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1、第二节化学平衡(第六课时合成氨工业简介)【自研目标卡】知识要点知识表述能力方法要求了解化学反应速率和化学平衡原理在合成氨工业中的综合应用。认识合成氨反应的特点。知道合成氨工业条件的选择及其原理。以合成氨反应为例,学会有关化学平衡的基本计算,计算物质的量、浓度、体积分数、转化率等。合成氨反应基本原理的迁移应用,分析其他工业反应中的化学反应速率和化学平衡的原理能根据化学反应速率和化学平衡的原理分析合成氨反应的有关问题能根据图象获取信息,分析合成氨反应的化学平衡移动方向和体积分数掌握有美合成氨反应的化学平衡基本计算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【知识梳理】影响
2、化学反应速率和化学平衡的重要因素:化学反应速率化学平衡温度温度越_反应速率越升高温度,平衡向方向移动气体压强压强越_反应速率越增大压强,平衡向气态物质系数的方向移动催化剂正催化剂反应速率;受温度影响催化剂对平衡移动影响较大浓度反应物浓度越,反应速率越增大反应物浓度,平衡移动【探究一】合成氨反应的限度、速率1 .合成氨反应是一个可逆反应:N2(g)+3H2(g)K-2NH3(g)。已知298K时:AH=-92.2kJmo1;AS=-198.2Jmo!.k1。请根据正反应的焰变和嫡变分析298K下合成氨反应能否自发进行?2 .利用化学平衡移动的知识分析什么条件有利于氨的合成?3 .利用条件对反应速
3、率的影响分析。(1)利用、增大压强、使用催化剂来提高合成氨反应的速率。(2)实验研究表明,在特定条件下,合成氨反应的速率与反应中各物质浓度的关系为kc(N2)c1.5(H2)c1(NH3),根据关系式分析:各物质的浓度对反应速率的影响是合成氨反应的速率与氮气浓度的1次方成正比,与氢气浓度的1.5次方成,与氨气浓度的1次方成。可以采取增大浓度,将氨及时从混合气中分离出去的措施来提高反应速率。(3)有、无催化剂对合成氨反应速率影响的对比:说明了使用可以使合成氨反应的速率提高上万亿倍。条件Ea/kJmOlk(催)/k(无)无催化剂335有催化剂1673.4X102(700K)小结1使NH3生产得快和
4、使NH3生产得多的条件条件速率分析平衡分析压强温度催化剂反应物的浓度例1.能使合成氨反应进行程度增大的方法是()A.升高温度B,降低压强C.使用催化剂D.及时分离出氨气2.合成氨反应中,可以提高N2转化率的措施是()A.尽可能延长反应时间B,通入过量的N2C.通入过量的H2D,升高温度【探究二】合成氨的适宜条件1 .压强:合成氨反应是正反应气态物质系数减小的气体反应,增大压强既可以,又能使,所以理论上压强越大越好。但是压强越大,、,因此选择压强应符合实际科学技术。2 .温度:(1)因为正反应方向是的反应,所以有利于平衡正向移动。(2)但是温度越低,越小,达到平衡所需要的时间越,因此温度也不宜太
5、低。(3)催化剂要在一定温度下最大。3 .浓度:增大反应物的浓度可以增大反应速率,减小生成物的浓度可以使平衡正向移动。从化学平衡的角度分析,在氮气和氢气的物质的量比为时,平衡转化率最大,但是实验测得适当提高N2的浓度,即N2和H2的物质的量之比为时,更能促进氨的合成。实际生产中的处理方法:及时将气态氨分离出去;及时将氮气和氢气循环利用,使其保持一定的浓度。4 .催化剂:经济效益和社会效益要求化学反应速率要快,原料的利用率要高,单位时间的产量要高。实际生产中选用为主体的多成分催化剂(铁触媒),它在时活性最高。小结2合成氨的适宜条件外部条件工业合成氨的适宜条件压强根据反应器可使用的钢材质量及综合指
6、标来选择压强温度适宜温度,700K左右催化剂使用铁触媒作催化剂浓度N2和H2的物质的量比为1:2.8的投料比,氨及时从混合气中分离出去例3.合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)AH<0,在合成氨工业生产中应采取的适宜条件是()A.低温、高压、催化剂B.高温、高压C.尽可能的高温、高压D.适宜的温度、高压、催化剂4.在合成氨工业中,为增加NH3的日产量,下列变化过程不能使平衡向右移动的是()不断将NH3分离出来使用催化剂采用700K左右的高温采用2X105X10Pa的压强A.【小结3】B.C.D.【自研自查】1 .一定量的混合气体,在密闭容器中发生如下反应:xA(g)+y
7、B(g)=zC(g),达到平衡后测得A气体的浓度为0.5mol当恒温下将密闭容器的容积扩大到2倍再达到平衡后,测得A的浓度为0.2molL1,则下列叙述不正确的是()A.平衡向正反应方向移动B.x+y<zC.C的体积分数降低D.B的转化率提高2 .在恒容密闭容器中,进行合成氨反应,达到平衡后,将平衡体系中的各物质的浓度都增加到原来的2倍,则产生的结果是()A.平衡向正反应方向移动B.平衡向逆反应方向移动C.平衡不发生移动D.氨的质量分数减小3 .在一定条件下,合成氨反应达到平衡后,混合气体中氨的体积分数为25%,若反应前后条件不变,则反应后缩小的体积与原反应物体积的比值为()A. 1/5
8、B. 1/4C. 1/3D. 1/24 .在容积相同的四个容器中,按下列要求充入各气体,并加入适当的催化剂,在673K时分别建立平衡,四种情况下H2的转化率由大到小的顺序是。1molN2+3molH22molN2+3molH21molN2+4molH21molN2+4molH2+0.5molNH3第二章化学反应速率化学平衡综合练习一、选择题1 .对于可逆反应:2SO2(g)+O2(g)=2SO3(g),下列措施能使反应物中活化分子百分数、化学反应速率和化学平衡常数都变化的是()A.增大压强B.升高温度C.使用催化剂D.多充入O22 .在恒温、体积为2L的密闭容器中进行反应:2A(g)13B(g
9、)+C(g),若反应物在前20s由3mol降为1.8mol,则前20s的平均反应速率为()A.v(B)=0.03mol-1-L-1C.v(C)=0.03mol一9B.v(B)=0.045mol-AD.v(C)=0.06mol-1-L-13 .有一处于平衡状态的反应:X(s)+3Y(g)H2Z(g)AH<0。为了使平衡向生成Z的方向移动应选择的条件是()升高温度降低温度曾大压强降低压强加入正催化剂分离出ZA.B.C.D.4 .已知某密闭容器中发生反应:X(g)+Y(g)2W(g)+Z(g)H<0(Y物质易被液化)。下列有关说法中一定正确的()A.若W为有颜色的物质,达平衡后,增大压强
10、,体系颜色变浅B.改变压强,该反应的平衡常数一定不变C.平衡时,其他条件不变,升高温度,正反应速率增大程度比逆反应速率增大程度小D.平衡时,其他条件不变,分离出Z,正反应速率加快5.t日t在体积不变的密闭容器中发生反应:X(g)+3Y(g)|i2Z(g),各组分在不同时刻的浓度如下表:下列说法正确的是()A.平衡时,X的转化率为20%物质XYZ初始浓度/(mol-1)0.10.202min末浓度/(mol-1)0.08ab平衡浓度/(mol-1)0.050.050.1B.t®t该反应的平衡常数为40C.平衡后增大体系的压强,v(正)增大,v(逆)减小,平衡向正反应方向移动D.前2mi
11、n内,用Y的变化量表示的平均反应速率v(Y)=0.03mol-1m-n6.在容积一定的密闭容器中发生可逆反应A(g)+2B(g)2c(g);H>0,平衡移动关B.P1>P2,C.P1<P2,系如图所示.下列说法正确的是A.P1>P2,纵坐标Y指A的质量分数纵坐标Y指C的质量分数纵坐标丫指A的转化率D.P1VP2,纵坐标Y指混合气体的平均摩尔质量7.在容积可变的密闭容器中存在如下反应:CO(g)+H2O(g)=CO2(g)+H2(g)AH<0,下列分析中不正确的是;巩叶磔送:t0时升高温度对反应速率的影响A.图研究的是B.图(I研究白是t0时增大压强(缩小容积)或使
12、用催化剂对反应速率的影响C.图(I研究的是催化剂对化学平衡的影响,且甲使用了催化剂D.图研究的是温度对化学平衡的影响,且乙的温度较高8 .某温度下,可逆反应mA(g)+nB(g)lpC(g)的平衡常数为K,下列对K的说法正确的是()A.K值越大,表明该反应越有利于C的生成,反应物的转化率越大B.温度越高,K一定越大C.若缩小反应器的容积,能使平衡正向移动,则K增大D.如果m+n=p,则K=19 .某密闭容器中充入等物质的量的气体A和B,一定温度下发生如下反应:A(g)+xB(g)-2C(g),达到平衡后,只改变反应的一个条件,测得容器中物质的浓度、反应速率随时间的变化关系如图所示。下列说法中正
13、确的是()A.8min时表示正反应速率等于逆反应速率B.前20minA的反应速率为0.05mol-(L-1min)C.化学方程式中的x=1,30min时表示增大压强D.40min时改变条件是升高温度,且正反应为吸热反应二、非选择题10.在密闭容器中,使2molN2和6molH2混合发生下列反应:N2(g)+3H2(gH2NH3(g)AH<0。(1)当反应达到平衡时,N2和H2的浓度比是;N2和H2的转化率之比是。(2)升高平衡体系的温度(保持体积不变),混合气体的平均相对分子质量,密度。(填增大“减小“或不变”)当达到平衡时,充入僦气,并保持压强不变,平衡将(填芷向“逆向“或不”移动。(
14、4)若容器恒容、绝热,加热使容器内温度迅速升至原来的2倍,平衡将(填向左移动”向右移动“或不移动”9达到新平衡后,容器内温度(填大于“小于"或等于“原来的2倍。11.300酎,将2molA和2molB两种气体混合于2L密闭容器中,发生如下反应:3A(g)+B(g)2C(g)+2D(g)AH=Q,2min末达到平衡,生成0.8molD。(1)300©该反应的平衡常数表达式为:K=。已知K300K3501则AH0(填“喊“<”。)(2)在2min末时,B的平衡浓度为,D的平均反应速率为。若温度不变,缩小容器容积,则A的转化率(填蹭大"减小“或不变”原因是O(4)
15、如果在相同的条件下,上述反应从逆反应方向开始,开始时加入C、D各4mol。若使平衡时3各物质的物质的量浓度与原平衡相同,则还应该加入Bmol。(2)A点的逆反应速率v逆(CO)B的逆反应速率v逆(NO)。(填“、”“哪(3)下列图像正确且能表明在时间t时刻反应一定处于平衡状态的是如果该反应达平衡后O0(填“O(4)达平衡后,将容器的容积扩大一倍,下列说法正确的是A.平衡向正反应方向移动B.CO的体积分数增大C.平衡常数减小D.一氧化碳的浓度增大13.现有下列可逆反应:A(g)+B(g)、'xC(g),在不同条件下生成物C在反应混合物中甲乙丙100C100"的质量分数(C%)和
16、反应时间的关系如下图:请根据图象回答下列问题:2.02xIQ'PaL01X2,02x】(TPa曲线表示无催化剂时的(1)若甲图中两条曲线分别表示有催化剂和无催化剂的情况,则情况(填字母,下同)。(2)若乙图表示反应达到平衡后分别在恒温恒压条件下和恒温恒容条件下向平衡混合气体中充入惰性(与反应体系中任一物质均不反应)气体后的情况,则曲线表示恒温恒容的情况。(3)根据丙图可以判断该可逆反应的正反应是,热反应(填吸"或放"J(4)化学计量数x的值(填取值范围);判断的依据是14.在一定体积的密闭容器中,进行如下化学反应:CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g),其
17、化学平衡常数K和温度t的关系如下表所示:t70080083010001200K0.60.91.01.72.6回答下列问题:(1)该反应的化学平衡常数表达式为K=。(2)该反应为反应(填吸热”或放热”J(3)某温度下,各物质的平衡浓度符合下式:3c(CO2)c(H2)=5c(CO)c(H2O),试判断此时的温度为。(4)若830W,向容器中充入1molCO、5molH2O,反应达到平衡后,其化学平衡常数K1.0(填大于“小于"或等于“J(5)830©,容器中的反应已达到平衡。在其他条件不变的情况下,扩大容器的体积。平衡移动(填向正反应方向”向逆反应方向”或不”J(6)若120
18、0国,在某时刻平衡体系中CO2、H2、CO、H2O的浓度分别为2mol工、2mol-L1>4mol-L1>4mol,则此时上述反应的平衡移动方向为(填正反应方向"逆反应方向”或不移动”。)15.(1)反应Fe(s)+CO2(g)=FeO(s)+CO(g)AH1,平衡常数为Ki;反应Fe(s)+H2O(g广FeO(s)+H2(g)AH2,平衡常数为K2;在不同温度时Ki、K2的值如下表:700900Ki1.472.15K22.381.67反应CO2(g)+H2(g)一XO(g)+H2O(g)AH平衡常数为K,则AH=(用AHi和AH2表示),K=(用Ki和K2表示),且由上述计算可知,反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)是反应(填吸热”或放热”J能判断CO2(g)+H2(g)-
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