2018 寒假 第十講 化學(xué)反應(yīng)速率與平衡在生產(chǎn)中的應(yīng)用

1、.第十講 化學(xué)反響速率與平衡在消費中的應(yīng)用一、復(fù)習(xí)回憶 反響條件對化學(xué)平衡的影響1溫度的影響：升高溫度，化學(xué)平衡向吸熱方向挪動；降低溫度，化學(xué)平衡向放熱方向挪動。2濃度的影響：增大反響物濃度或減小生成物濃度，化學(xué)平衡向正反響方向挪動；減小反響物濃度或增大生成物濃度，化學(xué)平衡向逆反響方向挪動。3壓強的影響：增大壓強，化學(xué)平衡向氣體分子數(shù)減小的方向挪動；減小壓強，化學(xué)平衡向氣體分子數(shù)增大的方向挪動。4催化劑：參加催化劑，化學(xué)平衡不挪動。二、知識梳理考點1：化學(xué)反響速率和化學(xué)平衡原理在合成氨中的應(yīng)用運用化學(xué)反響速率和化學(xué)平衡原理，同時考慮合成氨消費中的動力、材料、設(shè)備等因素，選擇合成氨的條件壓強、溫

2、度、濃度、催化劑等?？键c2：化學(xué)反響條件的控制控制化學(xué)反響進展的條件，可以改變化學(xué)反響的速率和化學(xué)反響進展的方向，使化學(xué)反響向著對消費、生活有利的方面轉(zhuǎn)化。一般可以通過控制以下化學(xué)反響的條件來調(diào)控化學(xué)反響的速率和化學(xué)反響進展的方向：1控制化學(xué)反響進展的外界條件的改變：主要是通過控制濃度、溫度、壓強、催化劑等外界條件的改變來調(diào)控化學(xué)反響速率和反響進展的方向。 2控制反響環(huán)境介質(zhì)的影響的改變：一樣的反響物，在不同的環(huán)境下，發(fā)生的化學(xué)反響不一樣。3.控制實驗操作的影響不同的實驗操作，會對某些化學(xué)反響會產(chǎn)生不同的影響，從而導(dǎo)致反響的產(chǎn)物和和實驗現(xiàn)象不同。1加熱操作對某些化學(xué)反響的影響2試劑添加順序操作

3、對化學(xué)反響的影響考點3：合成氨：1.合成氨的反響原理：N2g+3H2g 2NH3g298K時，H=92.2kJmol1特點：合成氨是一個氣體體積縮小的放熱的可逆反響。2.合成氨適宜條件的選擇1選擇根據(jù)：從進步反響速率的角度分析，進步反響溫度、使用催化劑、適當進步氮氫比；從平衡挪動的角度分析，降低溫度、進步壓強和適時別離反響產(chǎn)物氨；從實際消費的角度分析，溫度和壓強要與消費實際相適應(yīng)。2選擇原那么：能加快反響速率；進步原料的利用率；進步單位時間內(nèi)的產(chǎn)量；對設(shè)備條件要求不能太高。3合成氨的適宜條件：使用催化劑；適宜的壓強：21075107Pa；適宜的溫度：500左右；及時別離出氨和及時補充氮氣和氫氣

4、。4合成氨的簡要流程：考點4：“三段式法解答化學(xué)平衡計算題1步驟1寫出有關(guān)化學(xué)平衡的反響方程式。2確定各物質(zhì)的起始濃度、轉(zhuǎn)化濃度、平衡濃度。3根據(jù)條件建立等式關(guān)系并做解答。2方法如mAgnBg pCgqDg，令A(yù)、B起始物質(zhì)的量濃度分別為a mol/L、b mol/L，到達平衡后消耗A的物質(zhì)的量濃度為mx mol/L。mAgnBgpCgqDg起始mol/L ab 00變化mol/L mx nx px qx平衡mol/L amx bnx px qxK3說明1對于反響物：c平c始c變；對于生成物：c平c始c變。2各物質(zhì)的轉(zhuǎn)化濃度之比等于化學(xué)方程式中化學(xué)計量數(shù)之比。3轉(zhuǎn)化率100%三、例題精析【例題

5、1】用Cl2消費某些含氯有機物時會產(chǎn)生副產(chǎn)物HCl。利用反響A，可實現(xiàn)氯的循環(huán)利用。反響A：4HClO22Cl22H2O對于反響A，以下圖是在4種投料比nHClnO2，分別為11、21、41、61下，反響溫度對HCl平衡轉(zhuǎn)化率影響的曲線。1曲線b對應(yīng)的投料比是_。2當曲線b、c、d對應(yīng)的投料比到達一樣的HCl平衡轉(zhuǎn)化率時，對應(yīng)的反響溫度與投料比的關(guān)系是_。3投料比為21、溫度為400 時，平衡混合氣中Cl2的物質(zhì)的量分數(shù)是_。【答案】1412投料比越高，對應(yīng)的反響溫度越低330.8%【解析】1根據(jù)O2越多HCl的轉(zhuǎn)化率越大，可知a、b、c、d曲線的投料比分別為61、41、21、11。2根據(jù)曲線

6、可知，當b、c、d曲線HCl到達一樣轉(zhuǎn)化率時，投料比越高，對應(yīng)的反響溫度越低。3設(shè)nHCl2 mol，nO21 mol，根據(jù)反響曲線可知，當溫度為400 時，HCl的轉(zhuǎn)化率為80%，那么有：4HClO2 2Cl22H2O開場： 2 mol 1 mol 0 0變化： 1.6 mol 0.4 mol 0.8 mol 0.8 mol平衡： 0.4 mol 0.6 mol 0.8 mol 0.8 mol因此平衡混合氣中Cl2的物質(zhì)的量分數(shù)是100% 30.8%?！纠}2】煤化工中常需研究不同溫度下平衡常數(shù)、投料比及產(chǎn)率等問題。：COgH2Og H2gCO2g的平衡常數(shù)隨溫度的變化如下表：溫度/4005

7、008301 000平衡常數(shù)K10910.6試答復(fù)以下問題：1上述反響的正反響的是_反響填“放熱或“吸熱。2某溫度下，上述反響到達平衡后，保持容器體積不變升高溫度，正反響速率_填“增大“減小或“不變，容器內(nèi)混合氣體的壓強_填“增大“減小或“不變。3830 時，在恒容反響器中發(fā)生上述反響，按下表中的物質(zhì)的量投入反響混合物，其中向正反響方向進展的有_選填字母。ABCDnCO2/mol3101nH2/mol2101nCO/mol1230.5nH2O/mol52324830 時，在2 L的密閉容器中參加4 mol COg和6 mol H2Og到達平衡時，CO的轉(zhuǎn)化率是_?！敬鸢浮?放熱2增大增大3BC

8、460%【解析】1由表格可知，升溫，化學(xué)平衡常數(shù)減小，故正反響為放熱反響。2升高溫度，正、逆反響速率均增大；容器體積不變的情況下，升高溫度，那么容器內(nèi)混合氣體的壓強增大。3830 時，化學(xué)平衡常數(shù)為1，即假設(shè)nCO2nH2nCOnH2O，那么反響向正方向進展，符合此要求的是B、C。4830 時，化學(xué)平衡常數(shù)為1，COgH2Og H2gCO2g 起始濃度mol/L 2 3 0 0 轉(zhuǎn)化濃度mol/L x x x x 平衡濃度mol/L 2x 3x x x平衡常數(shù)K1，解得x1.2，那么CO的轉(zhuǎn)化率100%60%?！纠}3】工業(yè)上用化學(xué)氣相沉積法制備氮化硅,其反響如下:3SiCl4g+2N2g+6

9、H2gSi3N4s+12HClgH0I反響的平衡常數(shù)表達式K_，假設(shè)K1，向某恒容容器中參加1 mol I2 g和足量TaS2s，I2 g的平衡轉(zhuǎn)化率為_。2如圖所示，反響在石英真空管中進展，先在溫度為T2的一端放入未提純的TaS2粉末和少量I2 g，一段時間后，在溫度為T1的一端得到了純潔TaS2晶體，那么溫度T1_T2填“或“。上述反響體系中循環(huán)使用的物質(zhì)是_。3利用I2的氧化性可測定鋼鐵中硫的含量。做法是將鋼樣中的硫轉(zhuǎn)化成H2SO3，然后用一定濃度的I2溶液進展滴定，所用指示劑為_，滴定反響的離子方程式為_。425時，H2SO3HSOH的電離常數(shù)Ka1102molL1，那么該溫度下NaH

10、SO3水解反響的平衡常數(shù)Kh_molL1，假設(shè)向NaHSO3溶液中參加少量的I2，那么溶液中將_填“增大“減小或“不變?！敬鸢浮?1cTaI4cS2/c2I266.7%2I23淀粉I2H2SO3H2O=4H2ISO411012增大【解析】1反響中，TaS2為固體，那么平衡常數(shù)表達式KcTaI4cS2/c2I2。設(shè)平衡時，I2轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為x，那么有TaS2s2I2g TaI4gS2g起始/mol 1 0 0轉(zhuǎn)化/mol x 0.5x 0.5x平衡/mol 1x 0.5x 0.5x此時平衡常數(shù)K為1，那么有0.5x0.5x/1x21，從而可得x2/3 mol，I2g的轉(zhuǎn)化率為2/3 mol/1

11、 mol100%66.7%。2由題意可知，未提純的TaS2粉末變成純潔TaS2晶體，要經(jīng)過兩步轉(zhuǎn)化：TaS22I2=TaI4S2，TaI4S2=TaS22I2，即反響先在溫度T2端正向進展，后在溫度T1端逆向進展，反響的H大于0，因此溫度T1小于T2，該過程中循環(huán)使用的是I2。3淀粉遇單質(zhì)I2顯藍色，利用I2溶液滴定H2SO3時，常用淀粉作指示劑，到達終點時，溶液由無色變成藍色，滴定反響的離子方程式為I2H2SO3H2O=4H2ISO。4H2SO3的電離常數(shù)KacHSOcH/cH2SO31102 molL1，水的離子積常數(shù)KWcHcOH11014mol2L2，綜上可得KacHSOKW/cH2S

12、O3cOH。NaHSO3溶液中HSO的水解反響為HSOH2OH2SO3OH，那么水解平衡常數(shù)KhcH2SO3cOH/cHSOKW/Ka11014mol2L2/1102molL111012molL1。NaHSO3溶液中參加少量I2，二者發(fā)生氧化復(fù)原反響，溶液中cHSO減小，HSO的水解程度增大，cH2SO3/cHSO將增大?！痉€(wěn)固】1. 甲醇是一種很好的燃料,工業(yè)上用CH4和H2O為原料,通過反響和來制備甲醇。1將1.0 mol CH4和2.0 mol H2Og通入反響室容積為100 L,在一定條件下發(fā)生反響:CH4g+H2OgCOg+3H2g。CH4的轉(zhuǎn)化率與溫度、壓強的關(guān)系如以下圖。100

13、壓強為p1時到達平衡所需的時間為5 min,那么用H2表示的平均反響速率為。圖中的p1p2填“或“=,100 壓強為p2時平衡常數(shù)為。該反響的H0填“或“=。2在一定條件下,將a mol CO與3a mol H2的混合氣體在催化劑作用下能自發(fā)反響生成甲醇: COg+2H2gCH3OHgH0 假設(shè)容器容積不變,以下措施可增加甲醇產(chǎn)率的是 A.升高溫度B.將CH3OHg從體系中別離C.充入He,使體系總壓強增大D.再充入1 mol CO和3 mol H2為了尋找合成甲醇的溫度和壓強的適宜條件,某同學(xué)設(shè)計了三組實驗,部分實驗條件已經(jīng)填在下面實驗表格中。A.下表中剩余的實驗條件數(shù)據(jù):a=;b=。B.根

14、據(jù)反響的特點,以下圖是在壓強分別為0.1 MPa和5 MPa下CO的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線圖,請指明圖中的壓強px=MPa。實驗編號T/nCO/nH2p/MPa11501/30.12a1/353350b5【答案】10.003 0 molL-1min-1 2BD1500.1【解析】1vH2=3vCH4=3=0.003 0 molL-1min-1;根據(jù)反響式可知增大壓強平衡左移,轉(zhuǎn)化率減小,所以p1p2;用“三部曲可求出在100 壓強為p1時平衡時各物質(zhì)的濃度分別為cCH4=0.005 molL-1、cH2O=0.015 molL-1、cCO=0.005 molL-1、cH2=0.015 molL

15、-1,K=2.2510-4;2C選項相當于減壓、D選項相當于加壓;設(shè)計實驗應(yīng)該只有一個變量,實驗1、2壓強不同,溫度一樣;實驗2、3溫度不同,其他一樣;壓強越大轉(zhuǎn)化率越高,px的壓強小?！景胃摺?1. 工業(yè)上采用乙苯與CO2脫氫消費重要化工原料苯乙烯來源:1g+CO2gg+COg+H2OgH=-166 kJmol-11乙苯與CO2反響的平衡常數(shù)表達式為:K=。假設(shè)該反響在絕熱、恒容的密閉體系中進展,以下示意圖正確且能說明反響在進展到t1時刻到達平衡狀態(tài)的是填代號。2在3 L密閉容器內(nèi),乙苯與CO2的反響在三種不同的條件下進展實驗,乙苯、CO2的起始濃度分別為1.0 molL-1和3.0 mol

16、L-1,其中實驗在T1,0.3 MPa,而實驗、分別改變了實驗其他條件;乙苯的濃度隨時間的變化如圖1所示。圖1 圖2實驗乙苯在050 min時的反響速率為。實驗可能改變的條件是。圖2是實驗中苯乙烯體積分數(shù)V%隨時間t的變化曲線,請在圖2中補畫實驗中苯乙烯體積分數(shù)V%隨時間t的變化曲線。3假設(shè)實驗中將乙苯的起始濃度改為1.2 molL-1,其他條件不變,乙苯的轉(zhuǎn)化率將填“增大“減小或“不變,計算此時平衡常數(shù)為。【答案】1K=BD 20.012 molL-1min-1參加催化劑3減小0.225【解析】 1B選項,因為是絕熱容器,化學(xué)平衡發(fā)生挪動,體系溫度改變,平衡常數(shù)也改變,所以平衡常數(shù)不再隨時間

17、的改變而改變,一定是化學(xué)平衡狀態(tài);2實驗比化學(xué)反響速率快,但平衡狀態(tài)一樣,只能是參加催化劑;實驗化學(xué)反響速率加快,平衡時乙苯的濃度增大,苯乙烯的百分含量減小;3只改變濃度,所以平衡常數(shù)與實驗一樣,K=0.225。2.某溫度下反響2AgBgCgH0的平衡常數(shù)K4此溫度下，在1L的密閉容器中參加A，反響到某時刻測得A、B、C的物質(zhì)的量濃度molL1分別為：0.4，0.6，0.6，以下說法正確的選項是A. 溫度升高，該反響反響速率加快，平衡常數(shù)增大B. 題目所述的某時刻正、逆反響速率的大小為V正V逆C. 經(jīng)10min反響到達平衡，那么該時間內(nèi)反響速率vA為0.064mol/LminD. 平衡時，再參

18、加與起始等量的A，達新平衡后A的轉(zhuǎn)化率增大【答案】B【解析】A升溫，速率加快；該反響是放熱反響，升溫平衡向吸熱方向挪動，即逆方向挪動，平衡常數(shù)K減小，故A錯誤；B此時Qc生成物濃度冪之積反響物濃度冪之積0.60.60422.25K4，那么此時未達平衡，向正方向進展，正方向速率占優(yōu)勢，那么V正V逆，故B正確；C由題中數(shù)據(jù)可知A的起起始濃度為1.6amol/l，設(shè)平衡時，A的濃度為amol/l， 2Ag Bg Cg起始濃度mol/l：1.6 0 0變化濃度mol/l：1.6a 1.6a/2 1.6a/2平衡濃度mol/l：a 1.6a/2 1.6a/2根據(jù)K平衡時生成物濃度冪之積平衡時反響物濃度冪

19、之積1.6a21.6a2a24，解得a0.32，那么A變化濃度為1.60.32mol/l，所以vAct1.60.32mol/L10min0.128mol/L，故C錯誤；D平衡時，再參加與起始等量的A，到達新的平衡時，與一次性參加2倍的A屬于等效平衡，在一樣條件下，取2個一樣的1L容器，分別參加等量的A，一段時間后，都到達化學(xué)平衡狀態(tài)，這兩個平衡完全等效，再壓縮成1L，對于反響2AgBgCg，前后體積不變，那么平衡不挪動，所以A的轉(zhuǎn)化率不變，故D錯誤；應(yīng)選：B。五、課后作業(yè)【根底】1.恒溫下，容積均為2 L的密閉容器M、N中，分別有以下兩種起始投料建立的可逆反響3Ag2Bg2CgxDs的化學(xué)平衡

20、狀態(tài)，相關(guān)數(shù)據(jù)如下：M：3 mol A、2 mol B,2 min到達平衡，生成D 1.2 mol，測得從反響開場到平衡C的速率為0.3 molL1min1；N：2 mol C、y mol D，到達平衡時cA0.6 molL1。以下結(jié)論中不正確的選項是 A.x2B.平衡時M中cA0.6 molL1C.y0.8D.M中B的轉(zhuǎn)化率與N中C的轉(zhuǎn)化率之和為12.將水煤氣轉(zhuǎn)化成合成氣，然后合成各種油品和石化產(chǎn)品是化工的極為重要的領(lǐng)域。除去水蒸氣后的水煤氣主要含H2、CO、CO2及少量的H2S、CH4，繼續(xù)除去H2S后，可采用催化或非催化轉(zhuǎn)化技術(shù)，將CH4轉(zhuǎn)化成CO，得到CO、CO2和H2的混合氣體，是理

21、想的合成甲醇原料氣。1制水煤氣的主要化學(xué)反響方程式為：Cs+H2OgCOg+H2g，此反響是吸熱反響。此反響的化學(xué)平衡常數(shù)表達式為 。以下能增大碳的轉(zhuǎn)化率的措施是 。A參加Cs B參加H2OgC升高溫度 D增大壓強2將CH4轉(zhuǎn)化成CO，工業(yè)上常采用催化轉(zhuǎn)化技術(shù)，其反響原理為：CH4g+3/2O2g COg+2H2Og H=-519 kJ/mol。工業(yè)上要選擇適宜的催化劑，分別對X、Y、Z三種催化劑進展如下實驗其他條件一樣X在750時催化效率最高，能使正反響速率加快約3105倍；Y在600時催化效率最高，能使正反響速率加快約3105倍；Z在440時催化效率最高，能使逆反響速率加快約1106倍；根據(jù)上述信息，你認為在消費中應(yīng)該選擇的適宜催化劑是 填“X、“Y或“Z，選擇的理由是 。31一定溫度下，在恒容密閉容器中NO2與O2反響如下：4NO2gO2g 2N2O5g；假設(shè)K350