上海高中化学第一轮复习 第09讲 化学平衡的应用与计算.docx

1、上海高中化学第一轮复习 第09讲 化学平衡的应用与计算2020年上海高中化学第一轮复习 第09讲 化学平衡的应用与计算教学目标1、掌握硫酸工业和合成氨工业的实验流程和注意事项2、学会运用化学平衡的知识进行综合计算分析计算知识梳理一、工业制硫酸五个三：三种原料、三个反应、三个主要设备、适宜生产条件的三个问题、三个生产过程1三原料（硫铁矿或硫磺、空气、98.3%的浓H2SO4） 2三反应二氧化硫的制取和净化：设备名称：_方程式：_二氧化硫氧化成三氧化硫：设备名称：_方程式：_三氧化硫的吸收和硫酸的生成：设备名称：_方程式：_ 3三设备装置图 沸腾炉（为使硫铁矿充分和迅速地燃烧，把硫铁矿粉碎成细小的

2、矿粒后，放在特制的炉子 里燃烧。当燃烧的时候，从炉底通入强大的空气流，把矿粒吹得在炉内一定空间里剧烈沸腾， 好像“沸腾的液体”一样，因此，此种炉子称沸腾炉）；接触室（把生成的SO2和O2混合气体加热到一定温度400500，通入装有催化剂的接 触室，因为催化剂又称触媒，所以该设备称接触室）；吸收塔（通过接触室出来的SO3直接送入吸收塔，以便形成硫酸。SO3和H2O直接化合制 得硫酸，但在吸收塔里不是直接用水来吸收SO3，因为用水作吸收剂时，容易形成酸雾并放出 大量的热，吸收速度慢，不利于吸收SO3。在吸收塔中，是用98.3%的浓硫酸来吸收SO3的）。4适宜生产条件的三个问题（速率，转化率） 催化

3、剂：为了加快反应速率，工业上常选_用作SO2氧化的催化剂。 温度：从反应速率要求看，反应温度必须较高，从化学平衡要求看，反应温度必须较低， 结合催化剂的活性温度考虑，选择400500作为SO2氧化的温度。 压强：从反应速率要求看，理想压强应该较高，从化学平衡要求看，理想压强也应较高， 所以SO2氧化可以在压强很高的条件下进行。但常压下SO2的转化率已经较高，加压增大投资 和能量消耗，因此SO2的氧化选择在_下进行。5三净化 炉气净化主要除去砷、硒等化合物和矿尘，以防止_；即除尘和洗涤。 炉气干燥主要除去水蒸气，防止对设备的不良影响。【答案】沸腾炉 4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2接触

4、室 2SO2+O22SO3 吸收塔 SO3+H2OH2SO4V2O5 常压 催化剂中毒6三注意： 【思考】铁矿在反应以前为什么要粉碎？沸腾炉的目的？ 【答案】粉碎，增大接触面积；沸腾炉，顾名思义，像使硫铁矿沸腾一样，也是增大接触面积。 通入强大的空气流来实现。 【思考】如何使生产又快又多？从温度、压强、催化剂和反应物浓度上考虑。 【答案】前三者已叙述，反应物浓度上，采用增加空气量，从而增大廉价反应物浓度，提高贵 重反应物的转化率。 【思考】在吸收塔中用的什么原料？为什么？ 【答案】98.3%的浓硫酸吸收SO3，这样能防止大量放热，形成酸雾。7能源节省 采用热交换器：接触室中是放热反应，高温不利

5、于SO3的吸收，高温也是不利于平衡正向移动，而SO2和O2在反应以前是要加热的，即预热处理，采用热交换器，能充分利用能源，并使反应更顺利进行。【答案】氨水 2NH3H2O + SO2(NH4)2SO3+H2O 石灰乳三阶段SO2制取和净化SO2转化为SO3吸收SO3生成H2SO4三方程4FeS2 +11O22Fe2O3+8SO22SO2 + O2 2SO3SO2 + H2O = H2SO4实际是用浓H2SO4吸收三设备沸腾炉接触室吸收塔相关原理平衡移动原理：粉碎矿石，目的是扩大接触面。鼓入足量空气，目的是使硫矿反应充分。热交换原理和逆流原理：目的是减少原料的损耗逆流原理：目的是使吸收作用更完全

6、说明炉气三净化： 矿尘(除尘) 砷、硒化合物(洗涤) 水蒸气(干燥)净化的目的是除去杂质气体。接触室内的压强为常压，原因是常压时转化率已经较高，而高压对装置要求高成本大。用98.3%的浓硫酸_吸收SO3，目的是在吸收过程中不形成酸雾，吸收速度快且吸收充分。余气可以循环利用。尾气不能直接排入大气中，避免环境污染。尾气处理氨吸收法：2NH3 + H2O + SO2 (NH4)2SO3 NH3 + H2O + SO2 NH4HSO3二、工业合成氨1原料：N2来源于空气氢气来源于水煤气 2合成氨条件的选择工业上用N2和H2合成氨：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)+Q（1）适宜的压强：为何强调适宜

7、？压强越大、有利于NH3的合成，但太大，所需动力大，材 料强度高，设备制造要求高，成本提高，选择2107-5107Pa压强。（2）适宜的温度：温度越低越有利于NH3的合成，为何还要选择5000C高温？因为温度越低， 反应速率越小，达平衡时间长，单位时间产量低，另外5000C时，催化剂活性最大。（3）使用催化剂 （4）及时分离出NH3，并不断补充N2和H2（N2要过量，提高成本较高的H2转化率）。 3工业合成氨适宜条件的选择 在实际生产中，需要考虑反应速率、化学平衡、原料选择、产量和设备等多方面情况，以 确定最佳的生产条件。 4设备：合成塔 氨的分离：通过冷凝器将氨液化，然后分离，分离得到的氨的

8、混合气体循环利用 【思考】工业上合成氨的反应方程式为_；此反应的催化剂是_， 反应的温度为500的原因是_、_。反应的压强为 1.5107Pa的原因是_、_。 【答案】略；铁触媒；加快反应速率；提高催化剂能力；加快反应速率；平衡向正反应进行三、化学平衡的计算解化学平衡计算题的一般方法 mA(g) + nB(g) pC(g) + qD(g) 起始量 a b c d 变化量 mx nx px qx 平衡量 a-mx b-nx c+px d+qx 三个关系：对于同一反应物，起始量变化量 = 平衡量 对于同一生成物，起始量+变化量 = 平衡量 变化量之比等于各物质的计量数之比这里a、b等可指：物质的量

9、、浓度、体积等。A的转化率：(A)=（mx/a）100典型例题知识点1：硫酸工业【例1】以下是接触法制硫酸的简单流程图：（1）写出设备1至4的名称：设备1_设备2_设备3_设备4_（2）设备1中发生反应的化学方程式是：_（3）设备1中的气体需要净化后才能进入设备2，主要原因是防止_（4）尾气中含有污染环境的气体，不能直接排放。工业上常用氨水吸收，再用硫酸处理，涉及的化学方程式是：_；_ 【难度】 【答案】（1）沸腾炉，接触室，吸收塔，热交换器 （2）略（3）催化剂中毒（4）略变式1：硫酸被人们誉为“化学工业之母”，在国民生产中发挥着重要作用，硫酸的产量是衡量一个国家化学工业水平的标志。工业上生

10、产硫酸包括三步：（1）第一步，在沸腾炉中煅烧黄铁矿，反应如下：4FeS2+11O28SO2+2Fe2O3，该反应的氧化产物是_，当生成8 mol SO2时转移电子的物质的量为_。（2）第二步，在接触室中发生如下反应：2SO2+O22SO3。某科技小组的同学在一个恒温恒容的容器中模拟该反应，他们分两次进行实验，第一次向容器中加入2 mol SO2、1 mol O2，反应达平衡后测得SO2的转化率为1，第二次向容器中加入3 mol SO2、1.5 mol O2, 反应达平衡后测得SO2的转化率为2，则1_2（填“大于”、“等于”或“小于”）。（3）第三步，在吸收塔中将SO3转化成硫酸。硫酸是化学实

11、验中的常用试剂：浓硫酸可以与多种物质发生化学反应，试写出浓硫酸与铜发生反应的化学方程式_。【难度】【答案】(1)Fe2O3、SO2 44mol (2) 小于 (3)Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+ SO2+2H2O 变式2：请根据工业制硫酸的有关知识回答下列问题：（1）黄铁矿在沸腾炉中反应的化学方程式为_；（2）在硫酸工业生产中，为了有利于SO2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室（见右图）。按此密闭体系中气体的流向，则在R处流出的气体中除N2外的主要组成为_（填序号）； ASO2 BSO2、SO3 CSO2、O2 DSO2、O2、SO3【难度】 【答案】（1）4FeS2

12、+11O22Fe2O3+8SO2 （2）C 【方法提炼】此处的内容以记忆为主：硫酸工业的三个设备、三个反应方程式、接触室中采用的条件及相关原理、吸收剂的选择、热交换器的原理、废液废气如何处理等。知识点2：合成氨工业【例1】实验室合成氨的装置如下图所示。试回答：装置甲的作用：_，_，_；从乙处导出的气体是_；检验产物的最简单的化学方法是_。【难度】【答案】干燥气体；使两种气体充分混合；观察气泡以调节H2、N2气流的通入速率。NH3、N2和H2的混合气用蘸有浓盐酸的玻璃棒靠近导管口，有白烟说明有NH3生成(其他合理答案也可)【方法提炼】此处的内容以记忆为主：合成氨的原理、条件的选择、原料的来源、如何提高氨气的产率等。知识点3：化学平衡的计算【例1】恒温下，将amolN2与bmolH2的混合气体通入一个固定容积的密闭容器中，发生如下反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)（1）若反应进行到某时刻t时，nt（N2）=13mol，nt（NH3）=6mol，计算a的值。（2）反应达平衡时，混合气