1、化工生产能否做到又快又多 知识要点 一、接触法制硫酸的原理、过程及典型设备 三原料 三阶段 三反应（均放热） 三设备 净化 黄 铁 矿 或 S 造气 4FeS2+11O2 高温 2Fe2O3+8SO2 或 S+O2 点燃 SO2 沸腾炉 除尘 （防止 催化剂 中毒） 空气 催化 氧化 2 SO2 + O2 2 SO3 接触室（含热 交换器） 98.3% 浓 硫酸 SO3 吸收 SO3+ H2O H2SO4 吸收塔 二、合成氨的适宜条件 1合成氨条件的选择： N2+3H2 2NH3+Q， 反应特点：常温下几乎不反应；正反应为气体体积减小的方向；正反应为放热反应方向。 适宜条件选择： （1）适宜的
2、压强：压强越大，有利于氨气的合成，但压强过大，所需动力大，材料抗压性 要强，设备制造要求高，成本高，选择的压强在 20 MPa 至 50 MPa。 （2）适宜的温度： 温度越低越有利于氨的合成，但温度太低， 反应速率小，达平衡时间长， 单位时间产量低，因此反应温度不宜太低，同时考虑催化剂活性温度范围，500左右时， 催化剂活性最大。 （3）使用催化剂：催化剂不影响合成氨的平衡移动，但可以加快反应速率。 （4）其他：及时分离出氨，并不断补充 N2和 H2，促使平衡正向移动，有利于氨的合成。 学法指导 化工生产三原理在硫酸工业制法中的应用 1化学平衡和反应速率原理 （1）温度：二氧化硫催化氧化是一
3、个放热的可逆反应，根据化学平衡理论判断，温度较低 对反应有利。但是，温度较低时，反应速率低，考虑催化剂在 400500活性最大，在实 际生产中， 选定 400500作为操作温度， 这时反应速率和二氧化硫的转化率都比较理想。 （2） 压强： 二氧化硫催化氧化是一个气体总体积缩小的可逆反应， 根据化学平衡理论判断， 加压对反应有利，但是，在常压、400500时，二氧化硫的转化率已经很高，加压必须增 加设备的抗压力，增大投资和能量消耗，故在实际生产中，通常采用常压操作，并不采用高 压。 2热交换原理：二氧化硫接触氧化是一个需要加热的反应，在接触室中生成的热量经 过热交换器， 传递给进入接触室的需要预
4、热的混合气体， 为二氧化硫的接触氧化创造了有利 条件，节约了能源；同时，避免了反应后的混合气体因温度过高而抑制三氧化硫的形成，有 利于平衡正向移动。 3逆流原理：液体由上向下流，气体由下向上升，两者在逆流过程中充分接触反应。 例如，热交换器中，冷的和热的气体（或液体） ，采用逆流的方法进行热量交换；在 SO3的 吸收时，98.3%的浓硫酸由上淋下，气体由下往上，使吸收更完全。 疑难解答 如何选择工业合成氨的适宜条件 在实际生产中，需要考虑反应速率、化学平衡、原料选择、产量和设备等多方面情况， 以确定最佳的生产条件。 反应条件 对提高化学反应 速率的影响 对提高平衡混合物中氨 的体积分数的影响
5、合成氨 适宜条件的选择 使用催化剂 有利 无 一般选用铁触媒 增大压强 有利 有利 压强越高，对设备、材 料的要求也高。一般采 用 2050MPa 升高温度 有利 不利 适宜温度，考虑催化剂 活性温度范围，一般选 择 500C 左右 例题解析 例 1：在硫酸工业中，通过下列反应使二氧化硫转化为三氧化硫： 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) + 196.6KJ （1）该反应在 （设备）中进行，这种生产硫酸的方法叫做 ； （2）在实际生产中，操作温度选定 400500，这是因为 ； （3）硫酸工业选定压强通常采用 ，作出这种选择的依据是 。 例 2：在合成氨工业中,下列事实能否用勒夏特列原
6、理来解释?说明理由。 （1）500左右的温度比室温更有利于合成氨的反应。 （2）使用催化剂有利于合成氨的反应。 （3）高压有利于合成氨的反应。 （4）向循环气体中不断补充氮气和氢气，并将生成的氨气及时从混合气体中分离出去，这 样做有利于合成氨的反应。 巩固练习 一、选择题 1以下设备名称中不属于接触法制硫酸的是（ ） A沸腾炉 B氧化炉 C吸收塔 D接触室 2工业生产常采用加压措施的是（ ） AH2+Cl2 点燃 2HCl B2NaCl+2H2O 电解 2NaOH+ H2+Cl2 CN2(g)+3H2(g) 2NH3(g) D 2SO2+O22SO3 3对某一可逆反应来说，使用催化剂的作用是（
7、 ） A提高反应物的转化率 B改变平衡混合物的组成 C增大正反应速率，减小逆反应速率 D以同样程度改变正逆反应的速率 4合成氨生产过程中的措施与化学平衡移动原理无关的是（ ） A选择适当的催化剂 B增大体系压强 C增大氮气的浓度 D不断分离液氨 5 在硫酸工业制法中，下列生产操作及说明生产操作的主要原因二者都正确的是（ ） A从沸腾炉出来的炉气需净化，因为炉气中 SO3会与杂质反应 B硫铁矿燃烧前需要粉碎，因为大块的不能燃烧 CSO3用 98.3的浓硫酸吸收，目的是防止形成酸雾，以便使 SO3吸收完全 DSO2氧化为 SO3需要使用催化剂，这样可以提高 SO2的转化率 6对于可逆反应：N2(g
8、)+3H2(g)2NH3(g)+Q。下列说法中正确的是（ ） A达到平衡时，NH3的生成速率等于 NH3的分解速率 B达到平衡时，反应物和生成物的浓度一定相等 C达到平衡时，若加入 N2，在重新达平衡时，NH3的浓度比原平衡时增大，H2的浓 度比原平衡时增大 D达到平衡时，若升高温度，加快了吸热反应的速率，降低了放热反应的速率，所以 平衡向逆反应方向移动 7工业上合成氨时一般采用 500左右的温度，其原因是（ ） 适当提高氨的合成速率 提高 H2的转化率 提高氨的产率 催化剂在 500时活性最大 A只有 B C D 8将 H2和 N2的混合气体通入合成塔中，经过 1 个小时达到平衡，此时 N2
9、、H2、NH3的浓 度分别为 3、7、4（单位均为 mol/L） ，则以下叙述正确的（ ） N2的反应速率为 2mol/(L h) H2的反应速率为 7 mol/(L h) H2的起始浓度为 13mol/L N2起始浓度为 2 mol/L H2的转化率为 46.2% A B C D 9有平衡体系 CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)+Q，为了增加甲醇的产量，工厂应采取的正确措 施是（ ） A高温、高压 B适宜温度、高压、催化剂 C低温、低压 D低温、高压、催化剂 10二氧化氮存在下列平衡：2NO2(g) N2O4(g)+Q。在测定 NO2的相对分子质量时，下 列条件中较为适宜的是（ ）
10、A温度 130、压强 3.03 105Pa B温度 25、压强 1.01 105Pa C温度 130、压强 5.05 104Pa D温度 0、压强 5.05 104Pa 11在 N2 +3H2 2NH3的平衡体系中，当分离出 NH3时，下列说法中正确的是（ ） A正反应速率增大 B平衡向逆反应方向移动 C正反应速率大于逆反应速率 D逆反应速率先增大后变小 12 合成氨所需 H2由煤和水反应制得， 其中一步反应为： CO(g)+H2O(g)CO2(g)+ H2(g)+Q。 要使 CO 转化率提高，下列选择正确的是（ ） A增大 H2O(g)的浓度 B增大 CO 的浓度 C升高温度 D增大压强 二
11、、填空题 13某温度下，在 a L 的密闭容器中，2SO2 +O22SO3 + Q ，反应达到平衡，若向该容器 中注入一定量的二氧化硫气体，平衡向 移动；若使容器内气体温度升高，平 衡向 移动，正反应速率 ，逆反应速率 ；若充入与 原平衡状态时容器中相同量的 SO2、O2、SO3，平衡向 移动。 14一定温度下某密闭容器中进行反应：N2 +3H22NH3，达平衡后， （以下选填“向右” 、 “不” 、 “向左” ） 保持容器体积一定，通入 N2，平衡 移动。 保持容器体积一定，通入 Ar，平衡 移动。 保持容器压强一定，通入 Ar，平衡 移动。 保持容器体积一定，通入 N2、H2、NH3，使浓
12、度都变为原来的 2 倍，平衡 移动。 15合成氨工业中，原料气（N2、H2、少量 CO、NH3的混合气体）在进入合成塔前常用醋 酸二氨铜（I）溶液吸收原料气的 CO，其反应是： Cu(NH3)2Ac+CO+ NH3 Cu(NH3)3Ac CO + Q （1）必须除去原料气中 CO 的原因是 ； （2）醋酸二氨铜（I）溶液吸收 CO 生产适宜条件是 ； （3） 吸收 CO 后的醋酸铜氨液经过适当处理可再生， 恢复其吸收 CO 的能力以供循环使用， 醋酸铜氨液再生的生产适宜条件是 。 拓展提高 16有 A 气体和 B 气体在一定条件下在一密闭容器中发生如下反应： A（g）+ 3B（g） 2C（g）
13、+ Q（Q0） （1） 升高温度， 该反应的正反应速率(v正) ， 逆反应速率(v逆) ， 气 体 C 的百分含量 。 （以上均填“增大”、“减小”或“不变”） （2）若增大压强，A 的转化率 ；若已达平衡后再加入 A，A 的转化率 。 （以上均填“增大”、“减小”或“不一定”） （3） 若加压到 10 101.3 KPa 时， 其它条件不变， 发现平衡逆向移动， 原因应该是_ （填 序号） A由于体积变大，反应朝着体积增大方向移动 B由于只有 A 状态发生了变化 C由于体积变小了，反应朝着体积增大方向移动 D由于 A 和 B 的状态一定都发生了变化 E若 B 状态发生了变化，A 状态可能发生
14、了变化也可能没有变化 （4）下图表示上述反应在某一时间段中反应速率与反应过程的关系图。由图判断，C 的百 分含量最高的一段时间是 。 （5） 据图判断反应在 t2t3这段时间内， 曲线变 化的原因是_，t5t6时间内曲线变化的 原因可能是_。 （以上均填编号） A加催化剂 B扩大容器的体积 C降低温度 D增大压强 17. 恒温下，将 a molN2与 b molH2的混合气体 通入一个固定容积的密闭容器中，发生如下反 应：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) （1） 若反应进行到某时刻t时， nt（N2） =13 mol， nt（NH3）= 6 mol，计算 a 的值。 （2）反应达平衡时
15、，混合气体的体积为 716.8 L（标准状况下） ，其中 NH3的含量（体积分 数）为 25%。计算平衡时 NH3的物质的量。 （3）原混合气体与平衡混合气体的总物质的量之比，n始n平= 。 （4）原混合气体中，ab= 。 18对于 2X(g)Y(g)的反应体系，在压强一定时，平衡体系中 Y 的质量分数 w(Y)随温度的变化情况如右图所示（实线上的任何一点 为对应温度下的平衡状态） 。 （1） 该反应的正反应方向是一个 反应 （填“吸热”或“放热”） 。 （2）A、B、C、D、E 各状态中，v(正)v(逆)的是 。 （3）维持 t1不变，EA 所需时间为 x，维持 t2不变，DC 所需时 间为 y，则 x y（填“”或“”） 。
