2019届一轮复习鲁科版7-高考专题讲座(十四)化学平衡的调控在化工生产中的重要作用教案 7页

‎　　(十四)化学平衡的调控在化工生产中的重要作用 ‎(对应学生用书第143页)‎ ‎[考纲知识整合]‎ 实例——工业合成氨的原理与条件选择 ‎1．反应原理 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1‎ ‎(2)反应特点：①反应为可逆反应；②正反应为放热反应；③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，但需要动力大，对材料、设备的要求高。故采用10～30 MPa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400～500 ℃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，工业生产中可采用循环操作的方法提高原料的利用率。‎ ‎[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)　ΔH<0。下列有关该工业生产的说法中正确的是(　　)‎ A．这是一个放热的熵减反应，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，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　[这是一个放热的熵减反应，只有当ΔH－TΔS＜0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H2的反应原理为C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)　ΔH＞0；CO(g) ＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＜0，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，下列措施中不可取的是(　　)‎ ‎ 【导学号：95160220】‎ ‎①第一步产生的混合气直接作为第二步的反应物 ‎②第二步生产应采用适当的温度和催化剂 ‎③第一、二步生产中均充入足量水蒸气 ‎④第二步应在低温下进行 ‎⑤第二步生产采用高压 ‎⑥第二步生产中增大CO的浓度 A．①③⑤　　　　　　　 B．②④⑥‎ C．②③⑤ D．①④⑤⑥‎ D　[第一步产生的H2使第二步的平衡逆向移动，故应先进行分离，①‎ 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②正确，④错；增大廉价易得的水蒸气浓度可提高转化率，③正确；压强对第二步反应无影响，不必采取高压，⑤错；增大CO浓度并未提高主要原材料C的利用率，⑥错。 ]‎ ‎3．工业制SO3的反应为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＜0，实际生产时一般采用常压和400～‎500 ℃‎条件下的理由分别是___________________‎ ‎________________________________________________________________。‎ ‎【答案】　常压下，SO2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400～500 ℃，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Ⅱ卷，节选)丙烯腈(CH2===CHCN)是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(CH2===CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。‎ 回答下列问题： ‎ ‎【导学号：95160221】‎ ‎(1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：‎ ‎①C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g)　ΔH＝－515 kJ·mol－1‎ ‎②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g)　‎ ΔH＝－353 kJ·mol－1‎ 有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是__________；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是________。‎ ‎(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为‎460 ℃‎。低于‎460 ℃‎时，丙烯腈的产率________(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是_______________________________________‎ ‎________________________________________________________________；‎ 高于‎460 ℃‎时，丙烯腈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 ‎　　　　　　　　　图(a)　　　　　　　　　　　图(b)‎ ‎(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与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]　‎ ‎【答案】　(1)降低温度、降低压强　催化剂 ‎(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　该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低　1∶7.5∶1‎ 从平衡的角度分析图(a)中低于‎460 ℃‎和高于‎460 ℃‎产率的变化的理由是_____________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________。‎ ‎【答案】　低于‎460℃‎，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‎460℃‎，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 ‎[题后归纳]　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用乙烯和乙酸为原料、杂多酸作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。其合成的基本反应为：CH2===CH2(g)＋CH3COOH(l)CH3COOC2H5(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。‎ 回答下列问题： ‎ ‎【导学号：95160222】‎ ‎(1)温度在60～‎80 ℃‎范围内，乙烯与乙酸反应的速率由大到小的顺序是________[用v(p1)、v(p2)、v(p3)分别表示不同压强下的反应速率]，分析其原因为______________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________。‎ ‎(2)压强为p1 MPa、温度为‎60 ℃‎时，若乙酸乙酯的产率为30%，则此时乙烯的转化率为________。‎ ‎(3)在压强为p1 MPa、温度超过‎80 ℃‎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60～80 ℃范围内，v(p1)＞v(p2)＞v(p3)。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p1>p2>p3，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)乙烯与乙酸乙酯的系数相等，故乙烯的转化率与乙酸乙酯的产率相等。(4)根据题图，p1 MPa、‎80 ℃‎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】　(1)v(p1)＞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，p1 MPa、‎80 ℃‎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)p1 MPa、80 ℃　通入乙烯气体或增大压强