化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡在生活 生產(chǎn)和科學(xué)研究中的調(diào)控作用 化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡理論的研究本身就是為了解決生活 生產(chǎn)中存在的問(wèn)題 高考題就是取材于相關(guān)研究事實(shí) 綜合考查學(xué)生化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡理論的運(yùn)用能力 試題難度大 區(qū)分度大 運(yùn)算要求高 1 化工生產(chǎn)選擇適宜條件的一般原則 1 從化學(xué)反應(yīng)速率分析 既不能太大 又不能太小 2 從化學(xué)平衡移動(dòng)分析 既要注意外界條件對(duì)速率和平衡影響的一致性 又要注意二者影響的矛盾性 3 從原料的利用率分析 增加易得廉價(jià)原料 提高難得貴重原料的利用率 從而降低生產(chǎn)成本 4 從實(shí)際生產(chǎn)能力分析 如設(shè)備承受高溫 高壓的能力等 5 注意催化劑的活性對(duì)溫度的限制 6 工業(yè)生產(chǎn)中既不能片面地追求高轉(zhuǎn)化率 也不能片面追求高反應(yīng)速率 應(yīng)尋找比較高的反應(yīng)速率并獲得適當(dāng)平衡轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)條件 2 化工生產(chǎn)中需綜合考慮的幾個(gè)方面 1 原料的來(lái)源 除雜 尤其考慮雜質(zhì)對(duì)催化劑的影響 2 原料的循環(huán)利用 反應(yīng)熱的綜合利用 3 產(chǎn)物的污染處理 4 產(chǎn)物的酸堿性對(duì)反應(yīng)的影響 5 氣體產(chǎn)物的壓強(qiáng)對(duì)平衡的影響 6 改變外界條件對(duì)多平衡體系的影響 7 化學(xué)反應(yīng)速率與平衡轉(zhuǎn)化率的問(wèn)題 8 催化劑的選擇及其活性溫度問(wèn)題 3 化工生產(chǎn)中反應(yīng)條件的選擇方法 以合成氨為例 1 反應(yīng)原理 N2 g 3H2 g 2NH3 g H 92 4kJ mol 1 2 反應(yīng)特點(diǎn) 反應(yīng)為可逆反應(yīng) 正反應(yīng)為放熱反應(yīng) 反應(yīng)物 生成物均為氣體 且正反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng) 4 原料氣的充分利用 合成氨反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率較低 從原料充分利用的角度分析 工業(yè)生產(chǎn)中可采用循環(huán)操作的方法提高原料的利用率 2 工業(yè)上 通常在乙苯蒸氣中摻混水蒸氣 原料氣中乙苯和水蒸氣的物質(zhì)的量之比為1 9 控制反應(yīng)溫度600 并保持體系總壓為常壓的條件下進(jìn)行反應(yīng) 在不同反應(yīng)溫度下 乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率和某催化劑作用下苯乙烯的選擇性 指除了H2以外的產(chǎn)物中苯乙烯的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù) 示意圖如下 摻入水蒸氣能提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率 解釋說(shuō)明該事實(shí) 控制反應(yīng)溫度為600 的理由是 3 某研究機(jī)構(gòu)用CO2代替水蒸氣開(kāi)發(fā)了綠色化學(xué)合成工藝 乙苯 二氧化碳耦合催化脫氫制苯乙烯 保持常壓和原料氣比例不變 與摻水蒸氣工藝相比 在相同的生產(chǎn)效率下 可降低操作溫度 該工藝中還能夠發(fā)生反應(yīng) CO2 H2 CO H2O CO2 C 2CO 新工藝的特點(diǎn)有 填編號(hào) CO2與H2反應(yīng) 使乙苯脫氫反應(yīng)的化學(xué)平衡右移 不用高溫水蒸氣 可降低能量消耗 有利于減少積炭 有利于CO2資源利用 2 在容積可變的容器中摻入水蒸氣相當(dāng)于把各反應(yīng)物和產(chǎn)物稀釋了 又由于該反應(yīng)為氣體體積增大的反應(yīng) 因此相當(dāng)于減小了壓強(qiáng) 平衡右移 乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率增大 根據(jù)圖示可知 在600 乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率和某催化劑作用下苯乙烯的選擇性都是最高的 由于該反應(yīng)為吸熱反應(yīng) 如果溫度太低則反應(yīng)速率較小 且平衡轉(zhuǎn)化率太低 如果溫度太高 則苯乙烯的選擇性降低 3 CO2與H2的反應(yīng)消耗H2 故使乙苯脫氫反應(yīng)的化學(xué)平衡右移 正確 獲得水蒸氣需要消耗大量能源 正確 CO2與C s 發(fā)生反應(yīng)生成CO g 可以減少積炭 正確 兩個(gè)反應(yīng)都消耗CO2 正確 2 正反應(yīng)方向氣體分子數(shù)增加 加入水蒸氣稀釋 相當(dāng)于起減壓的效果 600 乙苯的轉(zhuǎn)化率和苯乙烯的選擇性均較高 溫度過(guò)低 反應(yīng)速率慢 轉(zhuǎn)化率低 溫度過(guò)高 選擇性下降 高溫還可能使催化劑失活 且能耗大 3 1 2 答案 解析 1 2 2 將燃煤廢氣中的CO2轉(zhuǎn)化為二甲醚的反應(yīng)原理為 2CO2 g 6H2 g CH3OCH3 g 3H2O l 1 該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)表達(dá)式K 2 已知在某壓強(qiáng)下 該反應(yīng)在不同溫度 不同投料比時(shí) 達(dá)平衡時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率如圖所示 1 2 1 2 3 某溫度下 向容積一定的密閉容器中通入CO2 g 與H2 g 發(fā)生上述反應(yīng) 下列物理量不再發(fā)生變化時(shí) 能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是 A 二氧化碳的濃度B 容器中的壓強(qiáng)C 氣體的密度D CH3OCH3與H2O的物質(zhì)的量之比 1 2 4 某溫度下 在體積可變的密閉容器中 改變起始時(shí)加入各物質(zhì)的量 在不同的壓強(qiáng)下 平衡時(shí)CH3OCH3 g 的物質(zhì)的量如下表所示 p1 填 或 p2 X1 p2下 中CH3OCH3的平衡轉(zhuǎn)化率為 1 2 1 2