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1、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。ni教材精讲1. 合成氨的反应原理：N2 （g） +3H2 （g） 2NH3 （g） 298K 时，H=92.2kJmoli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
2、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：2x1075x107Pa；适宜的温度：500C 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：氮气、氢气的循环使用旧.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）2Ac +CO+NH3Cu（NH3）2AcCO，其 HV0（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）
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747C、1.01x105Pa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 =0.293x29=8.
4、5又N2 28、6.5 /、=1/3 （物质的量之比）H2 219.5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1mol 3mol0平衡量(1 x/2)mol (3 3/2x)mol xmoln(平)=(1 x/2)mol + (3 3/2x)mol + xmol= (4 x) mol由 PV=m/M-RT 得：M=mRT/PV=0.12gL1x0.082atm L/moLkx1020k1atm=10g/mol据质量守恒得：(1molx28g/mol +3molx2g/mol)H 4x) mol
5、=10g/mol解得：x=0.6.N2 的转化率=(0.6mol/21mol) x100%=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!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.H22. 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hv0。欲提高CO的转化率可采用的方法是降低温度增大压强使用催化剂增大CO的浓度增大水蒸气的浓度 A.B.C.D.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、N
6、H3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，贝UA. 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1mol NH3的密闭容器
7、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2mol NH3,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 yB.xVyC.xyD.xy二选择题(下列各题可能有J2个合理答案)6. 已知ImolA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=3 m=3B.n=2 m=3 C.n=1 m=1D.n=3 m=27.在一定条件下，向密闭容器中充入30molCO和20m
8、ol水蒸气，反应CO (g) +H；O (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，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
9、有 x(g)+y(g)= 2z(g)，AH (298K)V0，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HV0,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)
10、+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1x107Pa1x108Pa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，其中最合理的是极高温AG%C +H2B.明高温脱氢*C3H6+H2c. c3h8 +h2o催化
11、剂* CO +h2D. C3H8 +。2一CO2+H20； H2O电解 O2 +H214.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u正、u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是简易的氢酚酞试液气发生器，B是圆底烧瓶，C是装有干燥剂峋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
12、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20
13、MPa50MPa，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:.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
14、器中，分别充入1. 0mol N2和3. 0molH2，任其发生反应:试回答下列问题: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:(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(2)此可逆反应的正反应是明理由:.反应(填“放热”或“吸热”)，在实际生产上，合成氨反应一般选择在500C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CO 0.9nmol,则产生H2 摩（用含n的代表式 表示）。（
15、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1x105Pa5x105Pa10x105Pa50x105Pa100x105Pa450 C97.598.999.299.699.7500 C85.692.994.997.798.3（1）温度；（2）压强.19.已知 N2（g）+3H2（g）2NH3（g），正反应为放热
16、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 ；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.A 2.C
17、3.C4.B 5.B二、选择题6.CD 7.B 8.C 9.D 10.AD 11.B 12.BD13.C 14.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
18、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+ +H2f ；点燃B 中：2H2+O2=2H2O；催化剂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+H2O NH3H2ONH4+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
19、求更高，从而会 降低综合经济效益，因而选20MPa50MPa。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 光照色，最终仍有气体，大约是原氯气的一半。2HClO=2HCl+O2f，HClO的减少，原平衡不断向 右移动，Cl2减少，生成氧气。理论上讲：2 Cl2+2H2O=4HCl +O2f（3）nmi（4）氯水的次氯酸对酚酞漂白；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，则是的原因，否则是的原因。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9(NH
20、3) 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，弦(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500C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+ H2OCO +3H 2知，产生氢气的量应为3x0.9nmol=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：N2、H2合成 -N2、H2 n2、h2、nh318. (1) 450C(2) 1x105Pa19. (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%。
