2022年高考化学二轮复习核心素养提升24 化学平衡移动原理在化工生产中的广泛应用 (含解析)

这是一份2022年高考化学二轮复习核心素养提升24 化学平衡移动原理在化工生产中的广泛应用 (含解析)，共5页。试卷主要包含了总体原则，典型实例——工业合成氨，4 kJ·ml－1，5%等内容，欢迎下载使用。
素养说明：化学平衡在化工生产中有非常重要的应用，尤其是控制合适的反应条件使平衡向着理想的方向移动，是近几年高频考点，充分体现了学以致用的原则。1.总体原则(1)化工生产适宜条件选择的一般原则条件原则从化学反应速率分析既不能过快，又不能太慢从化学平衡移动分析既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性从原料的利用率分析增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本从实际生产能力分析如设备承受高温、高压能力等从催化剂的使用活性分析注意催化剂的活性对温度的限制(2)平衡类问题需考虑的几个方面①原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。②原料的循环利用。③产物的污染处理。④产物的酸碱性对反应的影响。⑤气体产物的压强对平衡造成的影响。⑥改变外界条件对多平衡体系的影响。2.典型实例——工业合成氨(1)反应原理N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1(2)反应特点：①反应为可逆反应；②正反应为放热反应；③反应物、生成物均为气体，且正反应为气体物质的量减小的反应。(3)反应条件的选择反应条件对化学反应速率的影响对平衡混合物中氨含量的影响合成氨条件的选择增大压强增大反应速率平衡正向移动，提高平衡混合物中氨的含量压强增大，有利于氨的合成，但需要动力大，对材料、设备的要求高。故采用10～30 MPa的高压升高温度增大反应速率平衡逆向移动，降低平衡混合物中氨的含量温度要适宜，既要保证反应有较快的速率，又要使反应物的转化率不能太低。故采用400～500 ℃左右的温度，并且在该温度下催化剂的活性最大使用催化剂增大反应速率没有影响工业上一般选用铁触媒作催化剂(4)原料气的充分利用合成氨反应的转化率较低，从原料充分利用的角度分析，工业生产中可采用循环操作的方法可提高原料的利用率。[题型专练]1.某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g)2M(g)　ΔH＜0。下列有关该工业生产的说法中正确的是(　　)A.这是一个放热的熵减反应，在低温条件下该反应一定可自发进行B.若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B，以提高A的转化率C.工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高D.工业生产中常采用催化剂，因为使用催化剂可提高反应物的转化率解析　这是一个放热的熵减反应，只有当ΔH－TΔS＜0时，该反应才能自发进行，A错误；加入过量的B，可以提高A的转化率，B正确；升高温度，平衡逆向移动，反应物的转化率降低，C错误；使用催化剂只能改变反应速率，不能使平衡发生移动，不能提高反应物的转化率，D错误。答案　B2.(天津高考)合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为：  N2 (g)＋3H2 (g)2NH3 (g)ΔH＝－92.4 kJ·mol－1一种工业合成氨的简易流程图如下：(1)天然气中的H2S杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS。一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式： _____________________________________________________________________。 (2)步骤Ⅱ中制氢气原理如下：①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)ΔH＝＋206.4 kJ·mol－1②CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH＝－41.2 kJ· mol－1对于反应①，一定可以提高平衡体系中H2百分含量，又能加快反应速率的措施是________。a.升高温度  B.增大水蒸气浓度    c.加入催化剂  D.降低压强利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2产量。若1 mol CO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应，得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合气体，则CO转化率为________。  (3)图1表示500 ℃、60.0 MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数：________。 (4)依据温度对合成氨反应的影响，在图2坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图。(5)上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是(填序号)________。简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法：___________________________________________________________________________________________________________________________________________。解析　(1)依据题意，NH4HS被空气中氧气氧化，将－2价S元素氧化成S，同时生成一水合氨，其反应方程式为2NH4HS＋O22NH3·H2O＋2S↓。(2)结合反应特点，正反应方向是气体物质的量增大的吸热反应，若要加快反应速率又增加H2的百分含量，可升高温度，a项正确；增加水蒸气浓度，能加快反应速率，使平衡正向移动，但H2增加的量没有水蒸气增加的量多，H2的百分含量减少，b项错误；加入催化剂平衡不移动，H2的百分含量不变，c项错误；降低压强反应速率减慢，d项错误。根据“三段式”法有：　　　　　CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)开始(mol)   0.2                  0     0.8转化(mol)     x                  x     x一定时间(mol)  0.2－x    x  0.8＋x则0.2－x＋x＋0.8＋x＝1.18，解得x＝0.18，故CO转化率为×100%＝90%。(3)根据“三段式”法有　　　　　N2　＋　3H22NH3开始(mol)  1        3          0转化(mol)  x        3x        2x平衡(mol)  1－x  3－3x  2x×100%＝42%，解之，x＝，所以N2的平衡体积分数×100%＝14.5%。(4)由于N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，反应开始时，温度大于零，随着反应进行，达到平衡前NH3的物质的量增加，达到平衡后，温度升高，平衡逆向移动，NH3的物质的量将减少，图示见答案。(5)根据流程图可知，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是Ⅳ(热交换)，用合成氨放出热量对N2和H2进行预热。合成氨的正反应是气体物质的量减少的放热反应，为提高合成氨原料总转化率，又不降低反应速率，可采取对原料加压、分离液氨，使化学平衡正向移动，同时对未反应的N2、H2循环使用，提高原料转化率。答案　(1)2NH4HS＋O22NH3·H2O＋2S↓(2)a　90%(3)14.5%(4)(5)Ⅳ　对原料气加压，分离液氨，未反应的N2、H2循环使用