化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控（學(xué)生版）人教2019選擇性必修1 高二化學(xué) 精講專練 學(xué)案

第12第12講化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控知識(shí)導(dǎo)航知識(shí)導(dǎo)航知識(shí)精講知識(shí)精講一、合成氨反應(yīng)的原理分析工業(yè)合成氨是人類科學(xué)技術(shù)的一項(xiàng)重大突破，其反應(yīng)如下：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol-1根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)，應(yīng)如何選擇反應(yīng)條件，以增大合成氨的反應(yīng)速率、提高平衡混合物中氨的含量？請(qǐng)?zhí)钊胂卤?。?duì)合成氨反應(yīng)的影響影響因素濃度溫度壓強(qiáng)催化劑增大合成氨的反應(yīng)速率提高平衡混合物中氨的含量二、合成氨反應(yīng)的數(shù)據(jù)分析下表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是在不同溫度、壓強(qiáng)下，平衡混合物中氨的含量的變化情況(初始時(shí)氮?dú)夂蜌錃獾捏w積比是1：3)。思考與交流：合成氨的反應(yīng)，應(yīng)如何選擇反應(yīng)條件，以增大合成氨的反應(yīng)速率、提高平衡混合物中氨的含量？思考與交流：綜合上述兩個(gè)方面，分析增大合成氨的反應(yīng)速率與提高平衡混合物中氨的含量所應(yīng)采取的措施是否一致。在實(shí)際生產(chǎn)中到底選擇哪些適宜的條件呢?三、合成氨反應(yīng)的條件調(diào)控工業(yè)合成氨的適宜條件壓強(qiáng)10～30MPa溫度400～500℃催化劑鐵觸媒濃度N2和H2的物質(zhì)的量之比為1∶2.8的投料比，氨及時(shí)從混合氣中分離出去思考與交流（（1）工業(yè)上合成氨為什么不采用更高壓強(qiáng)？（2）工業(yè)上合成氨為什么不采用更高溫度？四、調(diào)控化學(xué)反應(yīng)需考慮的問題1．反應(yīng)限度：要考慮盡量增大反應(yīng)物的__________，充分利用原料。2．反應(yīng)速率：要選擇較快的____________，提高單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)量。3．生產(chǎn)要求：要考慮設(shè)備的要求和技術(shù)條件。對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練對(duì)點(diǎn)訓(xùn)練題型一：合成氨的條件調(diào)控【例1】在合成氨工業(yè)中，為增加NH3的日產(chǎn)量，下列操作與平衡移動(dòng)無關(guān)的是（）A．不斷將氨分離出來B．使用催化劑C．采用500℃左右的高溫而不是700℃的高溫D．采用2×107～5×107Pa的壓強(qiáng)【變1-2】（雙選）（2020·河北石家莊市·正定中學(xué)高二開學(xué)考試）2018年是合成氨工業(yè)先驅(qū)哈伯(P·Haber)獲得諾貝爾獎(jiǎng)100周年。N2和H2生成NH3的反應(yīng)為：N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH(298K)=-46.2kJ·mol-1。關(guān)于合成氨工藝的下列理解正確的是A．合成氨反應(yīng)在不同溫度下的ΔH和ΔS都小于零B．控制溫度(773K)遠(yuǎn)高于室溫，是為了保證盡可能高的平衡轉(zhuǎn)化率和快的反應(yīng)速率C．當(dāng)溫度、壓強(qiáng)一定時(shí)，在原料氣(N2和H2的比例不變)中添加少量惰性氣體，有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率D．基于NH3有較強(qiáng)的分子間作用力可將其液化，不斷將液氨移去，利于反應(yīng)正向進(jìn)行【例2】合成氨工業(yè)對(duì)化學(xué)工業(yè)和國防工業(yè)具有重要意義。工業(yè)合成氨生產(chǎn)示意圖如圖所示。(1)X的化學(xué)式為________。(2)圖中條件選定的主要原因是________(填字母編號(hào))。A．溫度、壓強(qiáng)對(duì)化學(xué)平衡的影響B(tài)．鐵觸媒在該溫度時(shí)活性大C．工業(yè)生產(chǎn)受動(dòng)力、材料、設(shè)備等條件的限制(3)改變反應(yīng)條件，會(huì)使平衡發(fā)生移動(dòng)。如圖表示隨條件改變，氨氣的百分含量的變化趨勢(shì)。當(dāng)橫坐標(biāo)為壓強(qiáng)時(shí)，變化趨勢(shì)正確的是__________，當(dāng)橫坐標(biāo)為溫度時(shí)，變化趨勢(shì)正確的是________(填字母編號(hào))。題型二：化學(xué)反應(yīng)的條件調(diào)控【例4】下列生活和生產(chǎn)中的做法或事實(shí)，與調(diào)控反應(yīng)速率無關(guān)的是（）A．牛奶放在冰箱中冷藏B．使用加酶洗衣粉洗滌衣物C．汽車的橡膠輪胎中要添加抑制劑D．工業(yè)合成氨時(shí)，及時(shí)將氨氣液化分離【例6】一種新型煤氣化燃燒集成制氫發(fā)生的主要反應(yīng)如下：Ⅰ.Ⅱ.Ⅲ.Ⅳ.副反應(yīng)：Ⅴ.Ⅵ.回答下列問題：（1）已知反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ的平衡常數(shù)、隨溫度的變化如圖1、圖2所示。①由反應(yīng)Ⅴ和反應(yīng)Ⅵ可知，_______；反應(yīng)Ⅰ的_______(填“>”或“<”)0。②溫度小于800℃時(shí)，，原因是_______。③為提高反應(yīng)Ⅱ中的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是_______(寫一條)。④T℃時(shí)，向密閉容器中充入1和3，只發(fā)生反應(yīng)Ⅱ，此時(shí)該反應(yīng)的平衡常數(shù)，的平衡轉(zhuǎn)化率為_______。（2）從環(huán)境保護(hù)角度分析，該制氫工藝中設(shè)計(jì)反應(yīng)Ⅲ的優(yōu)點(diǎn)是_______。（3）起始時(shí)在氣化爐中加入1C、2及1，在2.5下，氣體的組成與溫度的關(guān)系如圖3所示。①200~725℃時(shí)，的量不斷減少的原因是_______。②725~900℃時(shí)，的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)快速減小，其原因是_______。【例7】科學(xué)家在利用碳水化合物消除污染氣體和生成新能源方面取得重大成果。(1)①甲醇是一種綠色可再生能源，在高效健化劑的作用下，CH4可與NO2反應(yīng)，消除NO2的污染，改善霧霾天氣，發(fā)生的反應(yīng)為：CH4(g)+2NO2(g)?CO2(g)+2H2O(g)+N2(g)△H<0。該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件為_______(填高溫、低溫或任何條件)。在恒溫恒容條件下，下列不能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_______(填序號(hào))。a.v逆(NO2)=v正(H2O)b.混合氣體的密度不再變化c.混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再變化d.單位時(shí)間內(nèi)有4molC-H健斷裂的同時(shí)有4molO-H鍵形成e.混合氣體的壓強(qiáng)不變②如表是相同時(shí)間內(nèi)處理NO2的量與溫度的關(guān)系，NO2的處理量先增大后減小的原因是_______。溫度/℃100200300400500NO2的處理量/%39.370.485.675.750.5(2)一定條件下，向2L恒容密閉容器中通入4molCH4、8molNO2發(fā)生上述反應(yīng)。測(cè)得反應(yīng)過程中NO2的體積分?jǐn)?shù)在不同條件X下隨著時(shí)間的變化如圖1中曲線I、曲線II所示：①若X表示溫度，則X1、X2的相對(duì)大小是_______，a、b、c三點(diǎn)對(duì)應(yīng)的混合氣體的平均相對(duì)分子質(zhì)量的大小為_______(用a、b、c表示)②X1條件下，在t1~t3min內(nèi)v(N2)_______(填“>”“<”或“=”)在t2~t3min內(nèi)v(N2)，曲線I對(duì)應(yīng)的反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_______，(用分?jǐn)?shù)表示)(3)欲研究在某催化劑作用下該反應(yīng)的反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系，在其他條件相同時(shí)，改變反應(yīng)溫度，測(cè)得經(jīng)過相同時(shí)間時(shí)該反應(yīng)的正反應(yīng)速率如圖2所示，A、B兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下正反應(yīng)速率變化的原因可能是_______。A、B兩點(diǎn)對(duì)應(yīng)溫度下該反應(yīng)的活化能Ea(A)_______Ea(B)(填“>”或“<”)。【例8】二甲醚(DME)正逐漸替代化石燃料。有多種方法制備二甲醚，回答下列問題。(1)合成氣制二甲醚：4H2(g)＋2CO(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH＝-204.7kJ·mol-1①已知：H2O(g)＝H2O(l)ΔH＝-44.0kJ·mol-1，H2(g)的燃燒熱ΔH＝-285.8kJ·mol-1，CO(g)的燃燒熱ΔH＝-283.0kJ·mol-1。則二甲醚的燃燒熱ΔH＝________kJ·mol-1。②300℃，1L恒容密閉容器中充入4molH2和2molCO，測(cè)得容器內(nèi)壓強(qiáng)變化如下：反應(yīng)時(shí)間/min0510152025壓強(qiáng)/MPa12.410.28.47.06.26.2反應(yīng)進(jìn)行到20min時(shí)，H2的轉(zhuǎn)化率為________，CO的平均反應(yīng)速率v(CO)＝________mol·L-1·min-1。該溫度下的平衡常數(shù)K＝________(mol·L)-4。(2)CO2催化加氫制二甲醚，可以實(shí)現(xiàn)CO2的再利用。該過程主要發(fā)生如下反應(yīng)：Ⅰ．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH＝＋41.7kJ·mol-1Ⅱ．2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)ΔH＝-122.5kJ·mol-1恒壓條件下，CO2、H2起始量相等時(shí)，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和CH3OCH3的選擇性隨溫度變化如圖。已知：CH3OCH3的選擇性①300℃時(shí)，通入CO2、H2各1mol，平衡時(shí)CH3OCH3的選擇性、CO2的平衡轉(zhuǎn)化率都為30％，平衡時(shí)生成CH3OCH3的物質(zhì)的量＝________mol。溫度高于300℃，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升的原因是________。②220℃時(shí)，CO2和H2反應(yīng)一段時(shí)間后，測(cè)得A點(diǎn)CH3OCH3的選擇性為48％，不改變反應(yīng)時(shí)間和溫度，一定能提高CH3OCH3的選擇性的措施有________。提分特訓(xùn)提分特訓(xùn)【題1】下列生產(chǎn)、生活等實(shí)際應(yīng)用，不能用勒夏特列原理解釋的是A．合成氨工業(yè)中，溫度越高越有利于氨的合成B．合成氨工業(yè)通常采用20MPa～50MPa壓強(qiáng)，以提高原料的利用率C．合成三氧化硫過程中使用過量的氧氣，以提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率D．實(shí)驗(yàn)室中用排飽和食鹽水的方法收集氯氣【題2】下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說法中正確的是A．鐵作催化劑可加快反應(yīng)速率，且有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動(dòng)B．升高溫度可以加快反應(yīng)速率，且有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動(dòng)C．增大壓強(qiáng)能縮短到達(dá)平衡狀態(tài)所用的時(shí)間D．合成氨采用的壓強(qiáng)是1×107~3×107Pa，因?yàn)樵搲簭?qiáng)下鐵觸媒的活性最高【題3】熱催化合成氨面臨的兩難問題是：釆用高溫增大反應(yīng)速率的同時(shí)會(huì)因平衡限制導(dǎo)致NH3產(chǎn)率降低。我國科研人員研制了Ti-H-Fe雙溫區(qū)催化劑(Ti-H區(qū)域和Fe區(qū)域的溫度差可超過100℃)。Ti-H-Fe雙溫區(qū)催化合成氨的反應(yīng)歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面上的物種用*標(biāo)注。下列說法正確的是A．①為氮氮三鍵的斷裂過程B．①②③在低溫區(qū)發(fā)生C．④為N原子由Fe區(qū)域向Ti-H區(qū)域的傳遞過程D．使用Ti-H-Fe雙溫區(qū)催化劑使合成氨反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槲鼰岱磻?yīng)【題4】工業(yè)合成氨是人工固氮的一種重要方式，氨的合成實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)迄今已有100多年歷史，合成氨技術(shù)是人類科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的重要突破。請(qǐng)回答：(1)下列有關(guān)獲取原料氣的說法正確的是___________。A．可通過液化空氣分離法得到氮?dú)釨．可用煤、天然氣與水蒸氣反應(yīng)制備水煤氣，進(jìn)而獲取氫氣C．原料氣需經(jīng)凈化處理以防催化劑中毒D．電解水法獲取氫氣是一種較為廉價(jià)且高效的方法(2)原料氣中的雜質(zhì)氣體H2S可用過量氨水凈化吸收，寫出化學(xué)反應(yīng)方程式___________。(3)工業(yè)生產(chǎn)中氮?dú)馀c氫氣按物質(zhì)的量之比為1：2.8進(jìn)行投料，合成塔壓強(qiáng)p恒定。若起始時(shí)氮?dú)馔ㄈ肓繛閤mol，一段時(shí)間后測(cè)得氮?dú)獾钠胶廪D(zhuǎn)化率為80%，用平衡分壓代替平衡濃度表示平衡常數(shù)的KP=___________(用p表示，氣體分壓=總壓ⅹ物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))(4)據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年全世界在合成氨工業(yè)中向外排放CO2高達(dá)40億噸，為循環(huán)使用CO2減少浪費(fèi)，常見的方法是利用合成氨的產(chǎn)品NH3和副產(chǎn)品CO2合成尿素：①2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(l)Ea1②NH2COONH4(l)CO(NH2)2(l)+H2O(l)Ea2副反應(yīng)：NH2COONH4+H2O=(NH4)2CO3已知活化能大小：Ea1＜＜Ea2某科研小組模擬工業(yè)合成尿素生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度在140℃時(shí)生成尿素的反應(yīng)速率反而比80℃小，可能原因是___________。(5)工業(yè)合成尿素中，通常氨碳投料比大于2，請(qǐng)分析可能原因___________。A．氨易獲得，成本較低B．氨過剩可提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率，加快合成速率C．氨氣可與體系內(nèi)水結(jié)合，減少氨基甲酸銨水解，抑制副反應(yīng)發(fā)生D．氨結(jié)合水，促進(jìn)反應(yīng)②正向移動(dòng)【題5】煙氣中SO2和NO的轉(zhuǎn)化和綜合利用既有利于節(jié)約資源，又有利于保護(hù)環(huán)境。（1）采用NaClO2溶液作為吸收劑可同時(shí)對(duì)煙氣進(jìn)行脫硫、脫硝，在一定濃度的NaClO2溶液中通入含有SO2和NO的煙氣，反應(yīng)溫度為323K。已知：4H++ClO=4ClO2+Cl-+2H2O；ClO2氧化性大于NaClO2。①寫出NaClO2溶液將NO氧化為NO的離子方程式：___________。②已知脫硫反應(yīng)速率大于脫硝反應(yīng)速率，原因是除了SO2和NO在煙氣中的初始濃度不同，還可能是___________。③當(dāng)調(diào)節(jié)溶液初始pH由7升至12時(shí)，通入煙氣后，NO轉(zhuǎn)化率由100%降為51%，可能的原因是___________。（2）有氧條件下，NO在催化劑作用下可被NH3還原為N2。在釩基催化劑(V2O5)作用下的脫硝反應(yīng)機(jī)理如圖1所示。①根據(jù)圖1機(jī)理，NO、NH3在有氧條件下的總化學(xué)方程式是___________。②按上述圖1中NH3、NO和O2的比例進(jìn)行催化脫硝反應(yīng)。相同反應(yīng)時(shí)間，NH3和NO的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖2所示，200℃后，NO轉(zhuǎn)化率急劇下降的原因是___________。（3）羥基自由基(HO·)也可以用于脫硫脫硝。圖3表示光催化氧化技術(shù)可生成HO·：光照時(shí)，價(jià)帶失去電子產(chǎn)生有強(qiáng)氧化性的空穴，價(jià)帶上生成HO·；描述產(chǎn)生HO·的另一種過程：___________。提分作業(yè)提分作業(yè)【練1】不符合工業(yè)合成氨生產(chǎn)實(shí)際的是A．鐵觸媒作催化劑 B．N2、H2循環(huán)使用C．NH3液化分離 D．反應(yīng)在常壓下進(jìn)行【練2】在一定條件下，對(duì)于密閉容器中的反應(yīng)：N2＋3H22NH3，下列說法正確的是()A．當(dāng)?shù)獨(dú)夂蜌錃馔读媳?物質(zhì)的量之比)為1∶3時(shí)，達(dá)到平衡時(shí)氨的體積分?jǐn)?shù)最大B．增加鐵觸媒的接觸面積，不可能提高合成氨工廠的年產(chǎn)量C．達(dá)到平衡時(shí)，氫氣和氨氣的濃度比一定為3∶2D．分別用氮?dú)夂蜌錃鈦肀硎驹摲磻?yīng)的轉(zhuǎn)化率時(shí)，數(shù)值大小一定相同【練3】已知：=-60kJ·mol-1合成總反應(yīng)在起始物時(shí)，在不同條件下達(dá)到平衡，設(shè)體系中甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為，在t=250℃下的、在下的如圖所示。（1）加壓有利于提高甲醇的產(chǎn)率，但實(shí)際生產(chǎn)中壓強(qiáng)控制為30MPa而不是更大的原因___________；（2）圖中對(duì)應(yīng)恒溫條件下反應(yīng)過程的曲線是___________，判斷的理由是___________；（3）當(dāng)=0.03時(shí)，的平衡轉(zhuǎn)化率=___________(保留一位小數(shù))，由恒壓條件下的曲線判斷此時(shí)的反應(yīng)溫度可能是___________℃?！揪?】在氮及其化合物的化工生產(chǎn)中，對(duì)有關(guān)反應(yīng)的反應(yīng)原理進(jìn)行研究有著重要意義。(1)t℃時(shí)，關(guān)于N2、NH3的兩個(gè)反應(yīng)的信息如下表所示：化學(xué)反應(yīng)正反應(yīng)活化能逆反應(yīng)活化能t℃時(shí)平衡常數(shù)N2(g)+O2(g)=2NO(g)?H＞0akJ?mol-1bJ?mol-1K14NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)?H＜0eJ?mol-1dJ?mol-1K2請(qǐng)寫出t℃時(shí)NH3被NO氧化生成無毒氣體的熱化學(xué)方程式_______(反應(yīng)熱用a、b、e、d代數(shù)式表示)。t℃該反應(yīng)的平衡常數(shù)為_______(用K1和K2表示)。請(qǐng)解釋該反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行_______。(2)一定溫度下，將2molN2和6molH2置于1L的恒容密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H＜0。測(cè)得不同條件、不同時(shí)間段內(nèi)合成氨反應(yīng)中N2的轉(zhuǎn)化率，數(shù)據(jù)如下：1小時(shí)2小時(shí)3小時(shí)4小時(shí)T130%50%80%80%T235%60%ab①上表中T1_______T2(“＞”“＜”或“=”表示)，其中a、b、80%三者的大小關(guān)系是_______(用含“＞”“＜”或“=”的關(guān)系式表示)。②研究表明，合成氨的速率與相關(guān)物質(zhì)的濃度關(guān)系為v=，k為速率常數(shù)