1、化學反應(yīng)速率和化學平衡在生活、生產(chǎn)和科學研究中的調(diào)控作用,-2-,化學反應(yīng)速率和化學平衡理論的研究本身就是為了解決生活、生產(chǎn)中存在的問題。高考題就是取材于相關(guān)研究事實,綜合考查學生化學反應(yīng)速率和化學平衡理論的運用能力。試題難度大、區(qū)分度大,運算要求高。,-3-,1.化工生產(chǎn)選擇適宜條件的一般原則 (1)從化學反應(yīng)速率分析,既不能太大,又不能太小。 (2)從化學平衡移動分析,既要注意外界條件對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)從實際生產(chǎn)能力分析,如設(shè)備承受高溫、高壓的能力等。 (5)

2、注意催化劑的活性對溫度的限制。 (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)速率并獲得適當平衡轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)條件。,-4-,2.化工生產(chǎn)中需綜合考慮的幾個方面 (1)原料的來源、除雜,尤其考慮雜質(zhì)對催化劑的影響。 (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)物的酸堿性對反應(yīng)的影響。 (5)氣體產(chǎn)物的壓強對平衡的影響。 (6)改變外界條件對多平衡體系的影響。 (7)化學反應(yīng)速率與平衡轉(zhuǎn)化率的問題。 (8)催化劑的選擇及其活性溫度問題。,-5-,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)+3H

3、2(g) 2NH3(g)H=-92.4 kJmol-1 (2)反應(yīng)特點: 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)。,-6-,-7-,(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。,-8-,-9-,(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19),控制反應(yīng)溫度600 ,并保持體系總壓為常壓的條件下進行反應(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)的量分數(shù))示意圖如下:,摻入

4、水蒸氣能提高乙苯的平衡轉(zhuǎn)化率,解釋說明該事實。 控制反應(yīng)溫度為600 的理由是。,-10-,(3)某研究機構(gòu)用CO2代替水蒸氣開發(fā)了綠色化學合成工藝乙苯-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+H2CO+H2O,CO2+C2CO。 新工藝的特點有(填編號)。 CO2與H2反應(yīng),使乙苯脫氫反應(yīng)的化學平衡右移 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,-11-,-12-,(2)在容積可變的容器中摻入水蒸氣相當于把各反應(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),

5、因此相當于減小了壓強,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;兩個反應(yīng)都消耗CO2,正確。,-13-,(2)正反應(yīng)方向氣體分子數(shù)增加,加入水蒸氣稀釋,相當于起減壓的效果 600 ,乙苯的轉(zhuǎn)化率和苯乙烯的選擇性均較高。溫度過低,反應(yīng)速率慢,轉(zhuǎn)化率低;溫度過

6、高,選擇性下降。高溫還可能使催化劑失活,且能耗大 (3),1.(2017河北衡水模擬)N2O5是一種新型硝化劑,在一定溫度下可發(fā)生以下反應(yīng): T1 時,向密閉容器中通入N2O5,部分實驗數(shù)據(jù)見下表: 下列說法中不正確的是() A.500 s內(nèi)N2O5分解速率為2.9610-3 molL-1s-1 B.T1 下的平衡常數(shù)K1=125,平衡時N2O5的轉(zhuǎn)化率為50% C.T1下的平衡常數(shù)為K1,T2溫度下的平衡常數(shù)為K2,若T1T2,則K15.00 molL-1,-14-,1,2,答案,解析,-15-,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)的化學平衡常數(shù)表達式K=; (2)已知在某壓強下,該反應(yīng)在不同溫度、不同投料比時,達平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率如圖所示:,-16-,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,能說明反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的是; A.二氧化碳的濃度 B.容器中的壓強 C.氣體的密度 D.CH3OCH3與H2O的物質(zhì)的量之比,-17-,1,2,(4)某溫度下,在體積可變的密閉容器中