2020版新一线高考化学（鲁科版）一轮复习教学案：专项突破16　化学平衡的调控在化工生产中的应用

专项突破(十六)　化学平衡的调控在化工生产中的应用

1．化工生产适宜条件选择的一般原则

2.工业合成氨的原理与条件选择

(1)反应原理

N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1

反应特点：①反应为可逆反应；②正反应为放热反应；③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。

(2)条件选择

①压强：10 MPa～30 MPa的压强。压强越高，转化率越大，但对材料设备的要求越高，成本越高。

②温度：400～500 ℃的温度。温度要适宜，既要考虑速率又要考虑反应程度，同时还要考虑催化剂的活性温度。

③催化剂：使用催化剂可提高反应速率，同时不同的催化剂有不同的活性和选择性。

④循环操作：提高原料利用率。

1．(2019·陕西名校联考)在一定条件下，利用CO2合成CH3OH的反应为CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1，研究发现，反应过程中会发生副反应为CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2，温度对CH3OH、CO的产率影响如图所示。下列说法中不正确的是(　　)

A．ΔH1<0，ΔH2>0

B．增大压强有利于加快合成反应的速率

C．生产过程中，温度越高越有利于提高CH3OH的产率

D．选用合适的催化剂可以减弱副反应的发生

C　[根据图像可以看出，温度越高，CO的产率越高，CH3OH的产率越低。]

2．(2016·全国卷Ⅱ，节选)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：

(1)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

有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是__________；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是________。

(2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460 ℃。低于460 ℃时，丙烯腈的产率________(填“是”或“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是____________________________________________

___________________________________________________________；

高于460 ℃时，丙烯腈产率降低的可能原因是________(双选，填标号)。

A．催化剂活性降低

B．平衡常数变大

C．副反应增多

D．反应活化能增大

图(a)　　　　　　　　　　　图(b)

(3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知，最佳n(氨)/n(丙烯)约为________，理由是____________________________

___________________________________________________________。

进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为________。

解析：—

催化剂的特点—

(2)图(a)的特点—

(3)图(b)的特点—

＝1.0→丙烯腈的产率最高，根据反应①n(氨)∶n(O2)＝1∶1.5，故n(氨)∶n(空气)＝1∶(1.5×5)＝1∶7.5。

答案：(1)降低温度、降低压强　催化剂

(2)不是　该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低　AC

(3)1　该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低　1∶7.5∶1