6-小专题突破9-化学反应的调控11页

1、小专题突破9化学反应的调控变化观念与平衡思想、科学态度与社会责任专题精讲影响化学反应进行的因素有两个方面，首先是参加反应的物质的组成、结构和性质等本身因素，其次是温度、压强、浓度、催化剂等反应条件。化学反应的调控，就是通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行。在实际生产中常常需要结合设备条件、安全操作、经济成本等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找一个适宜的生产条件。此外，还要根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析，权衡利弊，才能实施生产。1化工生产适宜条件选择的一般原则(1)从化学反应速率分析，既不能过快，又不能太慢。(2)从化学平衡移动分析，既要注意外

2、界条件对反应速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性。(3)从原料的利用率分析，增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本。(4)从实际生产能力分析，如设备承受高温、高压能力等。(5)注意催化剂的活性对温度的限制。2平衡类问题需综合考虑的几个方面(1)原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。(2)原料的循环利用。(3)产物的污染处理。(4)产物的酸碱性对反应的影响。(5)气体产物的压强对平衡造成的影响。(6)改变外界条件对多平衡体系的影响。3化学反应调控的实例工业合成氨(1)反应原理N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJmol1(2)反应特点：反应为

3、可逆反应；正反应为放热反应；反应物、生成物均为气体，且正反应为气体物质的量减小的反应。(3)反应条件的选择反应条件对化学反应速率的影响对平衡混合物中氨含量的影响合成氨条件的选择增大压强增大反应速率平衡正向移动，平衡混合物中氨的含量提高压强增大，有利于氨的合成，但需要动力大，对材料、设备的要求高。故采用1030 MPa的高压升高温度增大反应速率平衡逆向移动，平衡混合物中氨的含量降低温度要适宜，既要保证反应有较快的速率，又要使反应物的转化率不能太低。故采用400500 左右的温度，并且在该温度下催化剂的活性最大使用催化剂增大反应速率没有影响工业上一般选用铁触媒做催化剂(4)综上，工业上通常采用铁触

4、媒、在400500 和1030 MPa的条件下合成氨。(5)原料气的充分利用合成氨反应的转化率较低，从原料充分利用的角度分析，工业生产中可采用循环操作的方法提高原料的利用率。专题精练1(2020长春质检)二甲醚(DME)被誉为“21世纪的清洁燃料”，由合成气制备二甲醚的主要原理如下：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H190.7 kJmol12CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)H223.5 kJmol1CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H341.2 kJmol1回答下列问题：(1)反应3H2(g)3CO(g)CH3OCH3(g)CO2(g)的H_kJmol1。下列措

5、施中，能提高CH3OCH3产率的有_(填字母)。A使用过量的COB升高温度C增大压强(2)反应能提高CH3OCH3的产率，原因是_。(3)将合成气以2通入1 L的反应容器中，一定条件下发生反应：4H2(g)2CO(g)CH3OCH3(g)H2O(g)H，则CO的平衡转化率随温度、压强变化关系如图所示，下列说法正确的是_(填字母)。AH0Bp1p20()如图所示，反应()在石英真空管中进行，先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2(g)，一段时间后，在温度为T1的一端得到了纯净TaS2晶体，则温度T1_(填“”“”或“”)0。实际生产条件控制在250 、1.3104 kPa左右，选

6、择此压强的理由是_。解析：(1)由题意可知，未提纯的TaS2粉末变成纯净TaS2晶体，要经过两步转化：TaS22I2=TaI4S2，TaI4S2=TaS22I2，即反应()先在温度T2端正向进行，后在温度T1端逆向进行，反应()的H大于0，因此温度T1小于T2，该过程中循环使用的物质是I2。(2)从图像来看，随着温度的升高，CO的转化率变小，则H0，综合温度、压强对CO转化率的影响来看，在题给压强下，CO的转化率已经很大，不必再增大压强。答案：(1)I2(2)在1.3104 kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，同时生产成本增加3煤炭是重要的化工原料，但属于不可再生能源，

7、高效、清洁地利用煤炭资源至关重要。请回答下列问题：(1)煤的气化原理是C(s)2H2(g)CH4(g)H。在1 L密闭容器中投入1 mol碳，并充入2 mol H2，测得相关数据如图所示。有关图1、图2的说法正确的有_(填字母)。ap16 MPabT11 000 KcH0d工业生产中，当温度为T2时，压强越高，经济效益越好图2中A点对应的平衡常数Kp_(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压总压物质的量分数)。(2)煤生产水煤气和半水煤气工业上用煤生产作为合成氨原料气的水煤气，要求气体中(COH2)与N2的体积之比为3.13.2，发生的反应有C(s)H2O(g)CO(g)H2(g)，C(s)O2(g

8、)CO(g)。从能量角度考虑，通入空气的目的是_。煤炭化工中有反应为CO(g)H2O(g)H2(g)CO2(g)。在400 时，反应物的物质的量均为1 mol，在绝热恒容条件下开始反应，下列不能说明反应达到平衡状态的有_(填字母)。a体系的压强不再发生变化b混合气体的密度不变c混合气体的平均相对分子质量不变d各组分的物质的量浓度不再改变e体系的温度不再发生变化fv正(CO)v逆(H2O)如图是反应CO(g)H2O(g)H2(g)CO2(g)H0中CO和CO2的浓度随时间发生变化的曲线，则t2时刻改变的条件可能是_(写出一种即可)。若t4时刻通过改变容积的方法将压强增大为原来的2倍，在图中t4t

9、5区间内画出CO、CO2浓度变化曲线，并标明物质名称(假设各物质状态均保持不变)。解析：(1)该反应为反应前后气体分子数减小的反应，增大压强，平衡正向移动，碳的转化率增大，故p16 MPa，a项正确；根据图1可知，升高温度，碳的转化率减小，平衡逆向移动，则H0，图2中T1时碳的转化率大于1 000 K时的转化率，则T1S(l)S(s)。熵变的含义熵变是反应前后体系熵的变化，用S表示，化学反应的S越大，越有利于反应自发进行。(3)判断化学反应方向的判据GHTSG0时，反应不能自发进行。2.化工生产适宜条件选择的一般原则(1)从化学反应速率分析，既不能过快，又不能太慢。(2)从化学平衡移动分析，既

10、要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性。(3)从原料的利用率分析，增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本。(4)从实际生产能力分析，如设备承受高温、高压能力等。(5)注意催化剂的活性对温度的限制。3.平衡类问题需综合考虑的几个方面(1)原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。(2)原料的循环利用。(3)产物的污染处理。(4)产物的酸碱性对反应的影响。(5)气体产物的压强对平衡造成的影响。(6)改变外界条件对多平衡体系的影响。1.氢气是一种理想的绿色能源。利用生物质发酵得到的乙醇制取氢气，具有良好的应用前景。乙醇水蒸气重整制氢的部分反应过程如下

11、图所示：已知：反应和反应的平衡常数随温度变化曲线如图所示。(1)试说明反应能否发生自发反应_。反应、达平衡后，若在恒温恒压条件下，向体系中充入N2，CO的体积分数会_(填“上升”“不变”或“下降”)。(2)反应，在进气比n(CO)n(H2O)不同时，测得相应的CO的平衡转化率见下图1：(各点对应的反应温度可能相同，也可能不同)图1中D、E两点对应的反应温度分别为TD和TE。判断：TD_TE(填“”)。经分析计算，A、E和G三点对应的反应温度相同，理由是_。在图2中，画出D点所对应温度下CO平衡转化率随进气比n(CO)n(H2O)的曲线。答案(1)反应：CH3CH2OH(g)H2O(g)=2CO

12、(g)4H2(g)，S0，根据化学平衡常数与温度的关系可知H0，高温下可自发上升(2)经计算，A、E、G三点平衡常数相同，故反应温度相同趋势正确，且必须穿过F、G之间解析(1)在恒温恒压条件下，向体系中充入N2相当于增大了容器的体积，有利于反应正向移动，反应平衡不移动，CO的体积分数会增大。(2)CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H0，反应为放热反应，升温平衡逆向移动，CO转化率减小，图1中D、E两点对应的反应温度分别为TD和TE，D点CO转化率大于E点CO转化率，说明TDTE。E点时：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)起始量1 1 00变化量 0.5 0.5 0.5 0.

13、5平衡量 0.5 0.5 0.5 0.5E点平衡常数K1A点时：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)起始量 1 2 0 0变化量 0.667 0.667 0.667 0.667平衡量 0.333 1.333 0.667 0.667A点平衡常数K1G点时：CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)起始量 3 2 0 0变化量 1.2 1.2 1.2 1.2平衡量 1.8 0.8 1.2 1.2G点平衡常数K1经计算，A、E、G三点平衡常数相同，故反应温度相同。2.(2019徐州市高三阶段检测)氨是生产氮肥、尿素等物质的重要原料。氨碳比n(NH3)/n(CO2)对合成尿素2NH3(g)C

14、O2(g)CO(NH2)2(g)H2O(g)有影响，恒温恒容时，将总物质的量3 mol的NH3和CO2以不同的氨碳比进行反应，结果如图所示。a、b线分别表示CO2或NH3的转化率变化，c线表示平衡体系中尿素的体积分数变化。n(NH3)/n(CO2)_时，尿素产量最大；经计算，图中y_(精确到0.01)。答案20.36解析由图可知，横坐标为2时，尿素的体积分数最大，且A点对应氨气的转化率为80%，2NH3(g)CO2(g)=CO(NH2)2(g)H2O(g)起始物质的量/mol 2 1 0 0转化物质的量/mol 1.6 0.8 0.8 0.8平衡物质的量/mol 0.4 0.2 0.8 0.8

15、平衡时CO(NH2)2的体积分数y0.36。3.(2019扬州高三质检)工业上MgO浆液是高活性的脱硫剂，常用来脱除烟气中的SO2。主要包含的反应有：Mg(OH)2SO2=MgSO3H2OMgSO3SO2H2O=Mg(HSO3)2Mg(HSO3)2Mg(OH)2=2MgSO32H2O 2MgSO3O2=2MgSO4脱硫时，MgO的脱硫效率、pH与时间的关系如图所示。已知：25 时，H2SO3的K11.54102，K21.02107，Ksp(MgSO3) 3.86103，Ksp(CaSO3)3.1107。(1)脱硫过程中使浆液pH减小最显著的反应是_(填反应序号)。(2)约9 000 s之后，脱

16、硫效率开始急速降低，其原因是_。(3)其他条件相同时，镁基和钙基脱硫效率与液、气摩尔质量比的关系如图所示。镁基脱硫效率总比钙基大，除生成的MgSO4具有良好的水溶性外，还因为_。答案(1)(2)浆液中Mg(OH)2已耗尽(3)MgSO3溶解度比CaSO3大，MgSO3比CaSO3更易被氧化4.(2019宿迁高三阶段性测试)氮的化合物合成、应用及氮的固定一直是科学研究的热点。(1)反应2NH3(g)CO2(g)=CO(NH2)2(s)H2O(g)H86.98 kJmol1，在合成塔中进行。下图1中、三条曲线为合成塔中按不同氨碳比n(NH3)/n(CO2)和水碳比n(H2O)/n(CO2)投料时二

17、氧化碳转化率的情况。曲线、水碳比的数值分别为A.0.60.7B.11.1C.1.51.61生产中应选用水碳比的数值为_(填字母)。生产中氨碳比宜控制在4.0左右，而不是4.5的原因可能是_。(2)尿素可用于湿法烟气脱氮工艺，其反应原理为NONO2H2O=2HNO22HNO2CO(NH2)2=2N2CO23H2O当烟气中NO、NO2按上述反应中化学计量数之比时脱氮效果最佳。若烟气中n(NO)n(NO2)51时，可通入一定量的空气，同温同压下，n(空气)n(NO)_(空气中氧气的体积含量大约为20%)。图2是尿素含量对脱氮效率的影响，从经济因素上考虑，一般选择尿素浓度约为_%。答案(1)A氨碳比在4.5时，NH3的量增大较多，而CO2的转化率增加不大，提高了生产成本(2)115(0.2)解析(1)水碳比的数值在 0.60.7范围内转化率提高更快，所以选A；由图像分析可以看出，氨碳比在4.5时，NH3的量增大较多，而CO2的转化率增加不大，提高