【教學課件】微專題 化學反應速率和化學平衡在化工生產中的調控作用

微專題化學反應速率和化學平衡在化

工生產中的調控作用化工生產適宜條件選擇的一般原則條件原則從化學反應速率分析既不能過快，又不能太慢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從原料的利用率分析增加易得廉價原料，提高難得高價原料的利用率，循環(huán)利用從而降低生產成本從實際生產能力分析如設備承受高溫、高壓能力等從催化劑的使用分析①防止催化劑中毒，增加乳化裝置②溫度對催化劑活性的影響③應用催化的選擇性，控制副反應，提高產率，降低生產成本化學反應速率和化學平衡在化工生產中的調控作用1.(2017·全國卷Ⅱ，27)丁烯是一種重要的化工原料，可由丁烷催化脫氫制備?；卮鹣铝袉栴}：(1)正丁烷(C4H10)脫氫制1--丁烯(C4H8)的熱化學方程式如下：①C4H10(g)===C4H8(g)＋H2(g)

ΔH1【跟蹤訓練】化學反應速率和化學平衡在化工生產中的調控作用反應①的ΔH1為_______kJ·mol－1。圖(a)是反應①平衡轉化率與反應溫度及壓強的關系圖，x_______(填“大于”或“小于”)0.1；欲使丁烯的平衡產率提高，應采取的措施是_____(填標號)。A.升高溫度 B.降低溫度C.增大壓強 D.降低壓強＋123小于AD化學反應速率和化學平衡在化工生產中的調控作用解析根據(jù)蓋斯定律，用②式－③式可得①式，因此ΔH1＝ΔH2－ΔH3＝－119kJ·mol－1－(－242kJ·mol－1)＝＋123kJ·mol－1。由(a)圖可以看出，溫度相同時，由0.1MPa變化到xMPa，丁烷的轉化率增大，即平衡正向移動，所以x<0.1。由于反應①為吸熱反應，所以溫度升高時，平衡正向移動，丁烯的平衡產率增大，因此A正確、B錯誤；反應①正向進行時體積增大，加壓時平衡逆向移動，丁烯的平衡產率減小，因此C錯誤、D正確。化學反應速率和化學平衡在化工生產中的調控作用(2)丁烷和氫氣的混合氣體以一定流速通過填充有催化劑的反應器(氫氣的作用是活化催化劑)，出口氣中含有丁烯、丁烷、氫氣等。圖(b)為丁烯產率與進料氣中n(氣)/n(丁烷)的關系。圖中曲線呈現(xiàn)先升高后降低的變化趨勢，其降低的原因是________________________________________________________。氫氣是產物之一，隨著n(氫氣)/n(丁烷)增大，逆反應速率增大化學反應速率和化學平衡在化工生產中的調控作用解析反應初期，H2可以活化催化劑，進料氣中n(氫氣)/n(丁烷)較小，丁烷濃度大，反應向正反應方向進行的程度大，丁烯轉化率升高；隨著進料氣中n(氫氣)/n(丁烷)增大，原料中過量的H2會使反應①平衡逆向移動，所以丁烯轉化率下降?；瘜W反應速率和化學平衡在化工生產中的調控作用(3)圖(c)為反應產率和反應溫度的關系曲線，副產物主要是高溫裂解生成的短碳鏈烴類化合物。丁烯產率在590℃之前隨溫度升高而增大的原因可能是__________________________________、________________________；590℃之后，丁烯產率快速降低的主要原因可能是__________________________。升高溫度有利于反應向吸熱方向進行升高溫度時，反應速率加快丁烯高溫裂解生成短碳鏈烴類化學反應速率和化學平衡在化工生產中的調控作用解析590℃之前，溫度升高時反應速率加快，生成的丁烯會更多，同時由于反應①是吸熱反應，升高溫度平衡正向移動，平衡體系中會含有更多的丁烯。而溫度超過590℃時，丁烯高溫會裂解生成短碳鏈烴類，使產率降低。化學反應速率和化學平衡在化工生產中的調控作用2.[2018·浙江4月選考，30(二)]乙酸乙酯一般通過乙酸和乙醇酯化合成：已知純物質和相關恒沸混合物的常壓沸點如下表：純物質沸點/℃恒沸混合物(質量分數(shù))沸點/℃乙醇78.3乙酸乙酯(0.92)＋水(0.08)70.4乙酸117.9乙酸乙酯(0.69)＋乙醇(0.31)71.8乙酸乙酯77.1乙酸乙酯(0.83)＋乙醇(0.08)＋水(0.09)70.2化學反應速率和化學平衡在化工生產中的調控作用請完成：(1)關于該反應，下列說法不合理的是_____。A.反應體系中硫酸有催化作用B.因為化學方程式前后物質的化學計量數(shù)之和相等，所以反應的ΔS等于零C.因為反應的ΔH

接近于零，所以溫度變化對平衡轉化率的影響大D.因為反應前后都是液態(tài)物質，所以壓強變化對化學平衡的影響可忽略不計BC解析根據(jù)反應方程式可知，硫酸做催化劑和吸水劑，A合理；不存在熵變?yōu)榱愕姆磻珺不合理；焓變接近于零，說明溫度對于平衡移動的影響小，C不合理；因為反應前后均是液態(tài)物質，所以壓強對于平衡影響可忽略，D合理?；瘜W反應速率和化學平衡在化工生產中的調控作用(2)一定溫度下該反應的平衡常數(shù)K＝4.0。若按化學方程式中乙酸和乙醇的化學計量數(shù)比例投料，則乙酸乙酯的平衡產率y＝_______________；若乙酸和乙醇的物質的量之比為n∶1，相應平衡體系中乙酸乙酯的物質的量分數(shù)為x，請在圖2中繪制x隨n變化的示意圖(計算時不計副反應)。0.667(或66.7%)答案化學反應速率和化學平衡在化工生產中的調控作用解析根據(jù)平衡常數(shù)的表達式，再結合三段式求解，起始

1mol

1mol00轉化

amol

amolamolamol平衡

(1－a)mol(1－a)molamolamol乙酸與乙醇按照化學計量數(shù)比投料時，乙酸乙酯的物質的量分數(shù)達到最大值，所以n＝1時，乙酸乙酯的質量分數(shù)在最高點，兩邊依次減小?；瘜W反應速率和化學平衡在化工生產中的調控作用(3)工業(yè)上多采用乙酸過量的方法，將合成塔中乙酸、乙醇和硫酸混合液加熱至110℃左右發(fā)生酯化反應并回流，直到塔頂溫度達到70～71℃，開始從塔頂出料。控制乙酸過量的作用有___________________________________________。提高乙醇轉化率；減少恒沸混合物中乙醇的含量解析根據(jù)可逆反應平衡移動知識，乙酸過量的作用有提高乙醇轉化率；減少恒沸混合物中乙醇的含量?；瘜W反應速率和化學平衡在化工生產中的調控作用(4)近年，科學家研究了乙醇催化合成乙酸乙酯的新方法：在常壓下反應，冷凝收集，測得常溫下液態(tài)收集物中主要產物的質量分數(shù)如圖3所示。關于該方法，下列推測合理的是______。A.反應溫度不宜超過300℃B.增大體系壓強，有利于提高乙醇平衡轉化率C.在催化劑作用下，乙醛是反應歷程中的中間產物D.提高催化劑的活性和選擇性，減少乙醚、乙烯等副產物是工藝的關鍵ACD化學反應速率和化學平衡在化工生產中的調控作用解析根據(jù)乙醇催化合成乙酸乙酯的新方法以及圖像可知，反應溫度不宜超過300℃，A合理；增大壓強，平衡將逆向移動，所以不利于提高乙醇平衡轉化率，B不合理；由圖像中可知，乙醛在275℃之后逐漸減小，乙酸乙酯逐漸增多，所以乙醛是反應歷程中的中間產物，C合理；有機反應中副反應較多，提高催化劑的選擇性可以減少乙醚、乙烯等副產物，提高催化劑的活性利于反應的發(fā)生，所以D合理。化學反應速率和化學平衡在化工生產中的調控作用3.(2019·湖南師大附中高三月考)氮的固定對人類的生存發(fā)展具有重要意義，科學家一直致力于“人工固氮”的新方法研究。(1)豆科植物的根瘤菌含有一種固氮酶，能在常溫下將空氣中的氮氣轉化為自身生長所需的含氮化合物，下列說法錯誤的是_____(填字母)。a.固氮酶是一種有機物b.固氮酶能降低固氮反應發(fā)生所需的能量c.固氮酶能使固氮反應的平衡正向移動d.固氮酶能加快固氮反應的速率c化學反應速率和化學平衡在化工生產中的調控作用(2)合成氨是目前最重要的固氮方法。下圖為合成氨反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)在不同溫度和壓強、使用相同催化劑條件下，初始時氮氣、氫氣的體積之比為1∶3時，平衡混合物中氨的體積分數(shù)的變化曲線。①A、B兩平衡狀態(tài)相比較，前者較大的是____(填字母)。a.平衡常數(shù)b.平衡混合物的平均摩爾質量c.氫氣的轉化率d.從反應開始