2022届高三化学一轮复习 催化反应中转化率产率问题 课件

这是一份2022届高三化学一轮复习 催化反应中转化率产率问题 课件，共19页。PPT课件主要包含了真实情境，知识梳理，催化剂，不能改变化学反应焓变，不能改变化学平衡常数，不能影响化学平衡移动，不能改变平衡转化率，能改变化学反应的历程，能改变降低反应活化能，能缩短反应平衡的时间等内容，欢迎下载使用。
工业上通常采用铁触媒、在400~500 ℃和 10~30 MPa的条件下合成氨。 试从化学反应条件控制的角度分析，如何提高合成氨反应的转化率？
工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破
催化剂是化学工业的基石，90%以上的化工过程采用了催化剂。近几年高考化学反应原理试题经常以真实的工业生产为情境，图表信息为载体，通过催化反应中催化剂、温度等反应条件的控制，考查学生变化观念和平衡思想，证据推理与模型认知等核心素养。 试题考查的内容主要有反应条件的最优化选择，反应过程中原料转化率，目标产物产率和目标反应的选择性变化的原因。其中温度和催化剂同时对催化反应的影响是考查的热点和难点。 解决此类问题，综合运用化学反应速率和平衡移动原理等理论知识，根据催化反应的特点，采用单因素/多因素分析方法对反应条件进行深入分析，探寻转化率、产率和选择性的变化规律。
【2018江苏20-4】在有氧条件下，新型催化剂M能催化NH3与NOx反应生成N2。将一定比例的O2、NH3和NOx的混合气体，匀速通入装有催化剂M的反应器中反应(装置见题20图−1)。反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如题20图−2所示，在50～250 ℃范围内随着温度的升高，NOx的去除率先迅速上升后上升缓慢的主要原因是__________________________________________；当反应温度高于380 ℃时，NOx的去除率迅速下降的原因可能是______________________________。
迅速上升段是催化剂活性随温度升高增大与温度升高共同使NOx去除反应速率迅速增大；上升缓慢段主要是温度升高引起的NOx去除反应速率增大
催化剂活性下降；NH3与O2反应生成了NO
T1之前：温度影响为主
T1－T1：温度和催化剂共同影响
T2之后：温度影响催化剂活性 可能发生副反应
非可逆反应，反应物用量相同，反应时间相同
【2019江苏15】在恒压、NO和O2的起始浓度一定的条件下，催化反应相同时间，测得不同温度下NO转化为NO2的转化率如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下NO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是（ ）双选
A. 反应2NO(g)+O2(g) = 2NO2(g)的ΔH>0B. 图中X点所示条件下，延长反应时间能提高NO转化率C. 图中Y点所示条件下，增加O2的浓度不能提高NO转化率D. 380℃下，c起始(O2)=5.0×10−4 ml·L−1，NO平衡转化率为50%，则平衡常数K>2000
延长反应时间合适的催化剂
可逆反应，反应物用量相同，反应时间相同
① 温度高于300 ℃，CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是_________________。② 220 ℃时，在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后，测得CH3OCH3的选择性为48%（图中A点）。不改变反应时间和温度，一定能提高CH3OCH3选择性的措施有____________________________________________。
【2019江苏20-3】CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法，其过程中主要发生下列反应：反应Ⅰ：CO2(g)+H2(g) = CO(g)+H2O(g) ΔH=41.2 kJ·ml−1反应Ⅱ：2CO2(g)+6H2(g) = CH3OCH3(g)+3H2O(g) ΔH =﹣122.5 kJ·ml−1 在恒压、CO2和H2的起始量一定的条件下，CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如图。
反应Ⅰ的ΔH＞0，反应Ⅱ的ΔH＜0，温度升高使CO2转化为CO的平衡转化率上升，使CO2转化为CH3OCH3的平衡转化率下降，且上升幅度超过下降幅度
增大压强，使用对反应Ⅱ催化活性更高的催化剂
产率 = 转化率 × 选择性
【2017全国Ⅱ27】丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。回答下列问题：(1)正丁烷(C4H10)脱氢制1­丁烯(C4H8)的热化学方程式如下： ① C4H10(g) = C4H8(g)＋H2(g)　ΔH1已知：② C4H10(g)＋1/2 O2(g) = C4H8(g)＋H2O(g)　ΔH2＝－119 kJ·ml－1 ③ H2(g)＋1/2 O2(g) = H2O(g)　ΔH3＝－242 kJ·ml－1
反应①的ΔH1为______kJ·ml－1。图(a)是反应①平衡转化率与反应温度及压强的关系图，x________0.1(填“大于”或“小于”)；欲使丁烯的平衡产率提高，应采取的措施是________(填标号)。A．升高温度 B．降低温度 C．增大压强 D．降低压强
(2)丁烷和氢气的混合气体以一定流速通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，出口气中含有丁烯、丁烷、氢气等。图(b)为丁烯产率与进料气中n(氢气)/n(丁烷)的关系。图中曲线呈现先升高后降低的变化趋势，其降低的原因是___________________________________________。(3)图(c)为反应产率和反应温度的关系曲线，副产物主要是高温裂解生成的短碳链烃类化合物。丁烯产率在590 ℃之前随温度升高而增大的原因可能是___________________________________________；590 ℃之后，丁烯产率快速降低的主要原因可能是___________________________________________。
丁烯高温裂解生成短链烃类
氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)增大，逆反应速率增大
升高温度有利于反应向吸热方向进行，温度升高反应速率加快
多：尽可能达到平衡转化率快：缩短反应时间，效率高好：产物选择性好，纯度高省：绿色经济，生产成本低
化学反应速率理论化学反应平衡理论单因素分析（控制变量）多因素分析（主次优先）
化学反应单一/平行反应可逆/非可逆反应吸热/放热反应化学反应的计量数
反应物的用量反应的时间反应的温度反应的压强反应的催化剂
【2016·全国卷Ⅱ27】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： ① C3H6(g)＋NH3(g)＋3/2 O2(g) = C3H3N(g)＋3H2O(g) ΔH＝－515 kJ·ml-1② C3H6(g)＋O2(g) = C3H4O(g)＋H2O(g) ΔH＝－353 kJ·ml-1两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是_________________________；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________________。
两个反应均为放热量大的反应
(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(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_____________。
该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低
该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低
【2016浙江28】催化还原CO2是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明，在Cu/ZnO催化剂存在下，CO2和H2可发生两个平行反应，分别生成CH3OH和CO。反应的热化学方程式如下：CO2(g)＋3H2(g) = CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－53.7 kJ·ml－1　ⅠCO2(g)＋H2(g) = CO(g)＋H2O(g)　ΔH2　 Ⅱ某实验室控制CO2和H2初始投料比为1∶2.2，在相同压强下，经过相同反应时间测得如下实验数据：
【备注】Cat.1：Cu/ZnO纳米棒；Cat.2：Cu/ZnO纳米片；甲醇选择性：转化的CO2中生成甲醛的百分比已知：① CO和H2的标准燃烧热分别为－283.0 kJ·ml－1和－285.8 kJ·ml； ② H2O(l) = H2O(g)　ΔH3＝44.0 kJ·ml－1