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高二化学教案:《化学反应速率与平衡在生产中的应用》教学设计

来源:学科网 2018-11-18 20:38:04

  一、复习回顾

  反应条件对化学平衡的影响

  (1)温度的影响:

  升高温度,化学平衡向吸热方向移动;

  降低温度,化学平衡向放热方向移动。

  (2)浓度的影响:

  增大反应物浓度或减小生成物浓度,化学平衡向正反应方向移动;

  减小反应物浓度或增大生成物浓度,化学平衡向逆反应方向移动。

  (3)压强的影响:

  增大压强,化学平衡向气体分子数减小的方向移动;

  减小压强,化学平衡向气体分子数增大的方向移动。

  (4)催化剂:

  加入催化剂,化学平衡不移动。

  二、知识梳理

  考点1:化学反应速率和化学平衡原理在合成氨中的应用

  运用化学反应速率和化学平衡原理,同时考虑合成氨生产中的动力、材料、设备等因素,选择合成氨的条件(压强、温度、浓度、催化剂等)。

  考点2:化学反应条件的控制

  控制化学反应进行的条件,可以改变化学反应的速率和化学反应进行的方向,使化学反应向着对生产、生活有利的方面转化。

  一般可以通过控制以下化学反应的条件来调控化学反应的速率和化学反应进行的方向:

  1.控制化学反应进行的外界条件的改变:

  主要是通过控制浓度、温度、压强、催化剂等外界条件的改变来调控化学反应速率和反应进行的方向。

  2.控制反应环境(介质的影响)的改变:

  相同的反应物,在不同的环境下,发生的化学反应不相同。

  3.控制实验操作的影响

  不同的实验操作,会对某些化学反应会产生不同的影响,从而导致反应的产物和和实验现象不同。

  (1)加热操作对某些化学反应的影响

  (2)试剂添加顺序操作对化学反应的影响

  考点3:合成氨:

  1.合成氨的反应原理:N2(g)+3H2(g)  2NH3(g)298K时,△H==92.2kJ·mol—1

  特点:合成氨是一个气体体积缩小的放热的可逆反应。

  2.合成氨适宜条件的选择

  (1)选择依据:从提高反应速率的角度分析,提高反应温度、使用催化剂、适当提高氮氢比;从平衡移动的角度分析,降低温度、提高压强和适时分离反应产物氨;从实际生产的角度分析,温度和压强要与生产实际相适应。

  (2)选择原则:能加快反应速率;提高原料的利用率;提高单位时间内的产量;对设备条件要求不能太高。

  (3)合成氨的适宜条件:使用催化剂;适宜的压强:2×107~5×107Pa;适宜的温度:500℃左右;及时分离出氨和及时补充氮气和氢气。

  (4)合成氨的简要流程:

  考点4:“三段式法”解答化学平衡计算题

  1.步骤

  (1)写出有关化学平衡的反应方程式。

  (2)确定各物质的起始浓度、转化浓度、平衡浓度。

  (3)根据已知条件建立等式关系并做解答。

  2.方法

  如mA(g)+nB(g) pC(g)+qD(g),令A、B起始物质的量浓度分别为a mol/L、b mol/L,达到平衡后消耗A的物质的量浓度为mx mol/L。

  mA(g)+nB(g)pC(g)+qD(g)

  起始(mol/L)  a    b    0   0

  变化(mol/L)  mx      nx      px     qx

  平衡(mol/L)  a-mx  b-nx   px      qx

  3.说明

  (1)对于反应物:c(平)=c(始)-c(变);

  对于生成物:c(平)=c(始)+c(变)。

  (2)各物质的转化浓度之比等于化学方程式中化学计量数之比。

  三、例题精析

  【例题1】用Cl2生产某些含氯有机物时会产生副产物HCl。利用反应A,可实现氯的循环利用。

  (1)曲线b对应的投料比是________。

  (2)当曲线b、c、d对应的投料比达到相同的HCl平衡转化率时,对应的反应温度与投料比的关系是______________________________。

  (3)投料比为2∶1、温度为400 ℃时,平衡混合气中Cl2的物质的量分数是________。

  【答案】(1)4∶1(2)投料比越高,对应的反应温度越低(3)30.8%

  【解析】(1)根据O2越多HCl的转化率越大,可知a、b、c、d曲线的投料比分别为6∶1、4∶1、2∶1、1∶1。

  (2)根据曲线可知,当b、c、d曲线HCl达到相同转化率时,投料比越高,对应的反应温度越低。

  (3)设n(HCl)=2 mol,n(O2)=1 mol,根据反应曲线可知,当温度为400 ℃时,HCl的转化率为80%,则有:4HCl + O2  2Cl2 + 2H2O

  开始:        2 mol     1 mol          0         0

  变化:       1.6 mol    0.4 mol      0.8 mol     0.8 mol

  平衡:       0.4 mol    0.6 mol      0.8 mol     0.8 mol

  因此平衡混合气中Cl2的物质的量分数是

  【例题2】煤化工中常需研究不同温度下平衡常数、投料比及产率等问题。

  已知:CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)的平衡常数随温度的变化如下表:

温度/℃

400

500

830

1 000

平衡常数K

10

9

1

0.6

  试回答下列问题:

  (1)上述反应的正反应的是________反应(填“放热”或“吸热”)。

  (2)某温度下,上述反应达到平衡后,保持容器体积不变升高温度,正反应速率________(填“增大”“减小”或“不变”),容器内混合气体的压强________(填“增大”“减小”或“不变”)。

  (3)830 ℃时,在恒容反应器中发生上述反应,按下表中的物质的量投入反应混合物,其中向正反应方向进行的有______(选填字母)。

 

A

B

C

D

n(CO2)/mol

3

1

0

1

n(H2)/mol

2

1

0

1

n(CO)/mol

1

2

3

0.5

n(H2O)/mol

5

2

3

2

  (4)830 ℃时,在2 L的密闭容器中加入4 mol CO(g)和6 mol H2O(g)达到平衡时,CO的转化率是________。

  【答案】(1)放热(2)增大 增大(3)BC (4)60%

  【解析】(1)由表格可知,升温,化学平衡常数减小,故正反应为放热反应。

  (2)升高温度,正、逆反应速率均增大;容器体积不变的情况下,升高温度,则容器内混合气体的压强增大。

  (3)830 ℃时,化学平衡常数为1,即若n(CO2)×n(H2)<n(CO)×n(H2O),则反应向正方向进行,符合此要求的是B、C。

  (4)830 ℃时,化学平衡常数为1,

  CO(g)+H2O(g) H2(g)+CO2(g)

  起始浓度(mol/L)   2      3        0      0

  转化浓度(mol/L)   x      x         x      x

  平衡浓度(mol/L)  (2-x)  (3-x)     x      x

  【例题3】工业上用化学气相沉积法制备氮化硅,其反应如下:3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g)Si3N4(s)+12HCl(g) ΔH<0

  某温度和压强条件下,分别将0.3 mol SiCl4(g)、0.2 mol N2(g)、0.6 mol H2(g)充入2 L密闭容器内,进行上述反应,5 min达到平衡状态,所得Si3N4(s)的质量是5.60 g。

  (1)H2的平均反应速率是     mol·L-1·min-1。?

  (2)平衡时容器内N2的浓度是     mol·L-1。?

  (3)SiCl4(g)的转化率是    。?

  (4)若按n(SiCl4)∶n(N2)∶n(H2)=3∶2∶6的投料配比,向上述容器不断扩大加料,SiCl4(g)的转化率应    (填“增大”“减小”或“不变”)。?

  (5)在不改变反应条件的情况下,为了提高SiCl4(g)的转化率,可通过改变投料配比的方式来实现。下列四种投料方式,其中可行的是    。?

选项

投料方式

A

n(SiCl4)∶n(N2)∶n(H2)=1∶1∶2

B

n(SiCl4)∶n(N2)∶n(H2)= 1∶2∶2

C

n(SiCl4)∶n(N2)∶n(H2)= 3∶2∶2

D

n(SiCl4)∶n(N2)∶n(H2)= 2∶1∶3

  (6)达到平衡后升高温度,其他条件不变,对平衡体系产生的影响是    (填字母序号)。?

  A. c(HCl)减少

  B. 正反应速率减慢,逆反应速率加快

  C. Si3N4的物质的量减小

  D. 重新平衡时c(H2)/c(HCl)增大

  【答案】(1)0.048 (2)0.06 (3)40% (4)减小 (5)A、B (6)A、C、D。源

  【解析】依据“三部曲”计算

  3SiCl4(g)+2N2(g)+6H2(g)Si3N4(s)+12HCl(g)

  起始浓度(mol/L)    0.15      0.1    0.3    0

  转化浓度(mol/L)    0.06     0.04    0.12    0.24

  平衡浓度(mol/L)    0.09     0.06    0.18    0.24

  (4)相当于加压,平衡左移;(5)A、B、C、D的投料比分别为3∶3∶6、3∶6∶6、3∶2∶2、3∶1.5∶4.5,A、B、C、D分别相当于在3∶2∶6的投料配比基础上增加N2、增加N2、减少H2、减少N2和H2;(6)升高温度不论平衡向哪个方向移动,正逆反应速率均增大,B错误;升高温度,平衡左移,c(H2)增大,c(HCl)减小,A、C、D正确。

  四、课堂练习

  【基础】

  1. 化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。

  (1)利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体,发生如下反应:

  TaS2(s)+2I2(g) TaI4(g)+S2(g) ΔH>0(I)

  反应(Ⅰ)的平衡常数表达式K=________,若K=1,向某恒容容器中加入1 mol I2 (g)和足量TaS2(s),I2 (g)的平衡转化率为________。

  (2)如图所示,反应(Ⅰ)在石英真空管中进行,先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2 (g),一段时间后,在温度为T1的一端得到了纯净TaS2晶体,则温度T1________T2(填“>”“<”或“=”)。上述反应体系中循环使用的物质是________。

  ①已知100 ℃压强为p1时达到平衡所需的时间为5 min,则用H2表示的平均反应速率为    。?

  ②图中的p1    p2(填“<”“>”或“=”),100 ℃压强为p2时平衡常数为    。?

  ③该反应的ΔH    0(填“<”“>”或“=”)。?

  (2)在一定条件下,将a mol CO与3a mol H2的混合气体在催化剂作用下能自发反应生成甲醇: CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0 ……Ⅱ

  ①若容器容积不变,下列措施可增加甲醇产率的是(    )

  A.升高温度

  B.将CH3OH(g)从体系中分离

  C.充入He,使体系总压强增大

  D.再充入1 mol CO和3 mol H2

  ②为了寻找合成甲醇的温度和压强的适宜条件,某同学设计了三组实验,部分实验条件已经填在下面实验表格中。

  A.下表中剩余的实验条件数据:a=    ;b=。?

  B.根据反应Ⅱ的特点,下图是在压强分别为0.1 MPa和5 MPa下CO的转化率随温度变化的曲线图,请指明图中的压强px=    MPa。?

  【答案】(1)①0.003 0 mol·L-1·min-1 ②< 2.25×10-4 mol2·L-2 ③>  (2)①BD ②150  0.1

  【解析】(1)①v(H2)=3v(CH4)=×3=0.003 0 mol·L-1·min-1;②依据反应式可知增大压强平衡左移,转化率减小,所以p1<p2;用“三部曲”可求出在100 ℃压强为p1时平衡时各物质的浓度分别为c(CH4)=0.005 mol·L-1、c(H2O)=0.015 mol·L-1、c(CO)=0.005 mol·L-1、c(H2)=0.015 mol·L-1,K==2.25×10-4;(2)①C选项相当于减压、D选项相当于加压;②设计实验应该只有一个变量,实验1、2压强不同,温度相同;实验2、3温度不同,其他相同;压强越大转化率越高,px的压强小。

  【拔高】

  1. 工业上采用乙苯与CO2脱氢生产重要化工原料苯乙烯

  (1)①乙苯与CO2反应的平衡常数表达式为:K=            。?

  ②若该反应在绝热、恒容的密闭体系中进行,下列示意图正确且能说明反应在进行到t1时刻达到平衡状态的是    (填代号)。


  (2)在3 L密闭容器内,乙苯与CO2的反应在三种不同的条件下进行实验,乙苯、CO2的起始浓度分别为1.0 mol·L-1和3.0 mol·L-1,其中实验Ⅰ在T1℃,0.3 MPa,而实验Ⅱ、Ⅲ分别改变了实验其他条件;乙苯的浓度随时间的变化如图1所示。

  ①实验Ⅰ乙苯在0~50 min时的反应速率为    。?

  ②实验Ⅱ可能改变的条件是      。?

  ③图2是实验Ⅰ中苯乙烯体积分数V%随时间t的变化曲线,请在图2中补画实验Ⅲ中苯乙烯体积分数V%随时间t的变化曲线。

  (3)若实验Ⅰ中将乙苯的起始浓度改为1.2 mol·L-1,其他条件不变,乙苯的转化率将    (填“增大”“减小”或“不变”),计算此时平衡常数为    。?



  【解析】 (1)B选项,因为是绝热容器,化学平衡发生移动,体系温度改变,平衡常数也改变,所以平衡常数不再随时间的改变而改变,一定是化学平衡状态;(2)②实验Ⅱ比Ⅰ化学反应速率快,但平衡状态相同,只能是加入催化剂;③实验Ⅲ化学反应速率加快,平衡时乙苯的浓度增大,苯乙烯的百分含量减小;(3)只改变浓度,所以平衡常数与实验Ⅰ相同,K==0.225。

  2.某温度下反应2A(g)?B(g)+C(g)△H<0的平衡常数K=4.此温度下,在1L的密闭容器中加入A,反应到某时刻测得A、B、C的物质的量浓度(mol?L?1)分别为:0.4,0.6,0.6,下列说法正确的是(  )

  A. 温度升高,该反应反应速率加快,平衡常数增大

  B. 题目所述的某时刻正、逆反应速率的大小为V(正)>V(逆)

  C. 经10min反应达到平衡,则该时间内反应速率v(A)为0.064mol/(L?min)

  D. 平衡时,再加入与起始等量的A,达新平衡后A的转化率增大

  【答案】B

  【解析】A.升温,速率加快;该反应是放热反应,升温平衡向吸热方向移动,即逆方向移动,平衡常数K减小,故A错误;

  B.此时Qc=生成物浓度幂之积反应物浓度幂之积=0.6×0.60.42=2.25<K=4,则此时未达平衡,向正方向进行,正方向速率占优势,则V(正)>V(逆),故B正确;

  C.由题中数据可知A的起起始浓度为1.6amol/l,设平衡时,A的浓度为amol/l,

        2A(g) B(g)+ C(g)

  起始浓度(mol/l):1.6     0    0

  变化浓度(mol/l):1.6 a   (1.6 a)/2 (1.6 a)/2

  平衡浓度(mol/l):a     (1.6 a )/2? (1.6 a )/2

  根据K=平衡时生成物浓度幂之积平衡时反应物浓度幂之积=1.6?a2×1.6 a2a2=4,解得a=0.32,则A变化浓度为(1.6 0.32)mol/l,所以v(A)=△c△t=(1.6?0.32)mol/L10min=0.128mol/L,故C错误;D.平衡时,再加入与起始等量的A,达到新的平衡时,与一次性加入2倍的A属于等效平衡,在相同条件下,取2个相同的1L容器,分别加入等量的A,一段时间后,都达到化学平衡状态,这两个平衡完全等效,再压缩成1L,对于反应2A(g)?B(g)+C(g),前后体积不变,则平衡不移动,所以A的转化率不变,故D错误;故选:B。

  五、课后作业

  【基础】

  1.恒温下,容积均为2 L的密闭容器M、N中,分别有以下两种起始投料建立的可逆反应3A(g)+2B(g)2C(g)+xD(s)的化学平衡状态,相关数据如下:M:3 mol A、2 mol B,2 min达到平衡,生成D 1.2 mol,测得从反应开始到平衡C的速率为0.3 mol·L-1·min-1;N:2 mol C、y mol D,达到平衡时c(A)=0.6 mol·L-1。下列结论中不正确的是(    )

  A.x=2

  B.平衡时M中c(A)=0.6 mol·L-1

  C.y<0.8

  D.M中B的转化率与N中C的转化率之和为1

  2.将水煤气转化成合成气,然后合成各种油品和石化产品是化工的极为重要的领域。除去水蒸气后的水煤气主要含H2、CO、CO2及少量的H2S、CH4,继续除去H2S后,可采用催化或非催化转化技术,将CH4转化成CO,得到CO、CO2和H2的混合气体,是理想的合成甲醇原料气。

  (1)制水煤气的主要化学反应方程式为:C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g),此反应是吸热反应。

  ①此反应的化学平衡常数表达式为           。

  ②下列能增大碳的转化率的措施是        。

  A.加入C(s)     B.加入H2O(g)

  C.升高温度      D.增大压强

  (2)将CH4转化成CO,工业上常采用催化转化技术,其反应原理为:CH4(g)+3/2O2(g) CO(g)+2H2O(g)  ΔH=-519 kJ/mol。工业上要选择合适的催化剂,分别对X、Y、Z三种催化剂进行如下实验(其他条件相同)

  ①X在750℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;

  ②Y在600℃时催化效率最高,能使正反应速率加快约3×105倍;

  ③Z在440℃时催化效率最高,能使逆反应速率加快约1×106倍;

  已知根据上述信息,你认为在生产中应该选择的适宜催化剂是         (填“X”、“Y”或“Z”),选择的理由是          。

  3.(1)一定温度下,在恒容密闭容器中NO2与O2反应如下:4NO2(g)+O2(g) 2N2O5(g);

  若已知K350℃< K300℃,则该反应是_______反应(填“吸热”或“放热”)。

  反应达平衡后,若再通入一定量NO2,则平衡常数K将______,NO2的转化率     (填“增大”、“减小”或“不变”)

  (2)若初始时在恒容密闭容器中加入N2O5,下表为N2O5分解反应在一定温度下不同时间测得N2O5浓度的部分实验数据:

t/s

0

500

1000

c(N2O5)/mol·L-1

5.00

3.52

2.48

  ①写出该反应的平衡常数表达式:K=                    。

  ②1000 s内N2O5的分解速率为                            。

  ③若每有1molN2O5分解,放出或吸收QkJ的热量,写出该分解反应的热化学方程式                              。

  【巩固】

  1.某研究小组在实验室探究氨基甲酸铵(NH2COONH4)分解反应平衡常数和水解反应速率的测定。

  将一定量纯净的氨基甲酸铵固体置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变,固体试样体积忽略不计),在恒定温度下使其达到分解平衡:NH2COONH4(s) 2NH3(g)+CO2(g)

  实验测得不同温度下的平衡数据列于下表:

温度/℃

15.0

20.0

25.0

30.0

35.0

平衡总压强/kPa

5.7

8.3

12.0

17.1

24.0

平衡气体总浓度/mol·L-1

2.4×10-3

3.4×10-3

4.8×10-3

6.8×10-3

9.4×10-3

  (1)可以判断该分解反应已经达到平衡的是________(填字母序号)。

  A.2v(NH3)=v(CO2)

  B.密闭容器中总压强不变

  C.密闭容器中混合气体的密度不变

  D.密闭容器中氨气的体积分数不变

  (2)根据表中数据,列式计算25.0 ℃时的分解平衡常数:____________。

  (3)取一定量的氨基甲酸铵固体放在一个带活塞的密闭真空容器中,在25.0 ℃下达到分解平衡。若在恒温下压缩容器体积,氨基甲酸铵固体的质量将________(填“增加”、“减少”或“不变”)。

  (4)氨基甲酸铵分解反应的焓变ΔH___0(填“>”、“=”或“<”,下同),熵变ΔS___0。

  2.利用光能和光催化剂,可将CO2和H2O(g)转化为CH4和O2。紫外光照射时,在不同催化剂(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)作用下,CH4产量随光照时间的变化如下图所示。

  (1)在0~30小时内,CH4的平均生成速率vⅠ、vⅡ、vⅢ从大到小的顺序为__________;反应开始后的12小时内,在第____________种催化剂作用下,收集的CH4最多。

  (2)将所得CH4与H2O(g)通入聚焦太阳能反应器,发生反应:CH4(g)+H2O(g)??CO(g)+3H2(g)。该反应ΔH=+206 kJ·mol-1。

  ①在下列坐标图中,画出反应过程中体系能量变化图(进行必要标注)。

  ②将等物质的量的CH4和H2O(g)充入1 L恒容密闭反应器,某温度下反应达平衡,平衡常数K=27,此时测得CO的物质的量为0.10 mol,求CH4的平衡转化率(计算结果保留两位有效数字)。

  (3)已知:CH4(g)+2O2(g)===CO2(g)+2H2O(g)    ΔH=-802 kJ·mol-1

  写出由CO2生成CO的热化学方程式:_______________________________________。

  3.氨在国民生产中占有重要的地位。工业合成氨的反应为:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)

  △H=-92.4KJ/mol.请回答下列问题:

  (1)表明合成氨反应处于平衡状态的是     (填字母)

  a.2v正(NH3)>3v逆(H2)       b.c(N2)=c(H2)>c(NH3)

  c.单位时间内有3molH-H键断裂,同时有6molN-H键断裂

  d.恒温恒容时,容器内压强不变

  e.恒温恒容时,容器内混合气体的弥补不变

  (2)在一定条件下的密闭容器中,该反应达到平衡,既要加快反应速率,又要提高H2的转化率,可以采取的措施有     (填字母)

  a.升高温度     b.分离出液态氨气    c.增加N2浓度     d.增加H2浓度

  (3)已知在400℃时,N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的平衡常数K=0.5,则NH3(g) N2(g)+3H2(g)的平衡常数表达式为K=     ,数值为     。

  (4)有两个密闭容器A和B,A容器保持恒容,B容器爆出恒压,起始时向容积相等的A、B中分别通入等量的NH3气体,均发生反应:2NH3(g)3H2(g)+N2(g)。则:

  ①达到平衡所需的时间:t(A)???t(B),平衡时,NH3的转化率:a(A)????a(B) (填“>”、“=”或“<”)。

  ②达到平衡后,在两容器中分别通入等量的氦气。A中平衡向???    移动,B中平衡向???    移动。(填“向正反应方向”、“向逆反应方向”、“不”)。

  (5)在三个相同容器中各充入1molN2和3molH2,在不同条件下反应并达到平衡,氨的体积分数[Ψ(NH3)]随时间变化的曲线如图所示.下列说法中正确的是_____(填字母,下同).

  a.图Ⅰ可能是不同压强对反应的影响,且p2>p1

  b. 图Ⅱ可能是同温同压下不同催化剂对反应的影响,且催化剂性能1>2

  c.图Ⅲ可能是不同温度对反应的影响,且T1>T2

  【提高】

  1. 运用化学反应原理知识研究如何利用CO、SO2等污染物有重要意义。

  (1)用CO可以合成甲醇。已知:

  ①CH3OH(g)+3/2O2(g)=CO2(g)+2H2O(l) ΔH=-764.5?kJ·mol-1

  ②CO(g)+1/2O2(g)=CO2(g) ΔH=-283.0?kJ·mol-1

  ③H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l) ΔH=-285.8?kJ·mol-1

  则CO(g)+2H2(g)?CH3OH(g) ΔH=________kJ·mol-1

  下列措施中能够增大上述合成甲醇反应的反应速率的是________(填写序号).

  a.使用高效催化剂??      b.降低反应温度

  c.增大体系压强??        d.不断将CH3OH从反应混合物中分离出来

  (2)在一定压强下,容积为V?L的容器中充入a?mol?CO与2a?mol?H2,在催化剂作用下反应生成甲醇,平衡转化率与温度、压强的关系如下图所示。

  ①p1________p2(填“大于”、“小于”或“等于”);

  ②100?℃时,该反应的化学平衡常数K=_______;

  ③100℃时,达到平衡后,保持压强P1不变的情况下,向容器中通入CO、H2号 CH3OH各0.5amol,则平衡      (填“向右”、“向左”或“不”移动)

  ④在其它条件不变的情况下,再增加a?mol?CO和2a?molH2,达到新平衡时,CO的转化率________(填“增大”、“减小”或“不变”)。

  (4)在容积均为1L的密闭容器(a、b、c、d、e)中,分别充入1molCO和2molH2等量混合气体,在不同的温度下(温度分别为T1、T2、T3、T4、T5),经相同的时间,在t时刻,测得容器甲醇的体积分数如图所示。在T1-T2及T4-T5两个温度区间,容器内甲醇的体积分数的变化趋势如图所示,其原因是      。


  2.合理应用和处理氮的化合物,在生产生活中有重要意义。

  (1)氧化—还原法消除氮氧化物的转化如下:

  ①反应Ⅰ为:NO+O3=NO2+O2,生成11.2 L O2(标准状况)时,转移电子的物质的量是       mol。

  ②反应Ⅱ中,当n(NO2)∶n[CO(NH2)2]=3∶2时,反应的化学方程式是_____。

  (2)硝化法是一种古老的生产硫酸的方法,同时实现了氮氧化物的循环转化,主要反应为:NO2(g)+SO2(g)SO3(g)+NO(g)  △H=-41.8 kJ·mol-1

  已知:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)  △H=-196.6 kJ·mol-1,写出NO和O2反应生成NO2的热化学方程式                     。

  (3)尿素[CO(NH2)2]是一种高效化肥,也是一种化工原料。

  ①以尿素为原料一定条件下发生反应:CO(NH2)2 (s) + H2O(l)2 NH3(g)+CO2(g)  △H = +133.6 kJ/mol。该反应的化学平衡常数的表达式K=            。关于该反应的下列说法正确的是      (填序号)。

  a. 从反应开始到平衡时容器中混合气体的平均相对分子质量保持不变

  b. 在平衡体系中增加水的用量可使该反应的平衡常数增大

  c. 降低温度使尿素的转化率增大

  ②密闭容器中以等物质的量的NH3和CO2为原料,在120 ℃、催化剂作用下反应生成尿素:CO2(g) +2NH3(g)CO (NH2)2 (s) +H2O(g),混合气体中NH3的物质的量百分含量(NH3)%随时间变化关系如图所示。则a点的正反应速率V(正)(CO2)     b点的逆反应速率V(逆)(CO2)(填“>”、“=”或“<”);氨气的平衡转化率是      。



  3.甲醇来源丰富、价格低廉、运输贮存方便,是一种重要的化工原料,有着重要的用途和应用前景。工业生产甲醇的常用方法是:CO(g)+2H2(g) ?CH3OH(g)?△H=-90.8?kJ·mol-1

  (1)已知:2H2(g)+O2(g)=2H2O (l)?△H=-571.6?kJ·mol-1???

  H2(g)+1/2O2(g)=H2O(g)????△H=-241.8 kJ·mol-1?????

  ?则CH3OH(g)+O2(g)=CO(g)+2H2O(g)的反应热△H=???????kJ·mol-1。?

  (2)将1.0molCH4和2.0molH2O(g)通入容积为100L的反应室,在一定条件下发生反应:CH4(g)+ H2O(g)=CO(g)+3H2(g),测得在一定的压强下CH4的转化率与温度的关系如右图。?


  ①假设100?℃时达到平衡所需的时间为5?min,则用H2表示该反应的平均反应速率为?              ??。

  ②100℃时反应的平衡常数为?                ? 。

  (3)工业上利用甲醇制备氢气的常用方法有两种:?

  ①甲醇蒸汽重整法。该法中的一个主要反应为CH3OH(g) ?CO(g)+2H2(g),此反应能自发进行的原因是?                    。

  ②甲醇部分氧化法。在一定温度下以Ag/CeO2—ZnO为催化剂时原料气比例对反应的选择性(选择性越大,表示生成的该物质越多)影响关系如图所示。则当n(O2)/n(CH3OH)=0.25时,CH3OH与O2发生的主要反应方程式为??????;?

  在制备H2时最好控制n(O2)/n(CH3OH)=??  ?。

  【答案】

  【基础】1.C  2.(1)①K=c(CO)c(H2)/c(H2O)  ②B、C  (2)Z   催化剂效率高且活性温度低。

  3.(1)放热(1分),不变(1分),变小(1分)

  (2)①(2分)   ②0.00252 mol·L-1·s-1(2分),

  ③2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)  △H=+2QkJ·mol-1(3分)

  【巩固】1.(1)BC

  (2)K=c2(NH3)·c(CO2)=

  (3)增加 (4)> >

  2.(1)vⅢ>vⅡ>vⅠ Ⅱ

  (2)

  (3)CO2(g)+3H2O(g)CO(g)+2O2(g)+3H2(g)   ΔH=+1 008 kJ·mol-1

  3.(1)cd   (2)c   (3)K表达式略  2    (4)①<  <  ②不  向正反应方向   (5)b

  【提高】1.(1)-90.1   (2)a、c   (3)①小于   ②V2/a2   ③向左    ④小增大

  (4)T1-T2尚未达到平衡,温度越高化学反应速率越快,相同时间内生成甲醇越多(2分)

  T4-T5已经达到平衡状态,温度升高,平衡逆向移动,甲醇体积分数减小(2分)

  2.(1)①1  (2分)  ②6NO2+4CO(NH2)2=7N2+8H2O+4CO2 (3分)

  (2)2NO(g)+O2(g) = 2NO2(g)  △H=-113.0 kJ/mol(2分)

  (3)①c2(NH3)·c(CO2)  (2分)     a  (2分)

  ②> (2分)     0.75(2分)

  3.(1)-392.8?;?

  (2)0.003?mol·L-1·min-1,?2.25×10-4;??

  (3)① 该反应是一个熵增的反应?(△S>0),?(1分)

  ②      0.5(0.5~0.55均给分)
 

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