2021届高三化学一轮复习重点专题10——平衡移动原理在化工生产中的应用（知识点+训练）解析版
展开2021届高三化学一轮复习——平衡移动原理在化工生产中的应用
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。
知识梳理
1、选择适宜工业生产条件的流程
(1)分析反应特点。主要分析反应的方向性、可逆性、反应热和熵变等。
(2)原理分析。根据反应特点，利用影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析增大反应速率、提高原料转化率的反应条件。
(3)根据实验数据进一步分析反应条件，确定适宜条件的范围及催化剂的筛选。
(4)根据工业生产的实际情况、经济效益及环保要求等最终确定适宜的条件。
2、选择工业合成适宜条件的原则
(1)考虑参加反应的物质组成、结构和性质等本身因素。
(2)考虑影响化学反应速率和平衡的温度、压强、浓度、催化剂等反应条件。
(3)选择适宜的生产条件还要考虑设备条件、安全操作、经济成本等情况。
(4)选择适宜的生产条件还要考虑环境保护及社会效益等方面的规定和要求。
3、选择化工生产适宜条件的分析角度
分析角度 | 原则要求 |
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 |
强化训练
1、1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列所示是哈伯法的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是( )
A．①②③ B．②④⑤ C．①③⑤ D．②③④
答案 B
2、下列有关合成氨工业的说法中，正确的是( )
A．从合成塔出来的混合气体中，其中NH3只占15%，所以合成氨厂的产率都很低
B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中可循环使用，所以总体来说合成氨的产率很高
C．合成氨工业的反应温度控制在400～500 ℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动
D．合成氨厂采用的压强越大，产率越高，无需考虑设备、条件
答案 B
3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
答案 B
4、据报道，在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实：2CO2(g)＋6H2(g) CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)，下列叙述错误的是( )
A．使用CuZnFe催化剂可大大提高生产效率
B．反应需在300 ℃下进行可推测该反应是吸热反应
C．充入大量CO2气体可提高H2的转化率
D．从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率
答案 B
5、丙烯腈(CH2==CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH2==CHCHO)和乙腈(CH3CN)等。回答下列问题：
以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下：
①C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g) ΔH＝－515 kJ·mol－1
②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g) ΔH＝－353 kJ·mol－1
(1)两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是 ；
(2)有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是 ；
(3)提高丙烯腈反应选择性的关键因素是 。
答案 (1)两个反应均为放热量大的反应 (2)降低温度、降低压强 (3)催化剂
6科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。曾有实验报道：在常温、常压、光照条件下，N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生反应，生成的主要产物为NH3。进一步研究NH3生成量与温度的关系，部分实验数据见下表(光照、N2压强1.0×105 Pa、反应时间3 h)：
T/K | 303 | 313 | 323 | 353 |
NH3生成量/×10－6 mol | 4.8 | 5.9 | 6.0 | 2.0 |
相应的热化学方程式如下：
N2(g)＋3H2O(l)2NH3(g)＋O2(g) ΔH＝＋765.2 kJ· mol－1
回答下列问题：
(1)与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应速率慢。请提出可提高其反应速率且增大NH3生成量的建议： 。
(2)工业合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。设在容积为2.0 L的密闭容器中充入0.60 mol N2(g)和1.60 mol H2(g)，反应在一定条件下达到平衡时，NH3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为。计算：
①该条件下N2的平衡转化率为 。
②该条件下反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的平衡常数为 。
③根据合成氨反应的特点分析，当前最有前途的研究发展方向是 (填字母)。
a．研制耐高压的合成塔
b．采用超大规模的工业生产
c．研制耐低温复合催化剂
d．探索不用H2和N2合成氨的新途径
答案 (1)升温、增大N2浓度(合理即可)
(2)①66.7% ②5.0×10－3 ③c
7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－1
②CO(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：______________________________________________________
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
