化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化--工業(yè)合成氨

1、課題：第4節(jié) 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨課本：化學(xué)反應(yīng)原理山東科學(xué)技術(shù)出版社知識與技能：.了解如何應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理分析合成氨的適宜條件；.了解應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)原理分析化工生產(chǎn)條件的思路和方法，體驗實際生產(chǎn)條件的選擇與理論分析的差異；通過對合成氨適宜條件的分析，認識化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的控制在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用。過程與方法：在化學(xué)反應(yīng)的方向、限度、速率等理論為指導(dǎo)的基礎(chǔ)上帶領(lǐng)學(xué)生選擇適宜的反應(yīng)條件，引導(dǎo)學(xué)生考慮合成氨生產(chǎn)中動力、設(shè)備、材料生產(chǎn)效率等因素，尋找工業(yè)合成氨生產(chǎn)的最佳條件。情感態(tài)度與價值觀：認識化學(xué)反應(yīng)原理在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用，提升學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)的價值的認識，從而贊賞

2、化學(xué)科學(xué)對個人生活和社會發(fā)展的貢獻。教學(xué)重難點：應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡原理選擇合成氨的適宜條件。課型：新課課時安排：課時教學(xué)過程：【提問】影響化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的重要因素有哪些？【學(xué)生】回答【注意】催化劑只能改變化學(xué)反應(yīng)速率，不能改變化學(xué)平衡狀態(tài)?！窘處煛拷裉爝@節(jié)課我們就看看如何利用化學(xué)反應(yīng)的有關(guān)知識將一個化學(xué)反應(yīng)實現(xiàn)工業(yè)化，我們以工業(yè)合成氨為例。首先我們看看合成氨的有關(guān)背景?！就队啊空故靖ダ锎墓膱D像【投影】弗里茨哈伯與合成氨合成氨從第一次實驗室研制到工業(yè)化投產(chǎn)經(jīng)歷了約150年的時間。德國科學(xué)家哈伯在10年的時間內(nèi)進行了無數(shù)次的探索，單是尋找高效穩(wěn)定的催化劑，2年間他們就進行了多達

3、6500次試驗，測試了2500種不同的配方，最后選定了一種合適的催化劑，使合成氨的設(shè)想在1913年成為工業(yè)現(xiàn)實。鑒于合成氨工業(yè)的實現(xiàn)，瑞典皇家科學(xué)院于1918年向哈伯頒發(fā)了諾貝爾化學(xué)獎?！就队安⒅v解】化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)動力學(xué)化學(xué)反應(yīng)的方向化學(xué)反應(yīng)的限度化學(xué)反應(yīng)的速率工藝流程化學(xué)工藝學(xué)高壓對設(shè)備材質(zhì)、加工制造的要求、溫度的催化劑活性的影響等合成氨反應(yīng)能否自發(fā)怎樣能促使化學(xué)反應(yīng)向合成氨方向移動怎樣能提高合成氨反應(yīng)速率適宜的合成氨條件【交流研討】P65 合成氨反應(yīng)是一個可逆反應(yīng): N2(g)+3H2(g)2NH3(g)已知298K時: H= -92.2KJmol1 ， S = -198.2JK1mol1

4、請根據(jù)正反應(yīng)的焓變和熵變分析298K下合成氨反應(yīng)能否自發(fā)進行？298K下合成氨反應(yīng)的平衡常數(shù)K為4.1106（molL1)2【學(xué)生】假設(shè)H和S不隨溫度變化，算得T465.2K ?！咎釂枴坑^察合成氨的化學(xué)反應(yīng)，說明合成反應(yīng)的特點：【投影】N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) H -92.2kJ/mol(1體積) (3體積) (2體積)【學(xué)生】可逆反應(yīng) 熵減小的反應(yīng) 正反應(yīng)氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小 正反應(yīng)是放熱反應(yīng)【板書】第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨一、合成氨反應(yīng)的限度【交流研討】請利用化學(xué)平衡移動的知識分析什么條件有利于氨的合成。P65【投影】NH3%0.30.20.11：1 1：2 1：

5、3 1：4 1：5 1：6n(N2):n(H2) SHAPE * MERGEFORMAT 【學(xué)生回答】 降低 溫度、 增大 壓強有利于化學(xué)平衡向生成氨的方向移動，N2、H2體積比為 1：3 時平衡混合物中氨的含量最高。【板書】二、合成氨反應(yīng)的速率【交流研討】P66 1、你認為可以通過控制那些反應(yīng)條件來提高合成氨反應(yīng)的速率？2、實驗研究表明，在特定條件下，合成氨反應(yīng)的速率與反應(yīng)的物質(zhì)的濃度的關(guān)系為: =C(N2)C1. 5(H2)C1(NH3) ， 請你根據(jù)關(guān)系式分析：各物質(zhì)的濃度對反應(yīng)速率有哪些影響？可以采取哪些措施來提高反應(yīng)速率？3、請你根據(jù)下表所給的數(shù)據(jù)分析催化劑對合成氨反應(yīng)速率的影響：條

6、件 E /KJ/molk(催)/k(無)無催化劑3353.41012(700k)使用Fe催化劑167催化劑對合成氨反應(yīng)速率的影響【學(xué)生回答】1.升高溫度 增大壓強 增大反應(yīng)物濃度 使用催化劑2.增大N2、H2濃度,將氨及時從混合氣中分離出去3.使用催化劑可使合成氨反應(yīng)的速率提高上萬億倍?！景鍟咳⒑铣砂钡倪m宜條件【投影】合成氨的適宜條件的選擇外界條件使NH3生產(chǎn)得快使NH3生產(chǎn)得多速率分析平衡分析壓強高壓高壓溫度高溫低溫催化劑使用無影響反應(yīng)物的濃度增大濃度增大濃度生成物氨的濃度減小濃度減小濃度【交流研討】研討的內(nèi)容研討的問題研討的結(jié)構(gòu)1、既然增大壓強既可提高反應(yīng)速率，又可提高氨的產(chǎn)量，那么在

7、合成氨工業(yè)中壓強是否越大越好？壓強怎么定？2、既然降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動，那么生產(chǎn)中是否溫度越低越好溫度怎么選擇？3 、催化劑對化學(xué)平衡的移動沒有影響， 在合成氨工業(yè)中要不要使用催化劑，為什么？要不要用催化劑？【分析】1、壓強怎么選？合成氨反應(yīng)是氣態(tài)物質(zhì)系數(shù)減小的氣體反應(yīng)，增大壓強既可以增大反應(yīng)速率，又能使平衡正向移動，所以理論上壓強越大越好。 但是壓強越大，對設(shè)備的要求高、壓縮H2和N2所需要的動力大，因此選擇壓強應(yīng)符合實際科學(xué)技術(shù)。【結(jié)論】綜合以上兩點:根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標來選擇壓強?！痉治觥?、溫度怎么選擇？因為正反應(yīng)方向是放熱的反應(yīng)，所以降低溫度有利于平衡

8、正向移動。 可是溫度越低，反應(yīng)速率越小，達到平衡所需要的時間越長，因此溫度也不宜太低。催化劑要在一定溫度下催化活性最大?！窘Y(jié)論】綜合以上因素:實際生產(chǎn)中溫度一般選擇在700K左右（主要考慮催化劑的活性）?！痉治觥?、用不用催化劑？經(jīng)濟效益和社會效益要求化學(xué)反應(yīng)速度要快， 原料的利用率要高，單位時間的產(chǎn)量要高?！窘Y(jié)論】實際生產(chǎn)中選用鐵為主體的多成分催化劑（鐵觸媒），它在700K時活性最高。【分析】4、濃度怎么定？ N2和H2的比例怎么定？增大反應(yīng)物的濃度可以增大反應(yīng)速率，減小生成物的濃度可以使平衡正向移動。從化學(xué)平衡的角度分析，在氮氣和氫氣的物質(zhì)的量比為1：3時，平衡轉(zhuǎn)化率最大，但是實驗測得適當(dāng)

9、提高N2的濃度，即N2和H2的物質(zhì)的量比為1：2.8時，更能促進氨的合成?！窘Y(jié)論】實際生產(chǎn)中的處理方法：及時將氣態(tài)氨冷卻液化分離出去；及時將氮氣和氫氣循環(huán)利用，使其保持一定的濃度?！就队啊垦杏懙慕Y(jié)果外部條件工業(yè)合成氨的適宜條件壓強根據(jù)反應(yīng)器可使用的鋼材質(zhì)量及綜合指標來選擇壓強溫度適宜溫度 700K左右催化劑使用鐵觸媒作催化劑濃度N2和H2的物質(zhì)的量比為1：2.8的投料比, 氨及時從混合氣中分離出去【板書】合成氨的方程式（注意條件）【小結(jié)】【教師小結(jié)】工業(yè)上利用某可逆反應(yīng)生產(chǎn)產(chǎn)品： 1、一般要使用催化劑：這樣可以大大加快化學(xué)反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟效益； 2、選擇合適的溫度：該溫度是

10、催化劑活性最大的溫度； 3、選擇合適的壓強：既要考慮化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡，還要考慮動力、材料、設(shè)備等?！窘處煛课覈铣砂惫I(yè)的發(fā)展情況： 解放前我國只有兩家規(guī)模不大的合成氨廠； 1949年全國氮肥產(chǎn)量僅0.6萬噸； 2000年達到3363.7萬噸，成為世界上產(chǎn)量最高的國家之一。擁有多種原料、不同流程的大、中、小合成氨廠1000多家?！就队啊亢铣砂钡墓I(yè)前景1、催化劑合成氨的鐵催化劑 這一類合成氨催化劑以還原鐵為催化劑主要活性成分，并摻加 各種促進劑和載體的催化劑.促進劑：稀土金屬及其氧化物關(guān)于稀土金屬及其氧化物的作用，我國也進行了一些研究。國外也報 道了一些含釤、鋯、鈀、銠的催化劑研究結(jié)果，

11、發(fā)現(xiàn)稀土金屬及其氧化物是對氨合成非常有效的促進劑。我國有豐富的鈦、鋯、鈮等稀有金屬資源，因此， 以稀有金屬氧化物為促進劑，有希望成為我國改進工業(yè)合成氨的鐵催化劑的研究方向之一。 合成氨的釕催化劑合成氨熔鐵型催化劑要在高溫、高壓和耗能高的苛刻條件下使用，且催化劑的活性并不是很高。而合成氨的釕催化劑可能是一種較好的催化劑。它在低溫低壓下活性很高，常壓下比合成氨的鐵催化劑的活性高1020倍，且對水、CO和CO2不敏感，但合成氨的釕催化劑在高壓下未必比合成氨的鐵催化劑來得優(yōu)越。2.化學(xué)模擬生物固氮現(xiàn)在，世界上好多國家（包括我國）的科學(xué)家，都在研究模擬生物固氮，即尋找人工制造的有固氮活性的化合物。固氮酶

12、由兩種蛋白質(zhì)組成。一種蛋白質(zhì)（二氮酶）的分子量約22萬，含有兩個鉬原子、32個鐵原子和32個活性硫原子；另一種蛋白質(zhì)（二氮還原酶）是由兩個分子量為29000的相同亞基構(gòu)成的，每個亞基含有4個鐵原子和4個硫原子。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些金屬有機化合物有可能作為可溶性的固氮催化劑。 3.超聲波固氮：氮氣在通常狀態(tài)下十分穩(wěn)定，一般難以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，但在超聲波作用下，可以使氮分子中的化學(xué)鍵削弱，從而在較溫和的條件下就可以發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在室溫下用超聲波輻射溶有空氣的飽和水溶液后，可以測到處理過的水中含有亞硝酸、硝酸等；如果處理溶有氮氣、氫氣和一氧化碳的飽和水溶液，可以測到甲醛、氫氰酸和咪唑等物質(zhì)，這些實驗對人工固氮

13、的研究提供了一條新的途徑。 【遷移應(yīng)用】P70、2工業(yè)制造硫酸的主要反應(yīng)為:2SO2(g) + O2(g) = 2SO3(g) H=-197.8 KJ/mol SO3(g) + H2O(l) = H2SO4 (aq) 反應(yīng)的平衡常數(shù)K隨溫度升高而減小.所用催化劑的主要成分為V2O5(6-12) 、K2SO4(17-20) 、SiO2(50-70),能使催化劑中毒的物質(zhì)有砷、硒、氟等.請根據(jù)以上信息討論二氧化硫氧化反應(yīng)的工藝條件(溫度 、壓強、原料氣配比等)對工業(yè)生產(chǎn)硫酸的影響.【投影材料】已知2SO2(g)+O2(g)2SO3 (g) H0其實驗數(shù)據(jù)見表（1）應(yīng)選用的溫度是 450 。（2）應(yīng)

14、采用的壓強是 常壓 ，理由是 因為常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，若采用較大壓強，SO2的轉(zhuǎn)化率提高很少，但需要的動力更大，對設(shè)備的要求更高 。（3）在生產(chǎn)中，通入過量空氣的目是 。（4）原料氣必需凈化的原因是 。 (5)尾氣中有SO2必須回收是為了 。【主板書】第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化工業(yè)合成氨一、合成氨反應(yīng)的限度二、合成氨反應(yīng)的速率 =C(N2)C1. 5(H2)C1(NH3)三、合成氨的適宜條件1、一般要使用催化劑：這樣可以大大加快化學(xué)反應(yīng)速率，提高生產(chǎn)效率，也提高了經(jīng)濟效益；2、選擇合適的溫度：該溫度是催化劑活性最大的溫度；3、選擇合適的壓強：既要考慮化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡，還要考慮動力

15、、材料、設(shè)備等。（第二課時）【題】對于合成氨工業(yè)，只從提高原料轉(zhuǎn)化率看，從下列條件中選擇最適宜的組合是（B）高溫低溫低壓高壓催化劑加氨除氨A. B. C. D. 【解析】合成氨工業(yè)利用N23H22NH3 H 0，因而可知升高溫度有利于反應(yīng)向氨氣生成的方向進行；從氣體的系數(shù)來看，加壓有利于反應(yīng)向氨氣生成的方向進行；加催化劑只會改變速率卻無法改變轉(zhuǎn)化率；減少生成物的濃度也有利于反應(yīng)向氨氣生成的方向進行。故綜上所述有?！绢}】在一定條件下，可逆反應(yīng)N23H22NH3 H 0達到平衡，當(dāng)單獨改變下列條件后，有關(guān)敘述錯誤的是（CD）A.加入催化劑，V正、V逆都發(fā)生變化，且變化的倍數(shù)相等B.加壓，V正、V逆

16、都增大，且V正增大的倍數(shù)大于V逆增大的倍數(shù)C.降溫，V正、V逆都減小，且V正減少的倍數(shù)大于V逆減少的倍數(shù)D.加入氬氣，V正、V逆都增大，且V正增大的倍數(shù)大于V逆增大的倍數(shù)【解析】催化劑只是增大或減小反應(yīng)速率，即有V正、V逆都發(fā)生變化，但不會改變平衡的移動，即有V正、V逆變化的倍數(shù)相等。加壓，體系中各反應(yīng)物濃度增大，V正、V逆都增大，但更有利于向氣體系數(shù)減少的方向移動，故V正增大的倍數(shù)大于V逆增大的倍數(shù)。降溫，反應(yīng)速率全部下降，但有利于平衡向放熱的方向移動，而本反應(yīng)H 0，所以V正減少的倍數(shù)小于V逆減少的倍數(shù)。加入稀有氣體，各組分的濃度都不會變化或者減小，所以V正、V逆不變或減小。故C、D均不正

17、確?！绢}】合成氨所需的H2由炭和水蒸氣反應(yīng)制得，其中一步反應(yīng)為COH2O(g)CO2H2H 0，欲使CO的轉(zhuǎn)化率提高，同時提高H2的產(chǎn)率，可以采取的措施是（A）A.增大水蒸氣的濃度B.升高溫度C.增大CO濃度D.增大壓強【解析】欲使CO的轉(zhuǎn)化率提高，同時提高H2的產(chǎn)率，必然要求改變條件使平衡向正反應(yīng)方向移動。COH2O(g)CO2H2H 0從中可知本反應(yīng)為氣體系數(shù)不變且正反應(yīng)放熱的反應(yīng)，所以可以提高反應(yīng)物水蒸氣的濃度。升高溫度雖然可以提高反應(yīng)速率，但會使平衡向左移，如果降低溫度，可使平衡右移，卻又會降低反應(yīng)速率，但會符合題目要求，可惜無此選項。增大CO濃度，雖可以提高H2的產(chǎn)率，但自身的轉(zhuǎn)化率

18、卻會降低。壓強對氣體系數(shù)不變的反應(yīng)無影響。【題】在一定溫度和壓強下，在密閉容器中充入H2、N2、NH3，開始時其物質(zhì)的量之比為3 ：1 ：1，反應(yīng)達平衡后，H2、N2、NH3的物質(zhì)的量之比為9 ：3 ：4，則此時N2的轉(zhuǎn)化率為（A）A.10% B.20% C.15% D.30%【解析】 3H2 N2 2NH3 起始量 1轉(zhuǎn)化量 3x x 2x平衡量x 1x 2x(x)：（1x）：2x9 ：3 ：4故x=0.1所以N2的轉(zhuǎn)化率為【題】在一定條件下，2NH33H2N2，達到平衡時，NH3的轉(zhuǎn)化率為50%，此時平衡混合氣的密度與NH3未分解時的密度之比為（B）A.：B.：C.：D.：【解析】2NH3

19、3H2 N2起始量x 0 0轉(zhuǎn)化量 50%x 0.75x 0.25x平衡量 0.5x 0.75x 0.25x反應(yīng)前后均為氣體故總質(zhì)量不變，密度，而氣體的體積又與氣體的物質(zhì)的量成正比，故反應(yīng)后與反應(yīng)前密度之比等于物質(zhì)的量的反比，即為。【題】在密閉容器中進行如下反應(yīng)已達到平衡，N23H22NH3 H 0，其他條件不變時，若將平衡混合物中各物質(zhì)的濃度都增大到原來的倍，則下列說法中正確的是（BD）A.平衡不移動B.平衡向正方向移動C.平衡向逆反應(yīng)方向移動D.NH3的百分含量增加【解析】將平衡混合物中各物質(zhì)的濃度都增大到原來的倍，則反應(yīng)的速率增大，其他條件不變也就是說將氣體進行壓縮，容器體積減小，使平衡

20、向氣體系數(shù)減小的方向移動，故平衡向正方向移動。進而使NH3的百分含量增加?！绢}】在一定條件下，進入氨合成塔的混合氣體中含N2的體積分數(shù)為22%，含H2的體積分數(shù)為78%，經(jīng)過合成反應(yīng)達到平衡后，在相同的溫度和壓強下，氣體的體積縮小至原體積的95%，N2的轉(zhuǎn)化率與下面接近的數(shù)值是（B）% B.11.4% C.10.5% D.9%【解析】設(shè)原氣體體積為V，則平衡后體積為V0.95VN23H22NH3 V1 3 2 2轉(zhuǎn)化中0.025V 0.075V 0.05V V0.95V所以N2的轉(zhuǎn)化率為【題】工業(yè)合成氨反應(yīng)是700 K左右進行的，這主要原因是（D）A. 700 K 時此反應(yīng)速率最快B. 700

21、 K 時氨的平衡濃度最大C. 700 K 時氨的轉(zhuǎn)化率最高D. 700 K 該反應(yīng)的催化劑能發(fā)揮最大的作用【解析】溫度越高反應(yīng)速率越快，所以排除A選項；N23H22NH3 Hv(正)，N23H22NH3（正反應(yīng)為放熱反應(yīng)）故溫度升高，v(逆)v(正)。圖中t3時刻從原來的速率增大，而且變化過程中v(逆)v(正)，說明平衡都未被打破。所以應(yīng)該是催化劑導(dǎo)致的。圖中t4時刻的變化，v(逆)、v(正)都減小且v(逆)v(正)，所以不可能是溫度的影響，應(yīng)該是濃度的影響，而且是濃度減小的變化，所以是壓強減小了，使平衡向逆反應(yīng)方向移動了。（第三課時）【題1】在一定條件下將含1 mol NH3的體積不變的密閉

22、容器加熱，發(fā)生反應(yīng)2NH33H2N2，一段時間后達到平衡，此時NH3的體積分數(shù)為x %，若在容器中再加入1 mol NH3后密封，加熱到相同溫度，使反應(yīng)達到平衡，設(shè)此時NH3的體積分數(shù)為 y %，則x 和 y 的關(guān)系正確的是（A）A.x y C. xy D. xy【解析】體積不變的密閉容器，多加NH3后相當(dāng)于加壓，使平衡向氣體體積系數(shù)縮小的方向移動，所以NH3的體積分數(shù)會大一點，即有.x y?！绢}】將V1 L的H2和V2 L的N2在一定條件下發(fā)生反應(yīng)，達到平衡后，混合氣體總體積為V3 L（氣體體積均在相同條件下測定），則生成NH3的體積是（A）A.（V1V2V3）L B.（V1V2V3）L C

23、.（V1V22V3）L D.V3（V1V2） L【解析】 N2 3H2 2NH3 V 1 3 2 2（V1V2V3）L根據(jù)比例即可得到答案?！绢}3】根據(jù)下列敘述，完成（）（）題。工業(yè)上合成氨的原料之一氫氣，有一種來源是取自石油氣，例如丙烷。（）有人設(shè)計了以下反應(yīng)途徑，假設(shè)反應(yīng)都能進行，你認為最合理的是（C）極高溫高溫脫氫A.C3H8 SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT CH2催化劑B. C3H8 SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMA

24、T SHAPE * MERGEFORMAT SHAPE * MERGEFORMAT C3H6H2電解C. C3H8H2O COH2，COH2O=CO2H2D. C3H8O2=CO2H2O,，H2OH2O2（）按以上最合理的反應(yīng)途徑，理論上用1 mol 丙烷最多可制得氨氣（B）A.4 mol B.6.7 mol C.10 mol D.2.7 mol（）該合理反應(yīng)途徑最顯著的優(yōu)點是（C）A.簡單易行B.制得的H2純度高C.制得的H2產(chǎn)量高D.可同時獲得大量熱能催化劑【解析】(1)從產(chǎn)量、能源等角度進行考慮。（）C3H83H2O 3CO 7H2， COH2O=CO2H21mol 3mol 7mol

25、3mol 3mol1mol C3H8可生成10mol H2N2 3H2 2NH3 3 2 10mol (6.7mol)【題4】把氮氣和氫氣按：的物質(zhì)的量比混勻后分成四等份，分別同時充入A、B、C、D四個裝有催化劑的真空容器中（容器的容積固定），在保持相同溫度的條件下，四個容器中的合成氨反應(yīng)達到化學(xué)平衡狀態(tài)。分析下表中實驗數(shù)據(jù)回答問題（用A、B、C、D填空）。容器代號ABCD平衡時混合物的平均相對分子質(zhì)量1617平衡時氮氣的轉(zhuǎn)化率20%平衡時氫氣的轉(zhuǎn)化率30%(1)都達到平衡時，容器中氨氣的物質(zhì)的量最大。(2)達到平衡時所需時間最長的容器是。(3)四個容器由小到大的排列順序是?！窘馕觥吭O(shè)氮氣和氫

26、氣均為mol N2 3H2 2NH3起始量 1mol 1mol 0A.平衡0.8mol 0.4molB平衡0.7mol 0.2moln1=17= n1=N2 3H2 2NH3 n 1 3 2 2215/8 C平衡 230/17D平衡【題5】.向體積不變的密閉容器中充入2 mol N2和6 mol H2，一定條件下發(fā)生反應(yīng)：N2(g)3H2(g)2NH3(g)，平衡時混合氣共7 mol。令a、b、c分別代表N2、H2、NH3起始加入的物質(zhì)的量，維持溫度不變，使達到平衡時各成分的百分含量不變。則：(1)若a0，b0，則c ；(2)若a0.7，b2.1，則：c這時反應(yīng)向進行；若要維持反應(yīng)開始時即向該

27、反應(yīng)方向進行，c的取值范圍是；(3)欲使起始反應(yīng)維持向與（）相反的方向進行，則b的取值范圍是。【解析】(1)根據(jù)等效平衡，可利用完全轉(zhuǎn)化的思維進行變化。應(yīng)與起始相等。 N2 3H2 2NH3起始mol 6mol 0mol起始mol 0mol c mol轉(zhuǎn)化 0.5cmol 1.5cmol c mol極限 0.5cmol 1.5cmol 0mol0.5cmolmol c4(2)符合題設(shè)條件的各起始量之差應(yīng)與反應(yīng)式中相應(yīng)系數(shù)成比例。 N2(g) 3H2(g) 2NH3(g)起始條件0.7 2.1 c0.70.5cc2.6題設(shè)條件平衡時共7 mol氣體，而(2)小題起始量才5.4mol(0.7mol

28、2.1mol2.6mol)，所以起始反應(yīng)向逆反應(yīng)方向進行。從三個極限起始量考慮，即N2轉(zhuǎn)化率等于0時，2 mol N2、6 mol H2、n(NH3)；N2轉(zhuǎn)化率等于100%時，n(N2)、n(H2)、n(NH3)4 mol；現(xiàn)求平衡時各成分的物質(zhì)的量，設(shè)平衡時N2轉(zhuǎn)化了x mol，N2(g) 3H2(g) 2NH3(g)x 3x 2x2x 63x 2x依題意：(2x)(63x)2x7，x0.5所以平衡時，n(N2)1.5 mol、n(H2)4.5 mol、n(NH3)1 mol將三個極限起始量加以分析對比：N2(g) 3H2(g) 2NH3(g)（N2轉(zhuǎn)化率為時起始量）1.5 4.5 1（平

29、衡量為起始量）（N2轉(zhuǎn)化率為100%時起始量）可以看出，為了維持反應(yīng)開始向逆反應(yīng)方向進行，c的起始范圍是1c4。（）同理，為了維持反應(yīng)開始向正反應(yīng)方向進行，b的起始范圍是4.5b6。【題6】將一定量的SO2和含0.7 mol氧氣的空氣（忽略CO2）放入一定體積的密閉容器中，550時，在催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)：2SO2O22SO3（正反應(yīng)放熱）。反應(yīng)達到平衡后，將容器中的混合氣體通過過量NaOH溶液，氣體體積減少了21.28 L；再將剩余氣體通過焦碳沒食子酸的堿性溶液吸收O2，氣體的體積又減少了5.6 L（以上氣體體積均為標準狀況下的體積）。（計算結(jié)果保留一位小數(shù)）請回答下列問題：（）判斷該反應(yīng)達

30、到平衡狀態(tài)的標志是。（填字母）a.SO2和SO3濃度相等b.SO2百分含量保持不變c.容器中氣體的壓強不變d.SO3的生成速率與SO2的消耗速率相等e.容器中混合氣體的密度保持不變（）欲提高SO2的轉(zhuǎn)化率，下列措施可行的是。（填字母）a.向裝置中再充入N2b.向裝置中再充入O2c.改變反應(yīng)的催化劑d.升高溫度（）求該反應(yīng)達到平衡時SO2的轉(zhuǎn)化率（用百分數(shù)表示）。（）若將平衡混合氣體的%通入過量的BaCl2溶液，生成沉淀多少克？【解析】判斷該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)的標志可以從v正v逆，或者各組分百分含量不隨時間變化而變化，若不是等體積的反應(yīng)可以從壓強或顏色等不再隨時間變化而變化均可以判斷該反應(yīng)已經(jīng)達到

31、平衡。要提高其中一種反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率，可以加入另一種反應(yīng)物，或者根據(jù)反應(yīng)方程式屬于吸熱還是放熱反應(yīng)來變化溫度。消耗的O2的物質(zhì)的量：0.7mol生成的SO3的物質(zhì)的量：0.45mol20.9molSO2和SO3的物質(zhì)的量之和：反應(yīng)前的SO2的物質(zhì)的量：0.95molSO2的轉(zhuǎn)化率：【題7】在L的某容器中，測得平衡時N2為0.50 atm，H2為0.52 atm，NH3為2.63 atm，若從此容器中取走NH3直至N2在平衡時分壓為0.40 atm。試計算在新的平衡條件下NH3和H2的分壓?！窘馕觥渴紫雀鶕?jù)題意計算平衡常數(shù)Kp取走NH3后，平衡向右移動，就消耗一定量H2，這時N2的分壓為0.40a

32、tm，根據(jù)合成氨方程式N2(g)3H2(g)2NH3(g)，每消耗1mol的N2，就必須用掉mol H2。因此H2必須按照物質(zhì)的量的濃度的減少而成比例地降低它的壓力。N2的壓力降低為（0.50.4）atm0.1atm，所以H2的壓力降低為(0.520.13)atm0.22atm。在平衡時N2的分壓為0.40atm，H2為0.22atm，設(shè)p(NH3)在平衡時為x，代入Kp表達式中： 解得x0.647atmp(NH3)。（第三課時）【題1】在體積可變的密閉容器中，反應(yīng)mA(g)nB(s)pC(g)達到平衡后，壓縮容器的體積，發(fā)現(xiàn)A的轉(zhuǎn)化率隨之降低。下列說法中，正確的是（C）A.(mn)必定小于p

33、 B.(mn)必定大于p C.m必定小于p D.m必定大于p【解析】壓縮容器的體積，A的轉(zhuǎn)化率降低，說明壓強增大時平衡向逆反應(yīng)方向移動，逆反應(yīng)是氣體體積（氣體系數(shù)）縮小的反應(yīng)，即m2n【解析】由于cn/V，當(dāng)V變?yōu)樵瓉淼囊话霑r，如果平衡不發(fā)生移動，則n不變，c必然是原來的倍?，F(xiàn)在B和C的濃度均是原來的1.8倍，則說明B和C均減少，進而推知平衡向左移動。而物質(zhì)C的質(zhì)量分數(shù)等于C的質(zhì)量占混合體系總質(zhì)量的百分數(shù)，而總質(zhì)量不變，所以C的質(zhì)量分數(shù)減小，物質(zhì)A的量增加，所以A的轉(zhuǎn)化率減小。而增加壓強，平衡向氣體體積減小的方向移動，所以m0）在某一時間段t0t6中反應(yīng)速率與反應(yīng)過程的曲線圖，則氨的百分含量最

34、高的一段時間是（A）A.t1 B.t2t3 C. t3t4 D. t5t6【解析】這是一個vt圖分析題。圖中：t1，是原平衡狀態(tài)，t1t2為平衡左移過程，所以氨的百分含量下降，t2又達平衡狀態(tài)，t2t3保持平衡；t3t4為加入催化劑，平衡不移動，正、逆反應(yīng)速率同等程度增大，氨的百分含量不變，t4t 5為平衡左移過程，氨的百分含量下降，t5t為又一新平衡階段，整個過程中，氨的百分含量間斷性地下降，所以整個過程中只有在開始階段氨的百分含量最高?！绢}14】反應(yīng) aX(g)bY(g)cZ(g)dW(g)min后達到平衡時，X減少 n molL，Y減少n/3 molL。若體系壓強增大，W的百分含量不發(fā)生

35、變化，則反應(yīng)物質(zhì)分子式的化學(xué)計量數(shù)比a：b：c：d為（D）A.：B.：C.：D.：【解析】由題意知：n molL：n/3 molLa：b，所以a：b=3：1，由于體系增大壓強時，物質(zhì)W百分含量不變，可知平衡不發(fā)生移動，可知反應(yīng)前后氣體計量數(shù)和相等，所以a：b：c：d：或：或：，分析選項，只有D符合。（第四課時）【題15】A、B、C、D四種物質(zhì)皆易溶于水，且在水溶液中存在如下化學(xué)平衡，加入水稀釋后，平衡向正反應(yīng)方向移動的是（B）A.ABCD B.AH2OCD C.ABCH2O D.A2BH2OC【解析】選項A中：加水稀釋后，A、B、C、D四種物質(zhì)被同等程度稀釋，所以平衡不移動；選項B中，加水稀釋

36、后，A、C、D三種物質(zhì)的濃度均減小，但水并未變，所以C和D的有效碰撞幾率顯著下降，A與水的卻不顯著。（對于該反應(yīng)，也可作如下分析，加水后，水在混合體系中的百分含量增加，相當(dāng)于水的“濃度”增加，所以平衡向右移動）；同理，選項C中，加水后平衡應(yīng)左移。選項D中是一個非可逆反應(yīng)，加水后平衡不移動?！绢}16】在一定條件下，某密閉容器中發(fā)生了如下反應(yīng)：2SO2(g)O2(g)2SO3(g)(正反應(yīng)為放熱反應(yīng))，反應(yīng)達到平衡后SO2、O2、SO3的物質(zhì)的量之比為:。保持其他條件不變，升溫后達到平衡時，SO2、O2的物質(zhì)的量分別為1.4 mol和0.9 mol，此時容器內(nèi)SO3的物質(zhì)的量應(yīng)為（） mol B.

37、2 mol C.2.2 mol D.2.4 mol【解析】【題17】某溫度時，把1 mol N2O4氣體通入體積為10 L的真空密閉容器中，立即出現(xiàn)棕色，反應(yīng)進行4 s時NO2的濃度為0.04 molL，再經(jīng)過一定時間后，反應(yīng)達到平衡，這時容器內(nèi)壓強為開始時的1.8倍。則下列說法正確的是（BD）A.前4 s中以N2O4的濃度變化表示的平均反應(yīng)速率為0.01 molLsB.在4 s時容器內(nèi)的壓強為開始時的1.2倍C.在平衡時容器內(nèi)含N2O4 0.4 molD.在平衡時容器內(nèi)含NO2 1.6 mol【解析】因為出現(xiàn)紅棕色，所以說生成了NO2氣體。2NO2N2O4，4s時，生成的NO2的物質(zhì)的量是c

38、(NO2)V0.04 molL10L0.4 mol，則消耗的N2O4是0.2 mol，剩余的N2O4是0.8 mol，這時混合氣體的總物質(zhì)的量是0.4 mol 0.8 mol1.2 mol。由壓強之比等于物質(zhì)的量之比可知，4s時容器壓強為開始時1.2倍，前4s中，v(N2O4)=0.005 molLs ；平衡時，混合氣體總物質(zhì)的量1 mol1.81.8 mol，設(shè)這時容器中共有NO2的物質(zhì)的量為x，則剩余N2O4的物質(zhì)的量應(yīng)是1 molx/2，則（1 molx/2）x1.8 mol，x=1.6 mol，則剩余N2O4的物質(zhì)的量是1 mol1.6mol/20.2 mol?！绢}18】右圖中的曲線是

39、表示其他條件一定時，2NOO22NO2（該反應(yīng)放熱）反應(yīng)中NO的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系曲線，圖中標有a、b、c、d四點，其中表示未達到平衡狀態(tài)，且v(正)v(逆)的點是（）A.a點B,.b點C.c點D.d點【解析】做圖形題一定要先弄明白坐標軸及曲線的含義：在曲線上，當(dāng)溫度一定時（橫坐標），n(NO)也一定（縱坐標），所以說，曲線上任意一點均是達平衡狀態(tài)的點，而曲線外的任一點均表示未達平衡狀態(tài)。在曲線下方的任意一點，如c點，要想達到同溫下的平衡狀態(tài)（即由c點向上引垂直線到曲線的一點），必須使n(NO)增大，即平衡應(yīng)向右移動，這時v(正)v(逆)；同理，在曲線上方的任意一點，v(逆)v(正)?！绢}19

40、】將等物質(zhì)的量的A、B、C、D四種物質(zhì)混合，發(fā)生如下反應(yīng)aAbBcC(s)dD。當(dāng)反應(yīng)進行一定時間后，測得A減少了n mol，B減少了n/2 mol，C增加了n/mol，D增加了n mol，此時達到平衡。該化學(xué)方程式中各物質(zhì)的化學(xué)計量數(shù)為：a ，b，c，d。（）若只改變壓強，反應(yīng)速率發(fā)生變化，但平衡不發(fā)生移動，該反應(yīng)中各物質(zhì)的聚集狀態(tài)。A: B: C: D: （）若只升高溫度，反應(yīng)一段時間后，測知四種物質(zhì)的物質(zhì)的量又達到相等，則該反應(yīng)為反應(yīng)（填“吸熱”或“放熱”）?！窘馕觥扛魑镔|(zhì)的變化量之比等于方程式中對應(yīng)的計量數(shù)之比，所以a：b：c：dn mol：n/2 mol：3n/2 mol：n mol：。一般情況下，各物質(zhì)的計量數(shù)之比等于最簡整數(shù)比，所以a2，b，c3，d2。若只改變壓強，而反應(yīng)速率發(fā)生變化，則說明可逆反應(yīng)中必有氣體存在，但平衡不發(fā)生移動，說明反應(yīng)的氣體計量數(shù)之和等于生成氣體計量數(shù)之和（反應(yīng)物和生成物中各至少有一種氣體），物質(zhì)C為固體，則物質(zhì)D必為氣體。其計量數(shù)為2，則反應(yīng)物中氣體計量數(shù)之和為，則物質(zhì)A必定是氣體物質(zhì)，B必定為固體和液體。升溫一段時間后，四種物質(zhì)的物質(zhì)的量又達相等，則說明平衡向左移動，逆反應(yīng)為