高考化学一轮复习第7章化学反应速率和化学平衡专项突破14化学平衡的调控在化工生产中的重要作用学案

1、(十四)化学平衡的调控在化工生产中的重要作用考纲知识整合实例一一工业合成氨的原理与条件选择1.反应原理1Nb(g)+3H2(g);"2NH(g)AH=92.4kJmol反应特点：反应为可逆反应；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。2.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，提高平衡混合物中氨的含量压强增大，有利于氨的合成，但需要的动力大，对材料、设备的要求高。故米用10MPa-30MPa的高压升高温度增大反应速率平衡逆向移动，降低平衡混合物中氨的含量温度要适宜，既要保

2、证反应有较快的速率，又要使反应物的转化率不能太低。故米用400500C左右的温度，并且在该温赏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作催化剂3.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，工业生产中采用循环操作的方法可提高原料的利用率。高考命题点突破命题点1化工生产中条件的调控1.某工业生产中发生反应：2A(g)+B(g)；2M(g)AH<0o下列有关该工业生产的说法中正确的是()A.这是一个放热的嫡减反应，在低温条件下该反应一定可自发进行B.若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B,以提高A的转化率C.工业上一般采用较高温度合成M

3、因温度越高，反应物的转化率越高D.工业生产中常采用催化剂，因为使用催化剂可提高反应物的转化率B这是一个放热的嫡减反应，只有当AH-TASv0时，该反应才能自发进行，A错误;加入过量的B,可以提高A的转化率，B正确；升高温度，平衡逆向移动，反应物的转化率降低，C错误；使用催化剂只能改变反应速率，不能使平衡发生移动，不能提高反应物的转化率，D错误。2 .工业上利用焦炭与水蒸气生产吨的反应原理为：C(s)+H2O(g);CO(g)+Ha(g)AH催化剂>0;CO(g)+H2O(g)CO(g)+Hk(g)AHv0。第二步生产的原料CO来源于第一步的产物。为提高原料的利用率及H2的日产量，下列措施

4、中不可取的是()第一步产生的混合气直接作为第二步的反应物第二步生产应采用适当的温度和催化剂第一、二步生产中均充入足量水蒸气第二步应在低温下进行第二步生产采用高压第二步生产中增大CO的浓度A.B.C.D.D第一步产生的H使第二步的平衡逆向移动，故应先进行分离，错；第二步反应为放热反应，温度过低，反应速率太小而影响产量，温度过高则对平衡不利，且要考虑催化剂的活性，故应选择适当的温度和催化剂，故正确，错；增大廉价易得的水蒸气浓度可提高转化率，正确；压强对第二步反应无影响，不必采取高压，错；增大CO浓度并未提高主要原材料C的利用率，错。催化剂3 .工业制SO的反应为2SO(g)+C2(g)旃0so。；

5、2SQ(g)AH<0,实际生产时一般采用常压和400500C条件的理由分别是【答案】常压下，SQ的转化率已较高，且高压需要强度大的设备和动力，成本较高；正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，不利于增大转化率，但采用400500C,此时催化剂活性最大，反应速率最大命题点2化学平衡在化工生产中的综合应用典例导航(2016全国H卷，节选)丙烯睛(CHk=CHCN一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CHb=CHCHO)乙睛(CHCN)等。回答下列问题：(1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯睛(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3HO)的热化学方程式

6、如下：小3_一iC3H6(g)+NH(g)+2Q(g)=C3HN(g)+3HO(g)AH=515kJmolC3H6(g)+Q(g)=C3HO(g)+H2O(g)1AH=353kJ-mol有利于提高丙烯睛平衡产率的反应条件是;提高丙烯睛反应选择性的关键因素是。(2)图(a)为丙烯睛产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460Co低于460c时，丙烯睛的产率(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是高于460c时，丙烯睛产率降低的可能原因是(双选，填标号)。A.催化剂活性降低B.平衡常数变大C.副反应增多D.反应活化能增大10 / 9图(a)图(b)(3)丙烯睛和丙烯醛的产率与

7、n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知，最佳n(氨)/n(丙烯)约为,理由是进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为审题指导一工口广放热反应且放热量较大f温度低宥利反应的特点七气体分子数增大一压强低有利催化剂的特点-A具有选择性噌大反应速率-460t产率最高可能(2)图(a)的特点-，低于460C产率较低一反应慢，未平衡可能*高干的巾产率较低一二维化剂活性低.正反应程度低一笳氨）/M丙烯）越大，丙烯睛产率越高葡（氨）/M丙笳）越大，丙烯醛产率越低/热尸“。一丙烯盾的产率最高，根据反应双氨）:*（*）=1=L5,故M氨）士M空气）=（I.5义5）=7.5【答案】（1）降低温度、降低压强催

8、化剂（2）不是该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低AC（3）1该比例下丙烯睛产率最高，而副产物丙烯醛产率最低1：7.5：1母题变式从平衡的角度分析图（a）中低于460c和高于460c时产率变化的理由【答案】低于460C,反应速率较慢，反应未达到平衡，随着温度升高，反应向正反应方向进行，产物增多；高于460C,反应速率较快，反应达到平衡，随着温度升高，平衡向逆向移动，产物减少题后D3纳化工生产条件选择的一般原则条件原则从化学反应速率分析既不能过快，又不能太慢从化学平衡移动分析既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从原料的利用率分析增加易得廉价原料，提高难得高价

9、原料的利用率，从而降低生产成本从实际生产能力分析如设备承受高温、高压能力等从催化剂的使用活性分析注意催化剂的活性对温度的限制对点训练（2018宝鸡质检）近年来化学家研究开发出以乙烯和乙酸为原料、杂多酸催化剂合成乙酸乙酯的新工艺，不必生产乙醇或乙醛作中间体，使产品成本降低，具有明显经济优势。杂多酸、其合成的基本反应为：CH=CH（g）+CHCOOH（l），CHCOOCi（l）。在n（乙烯）与n（乙酸）物料比为1的条件下，某研究小组在不同压强下进行了在相同时间点乙酸乙酯的产率随温度的变化的测定实验，实验结果如图所示。本朱<魅<1蚪7回答下列问题：【导学号：97500129】温度在608

10、0C范围内，乙烯与乙酸反应的速率由大到小的顺序是用v(pi)、V(P2)、v(p3)分别表示不同压强下的反应速率,原因为O(2)压强为piMPa、温度为60c时，若乙酸乙酯的产率为30%则此时乙烯的转化率为在压强为piMPa温度超过80C时，乙酸乙酯产率下降的原因可能是(4)根据测定实验结果分析，较适宜的生产条件是(填出合适的压强和温度)。为提高乙酸乙酯的合成速率和产率，可以采取的措施有(任写出一条)。【解析】(1)由题图知，在6080c范围内，v(pi)>v(p2)>v(p3)o该反应为气体分子数减小的反应，增大压强，平衡正向移动，乙酸乙酯的产率增大，故pi>S>p3

11、,对于有气体参与的反应，其他条件相同时，压强越大，反应速率越快。(2)乙烯与乙酸乙酯的化学计量数相等，故乙烯的转化率与乙酸乙酯的产率相等。(4)根据题图，piMPa、80c时乙酸乙酯的产率最大，为较适宜的生产条件。根据平衡移动原理，通入乙烯气体或增大压强，均可提高乙酸乙酯的合成速率和产率。【答案】(i)v(pi)>v(p2)>v(p3)其他条件相同时，对于有气体参与的反应，压强越大化学反应速率越快(2)30%(3)由图象可知，piMPa、80c时反应已达平衡且正反应放热，故压强不变升高温度平衡逆向移动，产率下降(4)piMPa、80c通入乙烯气体或增大压强备选考点|“等效平衡”在平

12、衡状态比较中的应用(教师选讲)考纲知识整合i.等效平衡的概念在相同条件下(恒温、恒容或恒温、恒压)，同一可逆反应体系，不管是从正反应方向开始，还是从逆反应方向开始，在达到化学平衡状态时，任何相同组分白百分含量(体积分数、物质的量分数等)均相同，这样的化学平衡互称为等效平衡。2.等效平衡的类型等效类型条件恒温、恒容恒温、恒容恒温、恒压反应的特点任何可逆反应反应前后气体分子数相等任何可逆反应起始投料换算为化学方程式同一边物质，其“量”相同换算为化学方程式同一边物质，其“量”符合同一比例换算为化学方程式同一边物质，其“量”符合同一比例平衡特点质里分数(W%)相同相同相同浓度(c)相同成比例相同(气体

13、)物质的量(n)相同成比例成比例3.实例在恒温恒容条件下，可逆反应：2A(g)+B(g),工3c(g)+D(g)AH=QkJmolj(Q>0),起始物质的量如表所示：序号ABCD2mol1mol004mol2mol001mol0.5mol1.5mol0.5mol01mol3mol1mol003mol1mol(1)上述反应达到平衡时，互为等效平衡的是哪几组？电(2)达到平衡后，放出的热量为QkJ,吸收的热量为QkJ,则Q、Q、Q的定量关系为Q+Q=Q。(3)其他条件不变，当D为固体时，上述反应达到平衡时，互为等效平衡的是哪几组？。(4)将“恒温恒容”改为“恒温恒压”，A.上述反应达到平衡时

14、，互为等效平衡的是哪几组？。B.达平衡后放出的热量分别为Q和Q,则Q与Q的关系Q=2Q。4.平衡状态比较的三种思维模板(1)构建恒温恒容平衡思维模式新平衡状态可认为是两个原平衡状态简单的叠加并压缩而成，相当于增大压强。起始乎药E吁E*E-（2）构建恒温恒压平衡思维模式（以气体物质的量增加的反应为例，见图示）新平衡状态可以认为是两个原平衡状态简单的叠加，压强不变，平衡不移动。（3）恒温恒容与恒温恒压条件平衡比较模式（起始量相同）恒:温恒生kp改变力恒恒乐厂1 V 串改变两容器中的压强（问”可能 不同,进而分析反应忤戈.高考命题点突破命题点1同温同容条件下等效平衡的应用1. （2018 石家庄模拟

15、）同温度下，体积土为1 L的两个恒容密闭容器中发生可逆反应:+ 3闺g） ，=2NH（g）A H= 92.6 kJ/mol 。测得数据如表：N2(g)容器起始时各物质的物质的量/mol达到平衡时体系编RN2H2NH能量的变化23027.78 kJ1.61.80.8Q下列叙述不正确的是（）【导学号：97500130】A.容器、中反应达平衡时压强相等B.容器中反应开始时 v（正）v（逆）C.容器中反应达平衡时，吸收的热量Q为9.26 kJD.若条件为“绝热恒容”，容器中反应达平衡时B 根据容器中反应达到平衡时能量的变化可知,n(NHs)<0.6 mol该反应中转化的27.78 kJ为 92.

16、6 kJ/mol0.3mol,因此根据三段式法可得N2(g)+3也g)"2NH(g)起始/(mol)230转化/(mol)0.30.90.6平衡/(mol)1.72.10.6故平衡常数K=16不=0.023<-0.8,。30.069,因此容器中反应向逆反应方向1.7X2.11.6X1.8进行，V(正)<V(逆)，B项错误；容器和容器中平衡为等效平衡，A项正确；容器中反应达到平衡时生成0.1molN2,因此吸收的热量为92.6kJ/molX0.1mol=9.26kJ,C项正确；若条件改为“绝热恒容”，还达到原来的平衡，反应放热，体系的温度升高，而该反应为放热反应，温度升高，

17、平衡逆向移动，故容器中反应达到平衡时，NH3的物质的量小于0.6mol,D项正确。2.在体积恒定的密闭容器中，充入3molA和1molB发生反应3A(g)+B(g);."xC(g),达到平衡后，C在平衡混合气体中的体积分数为6。若维持温度不变，按1.2molA、0.4molB、0.6molC为起始物质。(1)若达到平衡后C的体积分数仍为巾，则x的值是(填字母，下同)。A.1B.2C.3D.4(2)若达到平衡后压强不变，C的体积分数仍为6,则x的值是。A.1B.2C.3D.4【解析】第(1)题只要满足巾相等，属于等效平衡，满足题中条件应用回归定比法，x可等于1也可等于4。第(2)题不仅

18、要满足平衡时巾相等，且压强不变，即物质的量不变，属于等效平衡,0.6 mol=1 mol , x【答案】(1)AD必须用回归定值法，即1.2mol+3*°.6moi=3mol,0.4mol+x解得x=1o(2)A命题点2同温同压条件下等效平衡的应用3.恒温恒压下，在一个容积可变的密闭容器中发生反应：A(g)+B(g)；"C(g),若开始时通入1molA和1molB,达到平衡时生成amolC。则下列说法错误的是()A.若开始时通入3molA和3molB,达到平衡时，生成的C的物质的量为3amolB.若开始时通入4molA、4molB和2molC,达到平衡时，B的物质的量一定大于4molC.若开始时通入2molA、2molB和1molC,达到平衡时，再通入3molC,则再次达到平衡后,C的物质的量分数为D.若在原平衡体系中，再通入1molA和1molB,混合气体的平均相对分子质量不变C的物质的量为 3a mol ;选项B,B选项A,开始日通入3molA和3molB,由于容器体积膨胀，保持恒压，相当于将三个原容器叠加，各物质的含量与原平衡