1、化学反应速率和化学平衡在生活、生产和科学研究中的调控作用,-2-,化学反应速率和化学平衡理论的研究本身就是为了解决生活、生产中存在的问题。高考题就是取材于相关研究事实,综合考查学生化学反应速率和化学平衡理论的运用能力。试题难度大、区分度大,运算要求高。,-3-,1.化工生产选择适宜条件的一般原则(1)从化学反应速率分析,既不能太大,又不能太小。(2)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。(3)从原料的利用率分析,增加易得廉价原料,提高难得贵重原料的利用率,从而降低生产成本。(4)从实际生产能力分析,如设备承受高温、高压的能力等。(5)注意催化剂
2、的活性对温度的限制。(6)工业生产中既不能片面地追求高转化率,也不能片面追求高反应速率,应寻找比较高的反应速率并获得适当平衡转化率的反应条件。,-4-,2.化工生产中需综合考虑的几个方面(1)原料的来源、除杂,尤其考虑杂质对催化剂的影响。(2)原料的循环利用,反应热的综合利用。(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的影响。(6)改变外界条件对多平衡体系的影响。(7)化学反应速率与平衡转化率的问题。(8)催化剂的选择及其活性温度问题。,-5-,3.化工生产中反应条件的选择方法(以合成氨为例)(1)反应原理:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)H=-9
3、2.4 kJmol-1(2)反应特点:反应为可逆反应;正反应为放热反应;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。,-6-,-7-,(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提高原料的利用率。,-8-,-9-,(2)工业上,通常在乙苯蒸气中掺混水蒸气(原料气中乙苯和水蒸气的物质的量之比为19),控制反应温度600 ,并保持体系总压为常压的条件下进行反应。在不同反应温度下,乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图如下:,掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率,解释说明
4、该事实。控制反应温度为600 的理由是。,-10-,(3)某研究机构用CO2代替水蒸气开发了绿色化学合成工艺乙苯-二氧化碳耦合催化脱氢制苯乙烯。保持常压和原料气比例不变,与掺水蒸气工艺相比,在相同的生产效率下,可降低操作温度;该工艺中还能够发生反应:CO2+H2?CO+H2O,CO2+C?2CO。新工艺的特点有(填编号)。CO2与H2反应,使乙苯脱氢反应的化学平衡右移不用高温水蒸气,可降低能量消耗有利于减少积炭有利于CO2资源利用,-11-,-12-,(2)在容积可变的容器中掺入水蒸气相当于把各反应物和产物稀释了,又由于该反应为气体体积增大的反应,因此相当于减小了压强,平衡右移,乙苯的平衡转化
5、率增大;根据图示可知,在600 乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性都是最高的,由于该反应为吸热反应,如果温度太低则反应速率较小,且平衡转化率太低;如果温度太高,则苯乙烯的选择性降低。(3)CO2与H2的反应消耗H2,故使乙苯脱氢反应的化学平衡右移,正确;获得水蒸气需要消耗大量能源,正确;CO2与C(s)发生反应生成CO(g),可以减少积炭,正确;两个反应都消耗CO2,正确。,-13-,(2)正反应方向气体分子数增加,加入水蒸气稀释,相当于起减压的效果600 ,乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。温度过低,反应速率慢,转化率低;温度过高,选择性下降。高温还可能使催化剂失活,且能耗大(
6、3),1.(2017河北衡水模拟)N2O5是一种新型硝化剂,在一定温度下可发生以下反应:T1 时,向密闭容器中通入N2O5,部分实验数据见下表:下列说法中不正确的是()A.500 s内N2O5分解速率为2.9610-3 molL-1s-1B.T1 下的平衡常数K1=125,平衡时N2O5的转化率为50%C.T1下的平衡常数为K1,T2温度下的平衡常数为K2,若T1T2,则K15.00 molL-1,-14-,1,2,答案,解析,-15-,1,2,2.将燃煤废气中的CO2转化为二甲醚的反应原理为:2CO2(g)+6H2(g) CH3OCH3(g)+3H2O(l)(1)该反应的化学平衡常数表达式K
7、=;(2)已知在某压强下,该反应在不同温度、不同投料比时,达平衡时CO2的转化率如图所示:,-16-,1,2,(3)某温度下,向容积一定的密闭容器中通入CO2(g)与H2(g)发生上述反应,下列物理量不再发生变化时,能说明反应达到平衡状态的是;A.二氧化碳的浓度B.容器中的压强C.气体的密度D.CH3OCH3与H2O的物质的量之比,-17-,1,2,(4)某温度下,在体积可变的密闭容器中,改变起始时加入各物质的量,在不同的压强下,平衡时CH3OCH3(g)的物质的量如下表所示:,p1p2(填“”“”或“=”);X1=;p2下中CH3OCH3的平衡转化率为。,-18-,1,2,-19-,1,2,
