NH3 2 Ac CO 其 H 0 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 1 必须除去 CO 原因是 2 醋酸二氨合铜 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 1mol 3mol 0 平衡量 1 x 2 mol 3 3 2x mol xmol 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 082atm L 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 N2 28 6 5 H2 2 19 5 8 5 1 3 物质的量之比 3 跟踪训练跟踪训练 一一 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 卷题首的答案栏内 填在其卷题首的答案栏内 填在其 它地方无效 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 H2 B 催化剂 C N2 D 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 H2O CO2 H2 其 H 0 欲提高 CO 的转化率可采用的方法是 降低温度 增大压强 使用催化剂 增大 CO 的浓度 增大水蒸气的浓 度 A B C D 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 x N2 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 4 5 将装有 1mol NH3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 2mol NH3 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 二二 选择题 下列各题可能有选择题 下列各题可能有 1 1 2 2 个合理答案 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 3 m 3 B n 2 m 3 C n 1 m 1 D n 3 m 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 z x 或 y x 或 y z 浓 度 0 t1 t2 t3 时间 5 高温脱氢 催化剂 极高温 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 C3H8 C H2 B C3H8 C3H6 H2 C C3H8 H2O CO H2 D C3H8 O2 CO2 H2O H2O O2 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 正 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 逆 正 Od t s b a Y mol L 1 s 1 6 三 实验题三 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 H2O HCl 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 a C 干燥剂 锌 粒 A B D 还原铁粉 E 酚酞试液 7 3 若把针筒中的氯水分成 份 第 份加少量固体 NaHSO3 第 份加少量 固体 NaHCO3 第 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 如何用实验方法确认上述原因 四 填空题四 填空题 17 在容积不变的密闭容器中 分别充入 1 0mol N2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 利用天然气合成 NH3的工艺流程如下 8 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 CO 0 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 105Pa 450 97 598 999 299 699 7 500 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 反应速率与限度理论在化工生产上的应用反应速率与限度理论在化工生产上的应用 参考答案参考答案 一 选择题 9 光照 催化剂 高温 高压 点燃 1 A 2 C 3 C4 B 5 B 二 选择题 6 CD 7 B 8 C 9 D 10 AD 11 B 12 BD13 C 14 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 在 A 中放入少量水 使水面刚好浸没漏斗下端 打开旋塞 a 在 B 底部稍加热 若在 A 中漏斗颈内水面上升 且 E 中导管口有气泡逸出 停止加热后 E 中导管有水柱上升 表示装置不漏气 也可关闭活塞 a 用同样的方法分别在烧瓶 B 底部和反应管 D 下部稍加热 检查活塞前后两部分装置是否漏气 两种回答都正确 2 检验氢气的纯度 用排水法收集一试管氢气 用拇指堵住试管口 移近火焰 产 生轻轻的 噗 的一声 或没有尖锐的爆 鸣声 表示氢气纯度合格 可以收集和点燃 3 A 中 Zn 2H Zn2 H2 B 中 2H2 O2 2H2O D 中 N2 3H2 2NH3 4 碱石灰 或生石灰 氢氧化钠固体 吸收气体中少量的水蒸气和盐酸酸雾 5 酚酞试液变红 NHNH3 3 H H2 2O O NHNH3 3 H H2 2O O NHNH4 4 OH OH 6 由于合成氨的反应是一气体积缩小的可逆反应 增大压强 既有利加快反应速率 又有利于氨的合成 实际生产中 压强越大 需要的动力越大 对材料的强度要求更高 从 而会降低综合经济效益 因而选 20MPa50 MPa 16 1 针筒向里缩进 气体体积变小 气体溶液颜色变浅 2 气体 溶液颜色接 近无色 最终仍有气体 大约是原氯气的一半 2HClO 2HCl O2 HClO 的减少 原平衡 不断向右移动 Cl2减少 生成氧气 理论上讲 2 Cl2 2H2O 4HCl O2 10