反应速率与限度理论在化工生产上的运用(2021整理)

本文为网上收集整理，如需要该文档得朋友，欢迎下载使用精品文档，word文档HYPERLINK考点十七反响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响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响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.合成氨的反响原理：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响。2.合成氨适宜条件的选择〔1〕选择依据：从提高反响速率的角度分析，提高反响温度、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、提高压强和适时别离反响产物氨；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〕选择原那么：能加快反响速率；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；及时别离出氨和及时补充氮气和氢气。〔4〕合成氨的简要流程：原料气的制备原料气的制备净化压缩合成别离液氨氮气、氢气的循环使用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，其反响为：[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的反响特点是正反响为气体体积缩小的放热反响，那么：〔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3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，反响一段时间后，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L，此时到达平衡，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N2N2H2==1/3〔物质的量之比〕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—12atmL/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：∴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〔以下各题均只有一个合理答案，请将合理答案的序号填在第二卷题首的答案栏内，填在其它地方无效〕1.下面是合成氨的简要流程示意图：xxN2〔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沿x路线回去的物质是2和H2 B.催化剂 2 22.合成氨所需的氢气可由水和煤反响制得，其中有一步反响为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.⑤3.在某合成氨厂的合成氨反响中，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，那么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响到达了平衡，此时容器中含有2、2、3。假设维持原来的条件，向该容器中再同时参加2、2、3，那么A.正、逆反响速率同时增大，化学平衡不移动B.正、逆反响速率同时增大，平衡混合气中NH3的体积分数增大C.正、逆反响速率同时增大，化学平衡向逆反响方向移动D.正逆反响速率不变，化学平衡不移动5.将装有1molNH3的密闭容器加热，局部NH3分解后到达平衡，此时混合气中NH3的体积分数为x%；假设在同一容器中最初参加的是2molNH3，密封、加热到相同温度，反响到达平衡时，设此时混合气体中NH3的体积分数为y%。那么x和y的正确关系是＞y B.x＜y C.x＝y D.x≥y二.选择题〔以下各题可能有1～2个合理答案〕6.1molA和nmolB按下式反响：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，反响前的气体密度是反响后的3/4，那么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，反响CO〔g〕+H2O〔g〕CO2〔g〕+H2〔g〕到达平衡时，水蒸气和与氢气的体积分数相等，那么以下表达错误的选项是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，到达平衡时N2的转化率为25%。假设从NH3开始，在相同条件下欲使平衡时各成分的百分含量相同，那么应参加NH3的物质的量及NH3的转化率为和25% 和50% 和75% 和80%zx或yx或yz浓度0t1t2t3时间9.今有x(g)+y(g)2z(g)，△H〔298K〕＜0，假设反响开始经t1s后到达平衡，又经t2s后，由于反响条件的改变使平衡破坏。到tzx或yx或yz浓度0t1t2t3时间A.增大了x或y的浓度B.使用了催化剂C.增大了反响体系的压强D.升高了反响体系的温度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.加快反响速率B.提高原料的转化率C.使平衡向合成氨的方向移动D.使催化剂的活性到达最正确状态11.在一定条件下，将1molN2和3molH2混合，发生反响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，那么N2的转化率为A.10%B.30%C.50%D.60%12.在合成氨工业中，到达以下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，不断将氨别离出来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，有人设计了以下反响途极高温径，假设反响极高温3H8C+H2高温脱氢B.C3H8C3H6+H2高温脱氢催化剂催化剂C.C3H8+H2OCO+H2电解D.C3H8+O2→CO2+H2O；H2OO2+H2电解υ逆υ正Odt/sbaυY/mol·L—1·s—114.在容积固定不变的4L密闭容器中，存在可逆反响：X〔g〕+2Y〔g〕2Z〔g〕，并到达化学平衡，在此过程中，以Yυ逆υ正Odt/sbaυY/mol·L—1·s—1A.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，设计了以下实验装置。以下图中A是简易的氢气发生器，B是圆底烧瓶，盐酸盐酸aC枯燥剂锌粒ABD复原铁粉E酚酞试液C是装有枯燥剂的U形管，a是旋转活塞，D是装有复原铁粉的反响管，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中参加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，用酒精灯加热反响管D中的复原铁粉，待B中氢气的火焰熄灭后，翻开活塞a，气体通过反响管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中反响的离子方程式：；B、D中发生反响的化学方程式：B：；D：。〔4〕C中枯燥剂的名称是，该枯燥剂的作用是。〔5〕E中的实验现象是，原因是〔用电离方程式进行答复〕。〔6〕工业生产上合成氨一般选择的压强是20MPa～50MPa，其原因是。16.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〕假设将此针筒长期放置，又可能看到何种变化，试用平衡的观点解释。〔3〕假设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。那么三份氯水中c(HClO)的大小是＞＞。〔4〕假设在针筒中的氯水参加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，任其发生反响：N2(g〕+3H2〔g〕2NH3〔g〕，分别在不同时测定NH3的含量，然后绘制出以下图：试答复以下问题：〔1〕A、C段的曲线是增函数，C、E段曲线是减函数，试从反响速率和化学平衡的角度说明理由：〔2〕此可逆反响的正反响是反响〔填“放热〞或“吸热〞〕，在实际生产上，合成氨反响一般选择在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，完成以下填空：〔3〕天然气脱硫时的化学反响方程式是〔4〕nmol甲烷经一次转化后产生l，那么产生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，有反响2SO2〔g〕+O2〔g〕2SO3〔g〕(正反响为放热反响)，根据下表提供的不同压强下SO2的转化率〔%〕的数据试选择该反响的适宜条件〔以V2O5作催化剂〕压强温度1×105Pa5×105Pa10×105Pa50×105Pa100×105Pa450℃500℃97.7〔1〕温度；〔2〕压强。19.N2(g〕+3H2〔g〕2NH3〔g〕，正反响为放热反响，2SO2〔g〕+O2〔g〕2SO3〔g〕，正反响为放热反响。答复以下问题：〔1〕从影响反响速率、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，合成氨要别离出氨，目的是；而合成三氧化硫的过程中，不需要别离出三氧化硫，原因是。20.合成氨厂通过测定反响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L。那么该合成氨厂氮气的转化率为。“反响速率与限度理论在化工生产上的应用〞参考答案一、选择题1.A2.C3.C4.B5.B二、选择题(提示：因可逆反响中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响Z浓度的增加量和逆反响Z浓度的减少量，由此可见，图中阴影局部面积即为在时间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，翻开旋塞a，在B底部稍加热，假设在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底部和反响管D下部稍加热，检查活塞前后两局部装置是否漏气。两种答复都正确〕。〔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〔或没有锋利的爆鸣声〕，表示氢气纯度合格，可以收集和点燃。〔3〕A中：Zn+2H+==Zn2++H2↑；点燃点燃催化剂高温、高压B中：2H2+O2===2H2O催化剂高温、高压D中：N2+3H22NH3〔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；NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH－〔6〕由于合成氨的反响是一气体积缩小的可逆反响，增大压强，既有利加快反响速率，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。光照16.〔1〕针筒向里缩进，气体体积变小，气体