【教学课件】微专题 化学反应速率和化学平衡在化工生产中的调控作用

微专题化学反应速率和化学平衡在化

工生产中的调控作用化工生产适宜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，提高难得高价原料的利用率，循环利用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分析①防止催化剂中毒，增加乳化装置②温度对催化剂活性的影响③应用催化的选择性，控制副反应，提高产率，降低生产成本化学反应速率和化学平衡在化工生产中的调控作用1.(2017·全国卷Ⅱ，27)丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题：(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1­-丁烯(C4H8)的热化学方程式如下：①C4H10(g)===C4H8(g)＋H2(g)

ΔH1【跟踪训练】化学反应速率和化学平衡在化工生产中的调控作用反应①的ΔH1为_______kJ·mol－1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x_______(填“大于”或“小于”)0.1；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是_____(填标号)。A.升高温度 B.降低温度C.增大压强 D.降低压强＋123小于AD化学反应速率和化学平衡在化工生产中的调控作用解析根据盖斯定律，用②式－③式可得①式，因此ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝－119kJ·mol－1－(－242kJ·mol－1)＝＋123kJ·mol－1。由(a)图可以看出，温度相同时，由0.1MPa变化到xMPa，丁烷的转化率增大，即平衡正向移动，所以x<0.1。由于反应①为吸热反应，所以温度升高时，平衡正向移动，丁烯的平衡产率增大，因此A正确、B错误；反应①正向进行时体积增大，加压时平衡逆向移动，丁烯的平衡产率减小，因此C错误、D正确。化学反应速率和化学平衡在化工生产中的调控作用(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是________________________________________________________。氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大化学反应速率和化学平衡在化工生产中的调控作用解析反应初期，H2可以活化催化剂，进料气中n(氢气)/n(丁烷)较小，丁烷浓度大，反应向正反应方向进行的程度大，丁烯转化率升高；随着进料气中n(氢气)/n(丁烷)增大，原料中过量的H2会使反应①平衡逆向移动，所以丁烯转化率下降。化学反应速率和化学平衡在化工生产中的调控作用(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590℃之前随温度升高而增大的原因可能是__________________________________、________________________；590℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是__________________________。升高温度有利于反应向吸热方向进行升高温度时，反应速率加快丁烯高温裂解生成短碳链烃类化学反应速率和化学平衡在化工生产中的调控作用解析590℃之前，温度升高时反应速率加快，生成的丁烯会更多，同时由于反应①是吸热反应，升高温度平衡正向移动，平衡体系中会含有更多的丁烯。而温度超过590℃时，丁烯高温会裂解生成短碳链烃类，使产率降低。化学反应速率和化学平衡在化工生产中的调控作用2.[2018·浙江4月选考，30(二)]乙酸乙酯一般通过乙酸和乙醇酯化合成：已知纯物质和相关恒沸混合物的常压沸点如下表：纯物质沸点/℃恒沸混合物(质量分数)沸点/℃乙醇78.3乙酸乙酯(0.92)＋水(0.08)70.4乙酸117.9乙酸乙酯(0.69)＋乙醇(0.31)71.8乙酸乙酯77.1乙酸乙酯(0.83)＋乙醇(0.08)＋水(0.09)70.2化学反应速率和化学平衡在化工生产中的调控作用请完成：(1)关于该反应，下列说法不合理的是_____。A.反应体系中硫酸有催化作用B.因为化学方程式前后物质的化学计量数之和相等，所以反应的ΔS等于零C.因为反应的ΔH

接近于零，所以温度变化对平衡转化率的影响大D.因为反应前后都是液态物质，所以压强变化对化学平衡的影响可忽略不计BC解析根据反应方程式可知，硫酸做催化剂和吸水剂，A合理；不存在熵变为零的反应，B不合理；焓变接近于零，说明温度对于平衡移动的影响小，C不合理；因为反应前后均是液态物质，所以压强对于平衡影响可忽略，D合理。化学反应速率和化学平衡在化工生产中的调控作用(2)一定温度下该反应的平衡常数K＝4.0。若按化学方程式中乙酸和乙醇的化学计量数比例投料，则乙酸乙酯的平衡产率y＝_______________；若乙酸和乙醇的物质的量之比为n∶1，相应平衡体系中乙酸乙酯的物质的量分数为x，请在图2中绘制x随n变化的示意图(计算时不计副反应)。0.667(或66.7%)答案化学反应速率和化学平衡在化工生产中的调控作用解析根据平衡常数的表达式，再结合三段式求解，起始

1mol

1mol00转化

amol

amolamolamol平衡

(1－a)mol(1－a)molamolamol乙酸与乙醇按照化学计量数比投料时，乙酸乙酯的物质的量分数达到最大值，所以n＝1时，乙酸乙酯的质量分数在最高点，两边依次减小。化学反应速率和化学平衡在化工生产中的调控作用(3)工业上多采用乙酸过量的方法，将合成塔中乙酸、乙醇和硫酸混合液加热至110℃左右发生酯化反应并回流，直到塔顶温度达到70～71℃，开始从塔顶出料。控制乙酸过量的作用有___________________________________________。提高乙醇转化率；减少恒沸混合物中乙醇的含量解析根据可逆反应平衡移动知识，乙酸过量的作用有提高乙醇转化率；减少恒沸混合物中乙醇的含量。化学反应速率和化学平衡在化工生产中的调控作用(4)近年，科学家研究了乙醇催化合成乙酸乙酯的新方法：在常压下反应，冷凝收集，测得常温下液态收集物中主要产物的质量分数如图3所示。关于该方法，下列推测合理的是______。A.反应温度不宜超过300℃B.增大体系压强，有利于提高乙醇平衡转化率C.在催化剂作用下，乙醛是反应历程中的中间产物D.提高催化剂的活性和选择性，减少乙醚、乙烯等副产物是工艺的关键ACD化学反应速率和化学平衡在化工生产中的调控作用解析根据乙醇催化合成乙酸乙酯的新方法以及图像可知，反应温度不宜超过300℃，A合理；增大压强，平衡将逆向移动，所以不利于提高乙醇平衡转化率，B不合理；由图像中可知，乙醛在275℃之后逐渐减小，乙酸乙酯逐渐增多，所以乙醛是反应历程中的中间产物，C合理；有机反应中副反应较多，提高催化剂的选择性可以减少乙醚、乙烯等副产物，提高催化剂的活性利于反应的发生，所以D合理。化学反应速率和化学平衡在化工生产中的调控作用3.(2019·湖南师大附中高三月考)氮的固定对人类的生存发展具有重要意义，科学家一直致力于“人工固氮”的新方法研究。(1)豆科植物的根瘤菌含有一种固氮酶，能在常温下将空气中的氮气转化为自身生长所需的含氮化合物，下列说法错误的是_____(填字母)。a.固氮酶是一种有机物b.固氮酶能降低固氮反应发生所需的能量c.固氮酶能使固氮反应的平衡正向移动d.固氮酶能加快固氮反应的速率c化学反应速率和化学平衡在化工生产中的调控作用(2)合成氨是目前最重要的固氮方法。下图为合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)在不同温度和压强、使用相同催化剂条件下，初始时氮气、氢气的体积之比为1∶3时，平衡混合物中氨的体积分数的变化曲线。①A、B两平衡状态相比较，前者较大的是____(填字母)。a.平衡常数b.平衡混合物的平均摩尔质量c.氢气的转化率d.从反应开始