選擇性化學講義2.4化學反應的調控

2.4化學反應的調控思維導圖思維導圖常見考點常見考點考點一工業(yè)上合成氨【例1-1】下列有關合成氨工業(yè)的說法中正確的是A．鐵觸媒作催化劑可加快反應速率，且有利于化學平衡向合成氨的方向移動B．升高溫度可以加快反應速率，且有利于化學平衡向合成氨的方向移動C．增大壓強能縮短達到平衡狀態(tài)所用的時間D．合成氨采用的壓強是10~30MPa，因為該壓強下鐵觸媒的活性最高【答案】C【解析】A．催化劑可以改變反應速率，但不能使平衡移動，A錯誤；B．升高溫度可以加快反應速率，但合成氨反應是放熱反應，因此升高溫度不利于化學平衡向合成氨的方向移動，B錯誤；C．增大壓強可以加快反應速率，縮短達到平衡所用的時間，C正確；D．催化劑的活性主要取決于溫度的高低，而非壓強的大小，D錯誤；綜上，本題選C。【例1-2】工業(yè)合成氨是重要的人工固氮途徑，它為農作物的生長提供了必需的氮元素，更為炸藥、農藥、染料等的生產(chǎn)提供了原料。工業(yè)合成氨的化學方程式為。恒溫下，將與的混合氣體通入一個固定容積的密閉容器中，模擬工業(yè)合成氨?；卮鹣铝袉栴}：(1)工業(yè)合成氨的正、逆反應速率可用各反應物或生成物濃度的變化來表示。下列各關系中能說明反應已達到平衡狀態(tài)的是_______(填標號)。A． B．C． D．(2)若反應進行到某時刻t時，，，經(jīng)過計算_______。(3)反應達平衡時，混合氣體的體積為716.8L(標準狀況下)，其中的含量(體積分數(shù))為25%，平衡時的物質的量為_______。(4)原混合氣體中，_______?！敬鸢浮?1)C(2)16(3)8(4)【解析】（1）在用反應速率表示平衡狀態(tài)時，必須符合“一正一逆，且等于系數(shù)之比”，A．均表示正反應速率，不能說明正逆反應速率相等，故A錯誤；B．反應已達到平衡狀態(tài)時，，故B錯誤；C．反應已達到平衡狀態(tài)時，，故C正確；D．反應已達到平衡狀態(tài)時，，故D錯誤；故選C。（2）若反應進行到某時刻t時，，則，又此時，則a=(13+3)mol=16mol。（3）反應達平衡時，混合氣體的體積為716.8L(標準狀況下)，物質的量為，其中的含量(體積分數(shù))為25%，平衡時的物質的量為32mol×25%=8mol。（4）根據(jù)以上信息可列三段式，則可得a-4+b-12+8=32，解得a+b=40mol，由第2問知，a=16mol，故b=24mol，則原混合氣體中，?！疽挥缛础?．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無關的是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【答案】B【解析】A．把氨分離出來是減小生成物濃度，有利于平衡右移，選項A不符合；B．使用催化劑僅是為增大反應速率，與平衡無關，選項B符合；C．合成氨反應是放熱反應，較低溫度利于反應向右進行，與平衡移動有關，選項C不符合；D．該反應是氣體物質的量減小的反應，盡可能采取高壓利于正反應，與平衡移動有關，選項D不符合；答案選B。2．硫酸、硝酸工業(yè)和合成氨是重要的化學工業(yè)，如圖是利用黃鐵礦生產(chǎn)硫酸的工藝流程圖。下列關于工業(yè)生產(chǎn)的說法錯誤的是A．工業(yè)上制硝酸，各步轉化均為氧化還原反應B．工業(yè)制硫酸時，和的循環(huán)使用，可提高原料利用率C．工業(yè)制硫酸時，加入水吸收時發(fā)生反應為D．合成氨時，壓強越大，產(chǎn)率越高，但實際生產(chǎn)中考慮到設備因素，通常采用10MPa~30MPa【答案】C【解析】A．工業(yè)制硝酸的反應有：4NH3+5O24NO+6H2O、2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO，各步均有N元素化合價的變化，屬于氧化還原反應，A正確；B．工業(yè)制硫酸時，反應2SO2+O22SO3是可逆反應，SO2和O2可以循環(huán)使用，B正確；C．工業(yè)制硫酸時，為防止形成酸霧，應用98.3%的濃硫酸吸收SO3，C錯誤；D．合成氨時，壓強越大，平衡正向移動，產(chǎn)率越高，但增大壓強會增大設備的成本，因此通常采用10MPa~30MPa，D正確；故選C。3．氮及其化合物在工農業(yè)生產(chǎn)、生活中有著重要作用。合成氨工業(yè)中：N2+3H2?2NH3

ΔH<0，其化學平衡常數(shù)K與溫度t的關系如表：t/℃200300400KK1K20.5完成下列填空：(1)試比較K1、K2的大小，K1_______K2(填寫“>”、“=”或“<”)(2)400℃時，反應2NH3?N2+3H2的化學平衡常數(shù)的值為_______。當測得NH3和N2、H2的物質的量濃度分別為3mol/L和2mol/L、1mol/L時，則該反應v(N2)(正)_______v(N2)(逆)(填寫“>”、“=”或“<”)(3)在密閉恒容的容器中，下列能作為合成氨反應達到平衡的依據(jù)的是_______。a.v(N2)(正)=3v(H2)(逆)b.混合氣體的密度保持不變c.容器內壓強保持不變d.N2、H2、NH3的濃度之比為1：3：2(4)甲醇是一種可再生能源，具有廣泛的開發(fā)和應用前景。工業(yè)上一般采用下列兩種反應合成甲醇。反應：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)。寫出該反應的化學平衡常數(shù)表達式：K=_______；保持恒溫恒容，將反應的平衡體系中各物質濃度均增大為原來的2倍，則化學平衡_______(填“正向”逆向”或“不”)移動，平衡常數(shù)K_______(填“變大”變小”或“不變”)?！敬鸢浮?1)>(2)

2

>(3)c(4)

正向

不變【解析】（1）N2+3H2?2NH3

ΔH<0，正反應為放熱反應，所以升高溫度，平衡逆向移動，平衡常數(shù)K減小，故K1＞K2；（2）2NH3?N2+3H2是N2+3H2?2NH3的逆反應，故400℃時,；當NH3和N2、H2的物質的量濃度分別為3mol/L和2mol/L、1mol/L時，＜2=K，所以反應正向進行，即v(N2)(正)＞v(N2)(逆)；（3）N2+3H2?2NH3

ΔH<0，反應是氣體體積減小的放熱反應，則a．不同物質的正逆反應速率之比等干其計量數(shù)之比是平衡狀態(tài)，3v(N2)(正)=v(H2)(逆)是平衡狀態(tài)，v(N2)(正)=3v(H2)(逆)不是平衡狀態(tài)，故a錯誤；b．如果是在密閉容器中反應，質量不變，體積不變，密度始終不變，故b錯誤;c．容器內壓強不變，氣體的物質的量不變，該反應達平衡狀態(tài)，故c正確；d．容器內各物質的濃度之比等干計量數(shù)之比，不能證明正逆反應速率相等，故d錯誤;故答案選c；（4）CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)的化學平衡常數(shù)表達式：K=；保持恒溫恒容，將反應的平衡體系中各物質濃度均增大為原來的2倍，相對于增大壓強平衡向氣體體積減小的方向移動即正向移動；平衡常數(shù)僅與溫度有關，所以平衡常數(shù)K不變?？键c二化學反應的調控【例2-1】氫氣是一種清潔能源，水煤氣變換反應的制氫原理為：。某研究所探究CuO/的系列催化劑(包括C/Z-120、C/Z-250、C/Z-350、C/Z-450)在水煤氣變換反應中的催化活性。常壓下，原料氣在不同溫度下相同時間內CO的轉化率如圖：工業(yè)生產(chǎn)中應選擇的最佳反應條件為_______?！敬鸢浮緾/Z-250，240℃【解析】由圖示可知，催化劑C/Z-250的催化效果最好，反應溫度為240℃時一氧化碳的轉化率最大，再升高溫度，一氧化碳的轉化率基本不變，因此工業(yè)生產(chǎn)中應選擇的最佳反應條件是C/Z-250作催化劑，反應溫度為240℃?！纠?-2】合成氨的反應為N2＋3H22NH3＋Q(Q＞0)。下表是某次反應時NH3的濃度變化：時間(min)05101520c(NH3)(mol/L)00.300.440.500.50完成下列填空：(1)由表中數(shù)據(jù)計算0～10min時，用H2表示的平均反應速率為___________。(2)若要提高H2利用率，可采取的措施有___________、___________。(3)若在氨水中逐滴滴加鹽酸，則溶液的pH將___________(填“增大”、“減小”或“不變”)。(4)工業(yè)合成氨的條件是鐵觸媒、___________、___________，請用文字簡述選擇這些條件的原因___________。【答案】(1)0.066mol·L-1·min-1(2)

增大N2投入量

分離出NH3(3)減小(4)

高溫

高壓

鐵觸媒作為催化劑可增大反應速率，高溫能使催化劑的活性達到佳，高壓使平衡朝正向移動增大產(chǎn)率【解析】同一反應用不同物質表示的速率之比等于化學計量數(shù)之比。(1)由表中數(shù)據(jù)可知0～10min時，c(NH3)增加了0.44mol/L，則v(NH3)==0.044mol·L-1·min-1，據(jù)分析，3v(NH3)=2v(H2)，用H2表示的平均反應速率v(H2)=×0.044mol·L-1·min-1=0.066mol·L-1·min-1；(2)根據(jù)平衡移動原理，若要提高H2利用率，則應使平衡正向移動，可采取的措施有增大N2投入量、分離出NH3、降低體系溫度等；(3)若在氨水中逐滴滴加鹽酸，則溶液酸性逐漸增強，pH將減小；(4)工業(yè)合成氨的條件是鐵觸媒、高溫(400℃)、高壓，鐵觸媒作為催化劑可增大反應速率，高溫能使催化劑的活性達到最佳，高壓使平衡朝正向移動增大產(chǎn)率?！疽挥缛础?．對于可逆反應2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)(放熱反應)，下列說法中正確的是A．達到平衡時，反應物和生成物的濃度一定相等B．在工業(yè)上，該反應的條件是：高溫、高壓、催化劑C．加入催化劑，可以提高SO2的轉化率D．工業(yè)生產(chǎn)條件的選擇，要綜合考慮反應速率、化學平衡和實際情況【答案】D【解析】A．達到平衡時反應物和生成物濃度保持不變，但反應物和生成物的濃度不一定相等，A錯誤；B．正反應是放熱的可逆反應，且在常壓下轉化率已經(jīng)很高，因此在工業(yè)上，該反應的條件是：適當溫度、常壓、催化劑，B錯誤；C．加入催化劑，可以改變反應速率，不能改變平衡狀態(tài)，因此不能提高SO2的轉化率，C錯誤；D．根據(jù)反應速率和平衡可判斷工業(yè)生產(chǎn)條件的選擇，一般要綜合考慮反應速率、化學平衡和實際情況等，D正確；答案選D。2．（2022·云南·丘北縣第一中學校高二開學考試）有平衡體系：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)(正反應為放熱反應)，為了增加甲醇的產(chǎn)量，提高生產(chǎn)效益，應采取的正確措施是A．高溫、高壓 B．適宜的溫度、高壓、催化劑C．低溫、低壓 D．高溫、高壓、催化劑【答案】B【解析】由CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH<0知，該反應為放熱、氣體體積縮小的可逆反應；高溫會使平衡逆向移動，不利于提高甲醇的產(chǎn)量，但溫度太低，反應速率太慢，也不利用提高單位時間內的產(chǎn)量，且催化劑的活性需要在適當溫度下達到最大值，所以溫度應適當；高壓既能使平衡正向移動，從而提高甲醇的產(chǎn)量，也可以加快反應速率；催化劑不能改變生成物的產(chǎn)量，但可提高反應速率；綜上所述，合理的條件為適宜的溫度、高壓、催化劑，故選B。3．硫化鈷銅礦主要成分有CoS、CuS、CuFeS2、FeS2，還含有少量Mg、Ca等元素。一種熱活化硫酸浸出工藝實現(xiàn)了鈷和銅的高效回收利用，并較好解決了焙燒過程中二氧化硫的溢出問題。工藝流程如圖所示：回答下列問題：“酸浸"過程中Co和Cu的浸出率受焙燒溫度和時間的影響如下圖所示。由圖可知，“焙燒"過程中的最佳實驗條件為_______?！敬鸢浮?00℃；20h【解析】由焙燒溫度圖像可知，焙燒溫度為500℃時，浸出率很大，再升高溫度浸出率變化不大，由焙燒時間圖像可知，焙燒時間為2.0h時，浸出率很大，再延長時間浸出率變化不大，因此“焙燒”的最佳實驗條件為：500℃、20h。4．