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1、第 课时 第第 九九 章章合成氨工业合成氨工业硫酸工业硫酸工业 化学反应速率化学反应速率 化学平衡化学平衡1某工业生产中发生反应：2A(g)+B(g)2M(g)；H0，下列有关该工业生产的说法正确的是()D2A.工业上合成M时，常采用高压条件，因为高压有利于M的生成B.由于物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B，因加入过量的B可以增大正反应速率，减小逆反应速率，从而提高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M的日产量3下列关于硫酸工业的叙述正确的是()A.从燃烧炉出来的炉气一定要净化B.SO2转化为SO3时
2、采用高温，不仅能加快反应速率还能提高SO2的转化率C.SO2转化为SO3时采用常压，是因为增大压强不会提高SO2的转化率D.从上图中A口逸出气体的主要成分是：SO2、SO3、O2A4下列说法不正确的是()A.硫酸厂应该建在靠近原料产地的地区B.接触法制硫酸的主要步骤是造气、接触氧化和三氧化硫的吸收C.由于常压下SO2转化为SO3的转化率很高，所以SO2接触氧化时不采用高压的反应条件D.工业“三废”的综合利用不仅减少污染，还可以获得有用的副产品A5合成氨工业条件选择和硫酸工业1.适宜生产条件选择的一般原则(1)对任一可逆反应，增大反应物浓度，能提高反应速率和转化率。故生产中常使廉价易得的原料适当
3、过量，以提高另一原料的利用率，如氮气与氢气的配比为1.073。6(2)对气体分子数减少的反应，增大总压使平衡向增大生成物的方向移动。但压强太大，动力消耗，设备要求，成本增高，故必须综合考虑。(3)对放热反应，升温，提高反应速率，但转化率降低，若温度太低，反应速率又太慢，故需使用适当的催化剂。对吸热反应，升温，加快反应速率，又能提高转化率，但要避免反应物或生成物的过热分解。(4)使用催化剂可大大提高反应速率且不影响化学平衡，7但使用时必须注意其活性温度范围，且防止催化剂“中毒”，延长使用寿命。2.硫酸工业(1)条件选择接触法生产硫酸是在常压下，采用400 500 的温度、V2O5作催化剂。选择4
4、00 500 的温度除综合考虑了温度对化学反应速率和化学平衡的影响外，还因为此时催化剂活性最大，选择常压是因为常压下该反应转化率就已经很高。8(2)综合经济效益的讨论93.合成氨工业条件选择合成氨工业通常采用500 左右的温度、20 MPa50 MPa的压强、铁触媒作催化剂。选择500 左右的温度除综合考虑温度对化学反应速率和化学平衡的影响外，还因为此时催化剂活性最大，选择20 MPa50 MPa的高压是因为加压可加快反应速率和提高转化率，同时考虑了材料、动力、设备的因素。10【例1】1 mol水蒸气和炽热的焦炭反应生成水煤气，反应吸热131.4 kJmol-1。利用该反应生成的氢气和空气中的
5、氮气合成氨，其反应的H0，氨可以用于制备硝酸。请回答：(1)生成水煤气的热化学反应方程式是；C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)；H=+131.4 kJmol-1高温高温11(2)合成氨需要在较大压力下进行的原因是;(3)温度过高或者过低对合成氨的影响分别是；(4)由氨生成HNO3的各步反应的化学方程式是。合成氨是体积减小的反应，加压有利于合成氨是体积减小的反应，加压有利于平衡向合成氨的方向移动平衡向合成氨的方向移动温度过低反应速率慢，合成氨为放热温度过低反应速率慢，合成氨为放热反应，温度过高反应逆向进行反应，温度过高反应逆向进行4NH3+5O24NO+6H2O、催化剂催化剂2NO+O
6、22NO2、3NO2+H2O2HNO3+NO 12(5)某化肥厂由NH3制备HNO3，进而生产硝铵(NH4NO3)。假设由NH3氧化生产HNO3的总产率是85%，而HNO3和NH3完全反应生成NH4NO3。列式计算：从NH3制取NH4NO3过程中，用于中 和 硝 酸 所 需 的 氨 占 总 的 氨 消 耗 量 的 分 数：。若氨的消耗总量为100 kg，可生产NH4NO3的量为。46%216 kg13【答案】(1)C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)；H=+131.4 kJmol-1(2)合成氨是体积减小的反应，加压有利于平衡向合成氨的方向移动(3)温度过低反应速率慢，合成氨为放热反应
7、，温度过高反应逆向进行(4)4NH3+5O24NO+6H2O、2NO+O22NO2、3NO2+H2O2HNO3+NO(5)46%；216 kg高温高温催化剂催化剂14【变式1】(1)合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义，工业合成氨生产示意图如右图所示。X的化学式为。NH315图中条件选定的主要原因是(选填字母序号)。A.温度、压强对化学平衡影响B.铁触媒在该温度时活性大C.工业生产受动力、材料、设备等条件的限制BC16改变反应条件，会使平衡发生移动。下图表示随条件改变，氨气的含量的变化趋势。当横坐标为压强时，变化趋势正确的是 (选填字母序号)；当横坐标为温度时，变化趋势正确的是(选填字母
8、序号)。ca17(2)常温下氨气极易溶于水，其水溶液可以导电。用方程式表示氨气溶于水的过程中存在的可逆反应。氨水中水电离出的c(OH-)10-7mol(填写“”、“”或“=”)。将相同体积、相同物质的量浓度的氨水和盐酸混合后，溶液中离子浓度由大到小依次为。NH3+H2ONH3H2ON+OH-c(Cl-)c(N)c(H+)c(OH-)18(3)氨气具有还原性，在铜的催化作用下，氨气和氟气反应生成A和B两种物质。A为铵盐，B在标准状况下为气态。在此反应中，若每反应1体积氨气，同时反应0.75体积氟气；若每反应8.96 L氨气(标准状况)，同时生成0.3 mol A。写出氨气和氟气反应的化学方程式。
9、在标准状况下，每生成1 mol B，转移电子的物质的量为mol。4NH3+3F2NF3+3NH4FCu(催化剂要注催化剂要注明是铜明是铜)619有关化学平衡的影响因素的实验(1)浓度对化学平衡的影响实验目的：了解和掌握在其他条件不变的情况下，增大反应物浓度可使化学平衡向正反应方向移动。实验原理：FeCl3+3KSCN3KCl+Fe(SCN)3(红色溶液)Fe3+3SCN-Fe(SCN)3(红色溶液)(离子方程式)20实验步骤：在一个小烧杯里混合10 mL 001 molL-1 FeCl3溶液和10 mL 001 molL-1硫氰化钾溶液，溶液立即变成红色。将此红色溶液平均分盛在A、B、C三支试
10、管里，向A试管里加入少量1 molL-1的氯化铁溶液，向B试管里加入少量1 molL-1的硫氰化钾溶液。观察可知，A、B两试管红色溶液颜色加深。21总结：增大反应物浓度或减小生成物浓度，都会使v正v逆，化学平衡向正反应方向移动。反之，平衡向逆反应方向移动。注意问题：为了使现象明显，需做对比实验(分别和C试管比较)。实验关键：开始混合的溶液一定要稀(001 molL-1)，后来加入的溶液一定要浓(1 molL-1)，即浓度差要大。22问题说明：平衡后加入KCl晶体(不能是溶液)不能改变颜色，因该反应的实质是Fe3+3SCN-Fe(SCN)3，KCl不影响平衡。(2)温度对化学平衡的影响实验目的：
11、了解和初步掌握在其他条件不变的情况下，升高温度，会使化学平衡向着吸热反应的方向移动；降低温度会使化学平衡向着放热反应的方向移动。实验原理：2NO2(红棕色气体)N2O4(无色气体)；H=-57 kJmol-1。23实验步骤：装置如图所示，两个连通着的烧瓶里，盛有NO2与N2O4达到平衡的混合气体。用夹子夹住橡皮管，把A瓶放进热水里，B瓶放入冰水里，观察可知：A瓶的红棕色气体颜色加深，B瓶的红棕色气体颜色变浅。此时这三瓶气体的颜色由深至浅的是：A、C、B(A、B、C原浓度相同)。24结论：在其他条件不变的情况下，升温，平衡向吸热反应方向移动；降温，平衡向放热反应方向移动。注意问题：a.为了增加实
12、验可信度，要用两个连通烧瓶；b.实验时要用玻璃管夹将两烧瓶隔开；c.温度差要明显；d.两烧瓶同时放入水中。实验关键：温度差要明显。25(3)压强对化学平衡的影响(知识扩充)实验目的：了解和初步掌握对于有气体作反应物或生成物的反应，增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动；减小压强，平衡向气体体积增大的方向移动。实验原理：2NO2(红棕色气体)N2O4(无色气体)。26实验步骤：如图所示，用50 mL(或更大些)注射器吸入约20 mL NO2和N2O4混合气体(使注射器的活塞处于处)。吸入气体后，用橡皮塞将细管端口封闭，然后把注射器的活塞往外拉到处。可看到混合气体的颜色先变浅，后又逐渐变深。再把注
13、射器的活塞往里压时，管内混合气体的颜色先变深，后又逐渐变浅。27小结：对于有气体(反应物或生成物)参加的可逆反应，增大压强，正、逆反应速率都可能增大，但气体物质的量较大的一方速率增加更多，平衡向气体体积减小的方向移动。若反应物和生成物气体的物质的量相等如：2HI(g)H2(g)+I2(g)，增大压强，正、逆反应速率以同样的倍数增加，化学平衡不移动。若反应物和生成物中没有气态物质，压强的改变对平衡无影响。28注意问题：a.注射器容量要大；b.吸入气体体积要适量(占容量2/5左右)；c.推拉速度要快。实验关键：注射器推拉速度要快(搞清过程中的物理变化和化学变化)。问题说明：a注射器容量太小，颜色变
14、化不明显；b吸入体积太少，推压现象不明显，吸入体积太多，外拉现象不明显；c慢慢推，则颜色逐渐加深，慢慢拉，则颜色逐渐变浅，平衡移动现象表现不出。29总结化学平衡的移动及影响因素：可逆反应从某一条件下的平衡状态转变到另一条件下的平衡状态的过程，叫平衡移动。平衡是相对的、有条件的。如果改变影响平衡的一个条件(如浓度、压强或温度等)，平衡就向能够减弱这种改变的方向移动，这就是勒夏特列原理。30【例2】下列在一定条件下的反应，可用如图所示的图象表示的是()31反应纵坐标甲乙ASO2与O2的同温、同体积的恒容容器中反应SO2的转化率2 mol SO2和1 mol O22 mol SO2和2 mol O2
15、B2 mol SO2与1 mol O2在同温、可变体积容器中反应SO2的转化率1106Pa1105PaC相同质量的氨，在同一固定容积的容器中反应氨气的浓度400500D体积比为13的N2、H2在体积可变的恒压容器中反应氨气的浓度活性高的催化剂活性一般的催化剂322 mol SO2和2 mol O2建立的平衡相当于2 mol SO2和1 mol O2建立平衡后，再充入1 mol O2，故SO2的转化率：乙甲，A项错误；增大压强，平衡向气体体积缩小的反应方向移动(正方向)，SO2的转化率：甲乙，同时压强越大达平衡的时间越短，故B项错误；NH3的分解是吸热反应，温度越低，NH3分解得越少，NH3的浓度越大，故C项正确；催化剂对平衡无影响，故D项错误。【答案】C33【变式2】向甲、乙两个容积均为1 L的恒容密闭容器中，分别充入2 mol A、2 mol B和1 mol A、1 mol B。相同条件下，发生下列反应：A(g)+B(g)暗示xC(g)；H0。测得两容器中c(A)随时间t的变化如图所示：34下列说法中正确的是()A.x可能等于2也可能等于3B.向平衡后的乙容器中充入氦气可使c(A)增大C.将乙容器单独升温可使乙容器内各物质的体积分数与甲容器内的相同D.若向甲容器中再充入2 mol A、2 mol B，则 平 衡 时 甲 容 器 中 07 moln(B)14 molD35