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.docx

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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

考点十七反应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。

Ⅱ.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。

Ⅲ.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：

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

5×105Pa

10×105Pa

50×105Pa

100×105Pa

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。

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”参考答案

一、选择题

1.A2.C3.C4.B5.B

二、选择题6.CD7.B8.C9.D10.AD11.B12.BD13.C14.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↑；

点燃

B中：

2H2+O2===2H2O；

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。

光照

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：

2Cl2+2H2O==4HCl+O2↑

（3）Ⅱ＞Ⅲ＞Ⅰ

（4）①氯水的次氯酸对酚酞漂白；②氢氧化钠和氯水反应，溶液不再呈碱性，故酚酞褪色。

向已褪色的溶液中滴加氢氧化钠溶液，如溶液呈红色，则是②的原因，否则是①的原因。

四、填空题

17.

（1）A、C段为增函数，原因是开始充入的物质是N2和H2，未达到化学平衡，故φ（NH3）不断增大。

C点达到平衡后，随着温度升高平衡向逆反应方向移动，φ（NH3）的含量减少，故CE段为减函数。

（2）放热；由于合成氨的反应是放热反应，根据化学平衡移动原理，较低温度下有利于氨的生成，但温度过低，反应速率很小，单位时间的产量低，这在工业生产上是很不经济的，而且500℃时此反应的催化剂的活性最大。

（3）流程图中已给出反应物是H2S和Fe（OH）3，生成物是Fe2S3和H2O，CH4未参加反应，故其反应方程式为：

3H2S+2Fe（OH）3==Fe2S3+6H2O

（4）由反应方程式：

CH4+H2O→CO+3H2知，产生氢气的量应为

3×0.9nmol==2.7nmol。

（5）合成氨是可逆反应，N2和H2的转化率低，必须循环使用，循环图如下：

18.

（1）450℃

（2）1×105Pa

19.

（1）高温、高压、催化剂；合成氨：

高温、高压、催化剂；合成三氧化硫：

高温、常压、催化剂。

（2）减少生成物浓度，使平衡向生成氨的方向移动；该反应向生成三氧化硫方向进行的程度很大，达平衡后SO2的含量很少，且制得的三氧化硫在生产硫酸时，是用98.3%吸收三氧化硫，SO2不被吸收，故不需要分离出三氧化硫。

20.25%。