大單元整合|提能力驗(yàn)考情六化工生產(chǎn)中的適宜條件1.化工生產(chǎn)適宜條件選擇的一般原則外界條件有利于加快速率的條件控制有利于平衡正向移動(dòng)的條件控制綜合分析結(jié)果濃度增大反應(yīng)物的濃度增大反應(yīng)物的濃度，減小生成物的濃度不斷補(bǔ)充反應(yīng)物，及時(shí)分離出生成物催化劑加合適的催化劑縮短達(dá)到平衡的時(shí)間加合適的催化劑溫度高溫ΔH＜0低溫兼顧速率和平衡，考慮催化劑的適宜溫度ΔH＞0高溫在設(shè)備條件允許的前提下，盡量采取高溫，并考慮催化劑的活性壓強(qiáng)高壓(有氣體參加)反應(yīng)后氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)高壓在設(shè)備條件允許的前提下，盡量采取高壓反應(yīng)后氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)低壓兼顧反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率，選取適宜的壓強(qiáng)備注從原料的利用率分析，通過增加易得廉價(jià)原料，提高難得高價(jià)原料的利用率，從而降低生產(chǎn)成本2.工業(yè)合成氨條件選擇條件溫度壓強(qiáng)投料比催化劑循環(huán)操作具體內(nèi)容400～50010～30MPaeq\f(nN2,nH2)＝eq\f(1,2.8)鐵觸媒采用循環(huán)操作，提高原料利用率催化劑與化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)平衡1.有催化劑參加的反應(yīng)稱為催化反應(yīng)。催化反應(yīng)一般分為均相催化反應(yīng)和多相催化反應(yīng)。(1)均相催化：催化劑與反應(yīng)物狀態(tài)一致。(2)多相催化：催化劑與反應(yīng)物狀態(tài)不一致。2.多相催化反應(yīng)中催化劑經(jīng)常是固體，多相催化是在催化劑表面進(jìn)行的。反應(yīng)的主要步驟：反應(yīng)物分子擴(kuò)散到固體催化劑表面并被吸附；被吸附在催化劑表面的反應(yīng)物分子發(fā)生反應(yīng)，生成產(chǎn)物；產(chǎn)物分子從固體催化劑表面脫附并擴(kuò)散離開催化劑。(1)合成氨的催化歷程示意圖如下：①eq\f(nN2,nH2)＝eq\f(1,2.8)，氮?dú)膺^量的原因熱力學(xué)原因：與H2相比，N2容易獲得，適度過量有利于提高H2的轉(zhuǎn)化率。動(dòng)力學(xué)原因：N2在催化劑表面吸附是決速步驟，合理地占據(jù)活性位點(diǎn)，有利于提高整體反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率。②NH3的濃度過大，反應(yīng)速率減慢的原因熱力學(xué)原因：NH3的濃度過大，分壓較大，不利于反應(yīng)正向進(jìn)行。動(dòng)力學(xué)原因：NH3的濃度過大，不利于脫附和擴(kuò)散，過多地占據(jù)活性位點(diǎn)，阻礙反應(yīng)進(jìn)行。(2)多相催化的思維模型3.催化劑“四能”“四不能”4.催化劑與轉(zhuǎn)化率(或產(chǎn)率)(1)轉(zhuǎn)化率(或產(chǎn)率)分平衡前轉(zhuǎn)化率(或產(chǎn)率)和平衡轉(zhuǎn)化率(或平衡產(chǎn)率)，催化劑加快反應(yīng)速率，使平衡前轉(zhuǎn)化率(或產(chǎn)率)提高，但不能改變平衡轉(zhuǎn)化率(或平衡產(chǎn)率)。(2)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中大多數(shù)反應(yīng)未達(dá)到平衡就流出反應(yīng)器，所以實(shí)際轉(zhuǎn)化率總比平衡轉(zhuǎn)化率低。但反應(yīng)速率提高，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)量提高，目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率相應(yīng)得以提升?；瘜W(xué)反應(yīng)速率及影響因素1.(2024·甘肅卷)下列措施能降低化學(xué)反應(yīng)速率的是()A.催化氧化氨制備硝酸時(shí)加入鉑B.中和滴定時(shí)，邊滴邊搖錐形瓶C.鋅粉和鹽酸反應(yīng)時(shí)加水稀釋D.石墨合成金剛石時(shí)增大壓強(qiáng)2.(2024·江蘇卷)催化劑有選擇性，如C2H4與O2反應(yīng)用Ag催化生成(環(huán)氧乙烷)、用CuCl2/PdCl2催化生成CH3CHO。下列說法正確的是()A.豆科植物固氮過程中，固氮酶能提高該反應(yīng)的活化能B.C2H4與O2反應(yīng)中，Ag催化能提高生成CH3CHO的選擇性C.H2O2制O2反應(yīng)中，MnO2能加快化學(xué)反應(yīng)速率D.SO2與O2反應(yīng)中，V2O5能減小該反應(yīng)的焓變3.(2024·安徽卷)室溫下，為探究納米鐵去除水樣中SeOeq\o\al(2－,4)的影響因素，測得不同條件下SeOeq\o\al(2－,4)濃度隨時(shí)間變化關(guān)系如圖所示。實(shí)驗(yàn)序號(hào)水樣體積/mL納米鐵質(zhì)量/mg水樣初始pH①5086②5026③5028下列說法正確的是()A.實(shí)驗(yàn)①中，0～2h內(nèi)平均反應(yīng)速率v(SeOeq\o\al(2－,4))＝2.0mol/(L·h)B.實(shí)驗(yàn)③中，反應(yīng)的離子方程式為2Fe＋SeOeq\o\al(2－,4)＋8H＋=2Fe3＋＋Se＋4H2OC.其他條件相同時(shí)，適當(dāng)增加納米鐵質(zhì)量可加快反應(yīng)速率D.其他條件相同時(shí)，水樣初始pH越小，SeOeq\o\al(2－,4)的去除效果越好化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡及其圖像4.(2024·浙江6月卷)二氧化碳氧化乙烷制備乙烯，主要發(fā)生如下兩個(gè)反應(yīng)：Ⅰ.C2H6(g)＋CO2(g)C2H4(g)＋CO(g)＋H2O(g)ΔH1>0Ⅱ.C2H6(g)＋2CO2(g)4CO(g)＋3H2(g)ΔH2>0向容積為10L的密閉容器中投入2molC2H6和3molCO2，不同溫度下，測得5min時(shí)(反應(yīng)均未平衡)的相關(guān)數(shù)據(jù)見下表。下列說法不正確的是()溫度/℃400500600乙烷轉(zhuǎn)化率/%2.29.017.8乙烯選擇性/%92.680.061.8注：乙烯選擇性＝eq\f(轉(zhuǎn)化為乙烯的乙烷的物質(zhì)的量,轉(zhuǎn)化的乙烷的總物質(zhì)的量)×100%。A.反應(yīng)活化能：Ⅰ<ⅡB.500℃時(shí)，0～5min反應(yīng)Ⅰ的平均速率v(C2H4)＝2.88×10－3C.其他條件不變，平衡后及時(shí)移除H2O(g)，可提高乙烯的產(chǎn)率D.其他條件不變，增大投料比[eq\f(nC2H6,nCO2)]投料，平衡后可提高乙烷轉(zhuǎn)化率5.(2024·黑吉遼卷)異山梨醇是一種由生物質(zhì)制備的高附加值化學(xué)品，150℃時(shí)其制備過程及相關(guān)物質(zhì)濃度隨時(shí)間變化如圖所示，15h后異山梨醇濃度不再變化。下列說法錯(cuò)誤的是A.3h時(shí)，反應(yīng)②正、逆反應(yīng)速率相等B.該溫度下的平衡常數(shù)：①>②C.0～3h平均速率v(異山梨醇)＝0．014mol/(kg·h)D.反應(yīng)②加入催化劑不改變其平衡轉(zhuǎn)化率6.(2024·江蘇卷)二氧化碳加氫制甲醇的過程中的主要反應(yīng)如下(忽略其他副反應(yīng))：①CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g)ΔH1＝＋41.2kJ/mol②CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)ΔH2225℃、8×106Pa下，將一定比例CO2、H2混合氣勻速通過裝有催化劑的絕熱反應(yīng)管。裝置及L1、L2、L3…位點(diǎn)處(相鄰位點(diǎn)距離相同)的氣體溫度、CO和CH3OH的體積分?jǐn)?shù)如圖所示。下列說法正確的是A.L4處與L5處反應(yīng)①的平衡常數(shù)K相等B.反應(yīng)②的焓變?chǔ)2>0C.L6處的H2O的體積分?jǐn)?shù)大于L5處D.混合氣從起始到通過L1處，CO的生成速率小于CH3OH的生成速率催化劑與反應(yīng)機(jī)理7.(2024·甘肅卷)甲烷在某含Mo催化劑作用下部分反應(yīng)的能量變化如圖所示。下列說法錯(cuò)誤的是()A.E2＝1.41eVB.步驟2逆向反應(yīng)的ΔH＝＋0.29eVC.步驟1的反應(yīng)比步驟2快D.該過程實(shí)現(xiàn)了甲烷的氧化8.(2024·安徽卷)某溫度下，在密閉容器中充入一定量的X(g)，發(fā)生下列反應(yīng)：X(g)Y(g)(ΔH1<0)，Y(g)Z(g)(ΔH2<0)，測得各氣體濃度與反應(yīng)時(shí)間的關(guān)系如圖所示。下列反應(yīng)進(jìn)程示意圖符合題意的是()ABCD9.(2024·北京卷)苯在濃硝酸和濃硫酸作用下，反應(yīng)過程中能量變化示意圖如圖所示。下列說法不正確的是()A.從中間體到產(chǎn)物，無論從產(chǎn)物穩(wěn)定性還是反應(yīng)速率的角度均有利于產(chǎn)物ⅡB.X為苯的加成產(chǎn)物，Y為苯的取代產(chǎn)物C.由苯得到M時(shí)，苯中的大π鍵沒有變化D.對(duì)于生成Y的反應(yīng)，濃硫酸作催化劑10.(2024·貴州卷)AgCN與CH3CH2Br可發(fā)生取代反應(yīng)，反應(yīng)過程中CN－的C原子和N原子均可進(jìn)攻CH3CH2Br，分別生成腈(CH3CH2CN)和異腈(CH3CH2NC)兩種產(chǎn)物。通過量子化學(xué)計(jì)算得到的反應(yīng)歷程及能量變化如圖(TS為過渡態(tài)，Ⅰ、Ⅱ?yàn)楹罄m(xù)物)。由圖示信息，下列說法錯(cuò)誤的是()A.從CH3CH2Br生成CH3CH2CN和CH3CH2NC的反應(yīng)都是放熱反應(yīng)B.過渡態(tài)TS1是由CN－的C原子進(jìn)攻CH3CH2Br的α-C而形成的C.Ⅰ中“N—Ag”之間的作用力比Ⅱ中“C—Ag”之間的作用力弱D.生成CH3CH2CN放熱更多，低溫時(shí)CH3CH2CN是主要產(chǎn)物11.(2024·河北卷改編)我國科技工作者設(shè)計(jì)了某可充電Mg-CO2電池，以Mg(TFSI)2為電解質(zhì)，電解液中加入1,3-丙二胺(PDA)以捕獲CO2，使放電時(shí)CO2還原產(chǎn)物為MgC2O4。對(duì)上述電池放電時(shí)CO2的捕獲和轉(zhuǎn)化過程開展了進(jìn)一步研究，電極上CO2轉(zhuǎn)化的三種可能反應(yīng)路徑及相對(duì)能量變化如圖所示(*表示吸附態(tài))。下列說法錯(cuò)誤的是()A.PDA捕獲CO2的反應(yīng)為B.路徑2是優(yōu)先路徑，速控步驟反應(yīng)式為C.路徑1、3經(jīng)歷不同的反應(yīng)步驟但產(chǎn)物相同；路徑2、3起始物相同但產(chǎn)物不同D.三個(gè)路徑速控步驟均涉及*COeq\o\al(*－,2)轉(zhuǎn)化，路徑2、3的速控步驟均伴有PDA再生12.(2024·江蘇卷)氫能是理想清潔能源，氫能產(chǎn)業(yè)鏈由制氫、儲(chǔ)氫和用氫組成。(1)一定條件下，將氮?dú)夂蜌錃獍磏(N2)∶n(H2)＝1∶3混合勻速通入合成塔，發(fā)生反應(yīng)N2＋3H2eq\o(,\s\up7(α-Fe/Al2O3),\s\do5(高溫、高壓))2NH3。海綿狀的α-Fe作催化劑，多孔Al2O3作為α-Fe的“骨架”和氣體吸附劑。①H2中含有CO會(huì)使催化劑中毒。CH3COO[Cu(NH3)2]和氨水的混合溶液能吸收CO生成CH3COO[Cu(NH3)3CO]溶液，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。②Al2O3含量與α-Fe表面積、出口處氨含量關(guān)系如圖1所示。Al2O3含量大于2%，出口處氨含量下降的原因是_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。圖1圖2圖3(2)反應(yīng)H2＋HCOeq\o\al(－,3)eq\o(=,\s\up7(催化劑))HCOO－＋H2O可用于儲(chǔ)氫。①密閉容器中，其他條件不變，向含有催化劑的0.1mol/LNaHCO3溶液中通入H2，HCOO－產(chǎn)率隨溫度變化如圖2所示。溫度高于70℃，HCOO－產(chǎn)率下降的可能原因是____________________________________________________________________________________________________________②使用含氨基物質(zhì)(化學(xué)式為CN—NH2，CN是一種碳衍生材料)聯(lián)合Pd-Au催化劑儲(chǔ)氫，可能機(jī)理如圖3所示。氨基能將HCOeq\o\al(－,3)控制在催化劑表面，其原理是__________________________________________________________________；用重氫氣(D2)代替H2，通過檢測是否存在______________________________(填化學(xué)式)確認(rèn)反應(yīng)過程中的加氫方式?；瘜W(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡綜合13.(2024·安徽卷)乙烯是一種用途廣泛的有機(jī)化工原料。由乙烷制乙烯的研究備受關(guān)注。[乙烷制乙烯](1)C2H6氧化脫氫反應(yīng)：①2C2H6(g)＋O2(g)=2C2H4(g)＋2H2O(g)ΔH1＝－209.8kJ/mol②C2H6(g)＋CO2(g)=C2H4(g)＋H2O(g)＋CO(g)ΔH2＝＋178.1kJ/mol計(jì)算：2CO(g)＋O2(g)=2CO2(g)ΔH3＝____________kJ/mol(2)C2H6直接脫氫反應(yīng)為C2H6(g)=C2H4(g)＋H2(g)ΔH4，C2H6的平衡轉(zhuǎn)化率與溫度和壓強(qiáng)的關(guān)系如圖所示，則ΔH4___0(填“>”“<”或“＝”)。下列條件中，達(dá)到平衡時(shí)轉(zhuǎn)化率最接近40%的是___(填字母)。a.600℃b.700℃c.800℃(3)一定溫度和壓強(qiáng)