第八讲 化学反应条件的优化Word文档下载推荐.docx

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①因为正反应方向是放热的反应，所以降低温度有利于平衡正向移动。

②可是温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，因此温度也不宜太低。

③催化剂要在一定温度下催化活性最大。

综合以上因素:

实际生产中温度一般选择在700K左右（主要考虑催化剂的活性）。

3、用不用催化剂？

经济效益和社会效益要求化学反应速度要快，原料的利用率要高，单位时间的产量要高。

实际生产中选用铁为主体的多成分催化剂（铁触媒），它在700K时活性最高。

4、浓度怎么定？

N2和H2的比例怎么定？

增大反应物的浓度可以增大反应速率，减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。

从化学平衡的角度分析，在氮气和氢气的物质的量比为1：

3时，平衡转化率最大，但是实验测得适当提高N2的浓度，即N2和H2的物质的量比为1：

2.8时，更能促进氨的合成。

实际生产中的处理方法：

及时将气态氨冷却液化分离出去；

及时将氮气和氢气循环利用，使其保持一定的浓度。

【投影】研讨的结果

工业上利用某可逆反应生产产

外部条件

工业合成氨的适宜条件

压强

根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强

温度

适宜温度700K左右

催化剂

使用铁触媒作催化剂

浓度

N2和H2的物质的量比为1：

2.8的投料比,氨及时从混合气中分离出去

1、一般要使用催化剂：

这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济效益；

2、选择合适的温度：

3、选择合适的压强：

既要考虑化学反应速率和化学平衡，还要考虑动力、材料、设备等。

工业制造硫酸的主要反应为:

2SO2（g）+O2（g）===2SO3（g）△H=-197.8KJ/mol①

SO3（g）+H2O（l）===H2SO4（aq）②

反应①的平衡常数K随温度升高而减小.

所用催化剂的主要成分为V2O5（6％-12％）、K2SO4（17％-20％）、SiO2（50％-70％）,能使催化剂中毒的物质有砷、硒、氟等.

请根据以上信息讨论二氧化硫氧化反应的工艺条件（温度、压强、原料气配比等）对工业生产硫酸的影响.

【投影材料】已知2SO2（g）+O2（g）

2SO3（g）△H＜0其实验数据见表

（1）应选用的温度是450℃。

（2）应采用的压强是常压，理由是因为常压下SO2的转化率已经很高，若采用较大压强，SO2的转化率提高很少，但需要的动力更大，对设备的要求更高。

（3）在生产中，通入过量空气的目是。

（4）原料气必需净化的原因是。

（5）尾气中有SO2必须回收是为了。

（第二课时）

【题１】对于合成氨工业，只从提高原料转化率看，从下列条件中选择最适宜的组合是（B）

①高温　　②低温　　③低压　　④高压　　⑤催化剂　　⑥加氨　　⑦除氨

A.②④⑤B.②④⑦C.①④⑤D.②③⑥

【解析】合成氨工业利用N2＋3H2

2NH3ΔH<

0，因而可知升高温度有利于反应向氨气生成的方向进行；

从气体的系数来看，加压有利于反应向氨气生成的方向进行；

加催化剂只会改变速率却无法改变转化率；

减少生成物的浓度也有利于反应向氨气生成的方向进行。

故综上所述有②④⑦。

【题２】在一定条件下，可逆反应N2＋3H2

0达到平衡，当单独改变下列条件后，有关叙述错误的是（CD）

A.加入催化剂，V正、V逆都发生变化，且变化的倍数相等

B.加压，V正、V逆都增大，且V正增大的倍数大于V逆增大的倍数

C.降温，V正、V逆都减小，且V正减少的倍数大于V逆减少的倍数

D.加入氩气，V正、V逆都增大，且V正增大的倍数大于V逆增大的倍数

【解析】催化剂只是增大或减小反应速率，即有V正、V逆都发生变化，但不会改变平衡的移动，即有V正、V逆变化的倍数相等。

加压，体系中各反应物浓度增大，V正、V逆都增大，但更有利于向气体系数减少的方向移动，故V正增大的倍数大于V逆增大的倍数。

降温，反应速率全部下降，但有利于平衡向放热的方向移动，而本反应ΔH<

0，所以V正减少的倍数小于V逆减少的倍数。

加入稀有气体，各组分的浓度都不会变化或者减小，所以V正、V逆不变或减小。

故C、D均不正确。

【题３】合成氨所需的H2由炭和水蒸气反应制得，其中一步反应为CO＋H2O（g）

CO2＋H2　ΔH<

0，欲使CO的转化率提高，同时提高H2的产率，可以采取的措施是（A）

A.增大水蒸气的浓度　　　B.升高温度　　　C.增大CO浓度　　　D.增大压强

【解析】欲使CO的转化率提高，同时提高H2的产率，必然要求改变条件使平衡向正反应方向移动。

CO＋H2O（g）

0从中可知本反应为气体系数不变且正反应放热的反应，所以可以提高反应物水蒸气的浓度。

升高温度虽然可以提高反应速率，但会使平衡向左移，如果降低温度，可使平衡右移，却又会降低反应速率，但会符合题目要求，可惜无此选项。

增大CO浓度，虽可以提高H2的产率，但自身的转化率却会降低。

压强对气体系数不变的反应无影响。

【题４】在一定温度和压强下，在密闭容器中充入H2、N2、NH3，开始时其物质的量之比为3：

1：

1，反应达平衡后，H2、N2、NH3的物质的量之比为9：

3：

4，则此时N2的转化率为（A）

A.10%　　B.20%　　C.15%　D.30%

【解析】3H2＋N2

2NH3

起始量　　　３　　　１1　　　　

转化量　　3xx2x

平衡量　　３－３x1－x2x

（３－x）：

（1－x）：

2x＝9：

4故x=0.1

所以N2的转化率为

【题５】在一定条件下，2NH3

3H2＋N2，达到平衡时，NH3的转化率为50%，此时平衡混合气的密度与NH3未分解时的密度之比为（B）

A.１：

１　　　　　　B.２：

３　　　　　　C.３：

２　　　　　　D.２：

１

【解析】　　　2NH3

3H2＋N2

起始量　　x00

转化量　50%x0.75x0.25x

平衡量0.5x0.75x0.25x

反应前后均为气体故总质量不变，密度

，而气体的体积又与气体的物质的量成正比，故反应后与反应前密度之比等于物质的量的反比，即为

。

【题６】在密闭容器中进行如下反应已达到平衡，N2＋3H2

2NH3ΔH<

0，其他条件不变时，若将平衡混合物中各物质的浓度都增大到原来的２倍，则下列说法中正确的是（BD）

A.平衡不移动　　　　　　　　　　　　　　　B.平衡向正方向移动　　

C.平衡向逆反应方向移动　　　　　　　　　　D.NH3的百分含量增加

【解析】将平衡混合物中各物质的浓度都增大到原来的２倍，则反应的速率增大，其他条件不变也就是说将气体进行压缩，容器体积减小，使平衡向气体系数减小的方向移动，故平衡向正方向移动。

进而使NH3的百分含量增加。

【题７】在一定条件下，进入氨合成塔的混合气体中含N2的体积分数为22%，含H2的体积分数为78%，经过合成反应达到平衡后，在相同的温度和压强下，气体的体积缩小至原体积的95%，N2的转化率与下面接近的数值是（B）

A.12.5%B.11.4%C.10.5%D.9%

【解析】设原气体体积为V，则平衡后体积为V－0.95V

　　　N2　　＋　　3H2　　

　　2NH3ΔV

1322

转化中　　　0.025V0.075V0.05VV－0.95V

【题８】工业合成氨反应是700K左右进行的，这主要原因是（D）

A.700K时此反应速率最快　　　　B.700K时氨的平衡浓度最大

C.700K时氨的转化率最高　　　　D.700K该反应的催化剂能发挥最大的作用

【解析】温度越高反应速率越快，所以排除A选项；

N2＋3H2

0，所以温度越高氨的平衡浓度越大，转化率越高，所以排除B、C选项。

综合可得只有D选项最贴切。

【题９】有关合成氨工业的说法中，正确的是（B）

A.从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占15%，所以生产氨的工厂效率都很低

B.由于氨易液化，N2、H2在实际生产中是循环使用，所以总体来说氨的产率很高C.合成氨工业的反应温度控制在500℃左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动D.合成氨厂采用的压强是20～50Mpa，因为该压强下铁触媒的活性最大

【解析】本题主要是理解合成氨的过程，以及温度、浓度、催化剂等对该反应的影响，不难选出答案。

【题10】一密封体系中发生反应：

2NH3（正反应为放热反应）下图为某一段时间段反应速率与反应进程的曲线关系图：

回答下列问题：

（１）处于平衡状态的时间段是　　　　　　　。

（２）t1、t3、t4时刻，体系中分别是什么条件发生了变化？

（３）下列时间段中，氨的百分含量最高的是（）

A.０～t1B.t2～t3C.t3～t4D.t5～t6

【解析】本题主要是要学会看图，图表达的是速率与时间的关系，只要速率不随时间变化而变化，说明在这条件反应已经达到平衡了。

所以处于平衡状态的时间段是０－t1，t2－t3，t3－t4，t5－t6。

从图中可得t1时刻正、逆反应速率都增大，而且v（逆）>

v（正），N2＋3H2

2NH3（正反应为放热反应）故温度升高，v（逆）>

v（正）。

图中t3时刻从原来的速率增大，而且变化过程中v（逆）＝v（正），说明平衡都未被打破。

所以应该是催化剂导致的。

图中t4时刻的变化，v’（逆）、v’（正）都减小且v’（逆）>

v’（正），所以不可能是温度的影响，应该是浓度的影响，而且是浓度减小的变化，所以是压强减小了，使平衡向逆反应方向移动了。

（第三课时）

【题1】在一定条件下将含1molNH3的体积不变的密闭容器加热，发生反应2NH3

3H2＋N2，一段时间后达到平衡，此时NH3的体积分数为　x%，若在容器中再加入1molNH3后密封，加热到相同温度，使反应达到平衡，设此时NH3的体积分数为y%，则x和y的关系正确的是（A）

A.x<

y　　B.x>

y　　　C.x＝y　　D.x≥y

【解析】体积不变的密闭容器，多加NH3后相当于加压，使平衡向气体体积系数缩小的方向移动，所以NH3的体积分数会大一点，即有.x<

y。

【题２】将V1L的H2和V2L的N2在一定条件下发生反应，达到平衡后，混合气体总体积为V3L（气体体积均在相同条件下测定），则生成NH3的体积是（A）

A.（V1＋V2－V3）L　B.（V1＋V2＋V3）L　

C.（V1＋V2－2V3）LD.[V3－（V1＋V2）]L

【解析】N2＋3H2

2NH3ΔV

1322

（V1＋V2－V3）L

根据比例即可得到答案。

【题3】根据下列叙述，完成（１）～（３）题。

工业上合成氨的原料之一——氢气，有一种来源是取自石油气，例如丙烷。

（１）有人设计了以下反应途径，假设反应都能进行，你认为最合理的是（C）

A.C3H8C＋H2

B.C3H8C3H6＋H2

C.C3H8＋H2OCO＋H2，CO＋H2O===CO2＋H2

D.C3H8＋O2===CO2　＋　H2O,，H2O　　　　　　　H2↑＋O2↑

（２）按以上最合理的反应途径，理论上用1mol丙烷最多可制得氨气（B）

A.4molB.6.7molC.10molD.2.7mol

（３）该合理反应途径最显著的优点是（C）

A.简单易行　B.制得的H2纯度高　C.制得的H2产量高　D.可同时获得大量热能

【解析】

（1）从产量、能源等角度进行考虑。

（２）C3H8＋3H2O3CO＋7H2，CO＋H2O===CO2＋H2

1mol3mol7mol3mol3mol

1molC3H8可生成10molH2

N2＋3H2

2NH3

32

10mol（6.7mol）

【题4】把氮气和氢气按１：

１的物质的量比混匀后分成四等份，分别同时充入A、B、C、D四个装有催化剂的真空容器中（容器的容积固定），在保持相同温度的条件下，四个容器中的合成氨反应达到化学平衡状态。

分析下表中实验数据回答问题（用A、B、C、D填空）。

容器代号

A

B

C

D

平衡时混合物的平均相对分子质量

16

17

平衡时氮气的转化率

20%

平衡时氢气的转化率

30%

（1）都达到平衡时，　　　　容器中氨气的物质的量最大。

（2）达到平衡时所需时间最长的容器是　　　　　　　　　　。

（3）四个容器由小到大的排列顺序是　　　　　　　　　　　　。

【解析】设氮气和氢气均为１mol

　　　N2＋3H2

起始量　1mol　1mol0

A.平衡　　　　0.8mol0.4mol

B平衡　　　　　　　　　　0.7mol0.2mol

１６＝

　　n1=

17=

n1=

　N2＋3H2

2NH3Δn

2—15/8　C平衡

2－30/17　　　D平衡

【题5】.向体积不变的密闭容器中充入2molN2和6molH2，一定条件下发生反应：

N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g），平衡时混合气共7mol。

令a、b、c分别代表N2、H2、NH3起始加入的物质的量，维持温度不变，使达到平衡时各成分的百分含量不变。

则：

（1）若a＝0，b＝0，则c＝；

（2）若a＝0.7，b＝2.1，则：

①c＝　　　　　　　　　

②这时反应向　　　　进行；

③若要维持反应开始时即向该反应方向进行，c的取值范围是　　　　　　；

（3）欲使起始反应维持向与（２）相反的方向进行，则b的取值范围是　　　。

（1）根据等效平衡，可利用完全转化的思维进行变化。

应与起始相等。

　N2　＋　3H2　

　2NH3

起始１　２mol6mol0mol

起始２　０mol0molcmol

转化　0.5cmol1.5cmolcmol

极限　0.5cmol1.5cmol0mol

0.5cmol＝２molc＝4

（2）符合题设条件的各起始量之差应与反应式中相应系数成比例。

①N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g）

起始　２　　　　　６　　　　　　　０

条件　0.72.1c

0.7＋0.5c＝２　　　　c＝2.6

②题设条件平衡时共7mol气体，而

（2）小题起始量才5.4mol（0.7mol＋2.1mol＋2.6mol），所以起始反应向逆反应方向进行。

③从三个极限起始量考虑，即N2转化率等于0时，2molN2、6molH2、n（NH3）＝０；

N2转化率等于100%时，n（N2）＝０、n（H2）＝０、n（NH3）＝4mol；

现求平衡时各成分的物质的量，设平衡时N2转化了xmol，

N2（g）＋3H2（g）

２　　　　　６　　　　　　　０

x3x2x

2－x6－3x2x

依题意：

（2－x）＋（6－3x）＋2x＝7，x＝0.5所以平衡时，n（N2）＝1.5mol、n（H2）＝4.5mol、n（NH3）＝1mol

将三个极限起始量加以分析对比：

２　　　　　６　　　　　　　０（N2转化率为０时起始量）

1.54.51（平衡量为起始量）

０　　　　　０　　　　　　　４（N2转化率为100%时起始量）

可以看出，为了维持反应开始向逆反应方向进行，c的起始范围是1<

c≤4。

（３）同理，为了维持反应开始向正反应方向进行，b的起始范围是4.5<

b≤6。

【题6】将一定量的SO2和含0.7mol氧气的空气（忽略CO2）放入一定体积的密闭容器中，550℃时，在催化剂作用下发生反应：

2SO2＋O2

2SO3（正反应放热）。

反应达到平衡后，将容器中的混合气体通过过量NaOH溶液，气体体积减少了21.28L；

再将剩余气体通过焦碳没食子酸的碱性溶液吸收O2，气体的体积又减少了5.6L（以上气体体积均为标准状况下的体积）。

（计算结果保留一位小数）请回答下列问题：

（１）判断该反应达到平衡状态的标志是　　　　　　　。

（填字母）

a.SO2和SO3浓度相等　　b.SO2百分含量保持不变　　c.容器中气体的压强不变d.SO3的生成速率与SO2的消耗速率相等　　e.容器中混合气体的密度保持不变

（２）欲提高SO2的转化率，下列措施可行的是　　　　　　　　。

a.向装置中再充入N2　　　　　　b.向装置中再充入O2　　

c.改变反应的催化剂　　　　　　d.升高温度

（３）求该反应达到平衡时SO2的转化率（用百分数表示）。

（４）若将平衡混合气体的５%通入过量的BaCl2溶液，生成沉淀多少克？

【解析】判断该反应达到平衡状态的标志可以从v正＝v逆，或者各组分百分含量不随时间变化而变化，若不是等体积的反应可以从压强或颜色等不再随时间变化而变化均可以判断该反应已经达到平衡。

要提高其中一种反应物的转化率，可以加入另一种反应物，或者根据反应方程式属于吸热还是放热反应来变化温度。

消耗的O2的物质的量：

0.7mol－

生成的SO3的物质的量：

0.45mol

2＝0.9mol

SO2和SO3的物质的量之和：

反应前的SO2的物质的量：

0.95mol

SO2的转化率：

【题7】在３L的某容器中，测得平衡时N2为0.50atm，H2为0.52atm，NH3为2.63atm，若从此容器中取走NH3直至N2在平衡时分压为0.40atm。

试计算在新的平衡条件下NH3和H2的分压。

【解析】首先根据题意计算平衡常数Kp

取走NH3后，平衡向右移动，就消耗一定量H2，这时N2的分压为0.40atm，根据合成氨方程式N2（g）＋3H2（g）

2NH3（g），每消耗1mol的N2，就必须用掉３molH2。

因此H2必须按照物质的量的浓度的减少而成比例地降低它的压力。

N2的压力降低为（0.5－0.4）atm＝0.1atm，所以H2的压力降低为（0.52－0.1

3）atm＝0.22atm。

在平衡时N2的分压为0.40atm，H2为0.22atm，设p（NH3）在平衡时为x，代入Kp表达式中：

解得x＝0.647atm＝p（NH3）。

【题1】在体积可变的密闭容器中，反应mA（g）＋nB（s）

pC（g）达到平衡后，压缩容器的体积，发现A的转化率随之降低。

下列说法中，正确的是（C）

A.（m＋n）必定小于pB.（m＋n）必定大于p　C.m必定小于p　D.m必定大于p

【解析】压缩容器的体积，A的转化率降低，说明压强增大时平衡向逆反应方向移动，逆反应是气体体积（气体系数）缩小的反应，即m<

p。

【题２】有效碰撞是指（CD）

A.反应物分子间的碰撞　　　　　B.反应物活化分子间的碰撞　　

C.能发生化学反应的碰撞　　　　D.反应物活化分子间有合适取向的碰撞

【解析】反应物分子间的碰撞是随时可以发生的，但是只有反应物活化分子之间的碰撞才可能发生化学反应，而能发生化学反应的碰撞就是有效碰撞，这也正是活化分子中有合适取向的碰撞。

【题３】可逆反应2NO2

2NO＋O2在密闭容器中进行，达到平衡状态的标志是（B）

①单位时间内生成nmolO2，同时生成2nmolNO

②单位时间内生成nmolO2，同时生成2nmolNO2

③用NO2、NO、O2的物质的量浓度变化表示的反应速率的比为２：

２：

１的状态

④混合气体的颜色不再改变的状态

⑤混合气体的密度不再改变的状态

⑥混合气体的平均相对分子质量不再改变的状态

A.①③⑤B.②④⑥C.②③④D.③④⑤

【解析】化学平衡状态的本质特征是正、逆反应速率相等。

①中当生成nmolO2时，必然同时生成2nmolNO。

在任何时刻均是这样。

因为两者生成物，且物质的量之比为n（O2）：

n（NO）＝１：

２，所以不是平衡状态的标志；

②中单位时间内生成nmolO2时，由方程式可知必然消耗2nmolNO2，这样单位时间内NO2的消耗量和生成量相等，达到平衡状态；

③中主要是针对正反应或逆反应，在任何时刻都有这个比值关系；

④中，混合气中只有NO2有颜色，呈红棕色，当混合气体的颜色不再改变时，表示NO2的浓度不再改变，表明达到平衡状态；

⑤混合气体的密度等于混合气体的质量除以混合气体的体积。

由于反应物和生成物均是气体，由质量守恒定律得反应前后混合气体的质量保持不变，而密闭容器的体积也是固定不变的，所以混合气体密度保持不变，不能由恒定不变的量来判断反应是否达到平衡状态；

⑥混合气体的平均相对分子质量为总质量除以总气体物质的量，总质量恒定不变，气体物质的量发生变化，当变到不再改变时，表明达到平衡状态。

【题４】在一密闭容器中，反应mA（g）

nC（g）＋nB（g）达平衡后，保持温度不变，将容器容积压缩到原来的一半，当达到新的平衡时，B和C的浓度均是原来的1.8倍，则（A）

A.平衡向逆反应方向移动了　　　　　　　　　B.物质A的转化率增加了

C.物质C的质量分数增加了　　　　　　　　　D.m>

2n

【解析】由于c＝n/V，