2023届高三化学二轮专题复习 原理综合大题突破4　最佳条件选择分析课件PPT

这是一份2023届高三化学二轮专题复习 原理综合大题突破4　最佳条件选择分析课件PPT，共39页。PPT课件主要包含了温度控制在，高丙烯的产率，迅速上升段是催化剂活，该温度下收率，速率的影响小于ⅲ，减小体系，×10－4等内容，欢迎下载使用。

1.活化能的概念在给定的化学反应中，由反应物分子到达活化分子所需的最小能量。2.活化能对化学反应的影响(1)根据有效碰撞理论，活化能越小，反应速率越大。(2)催化剂能降低反应的活化能，提高反应速率，增大非平衡状态中反应物的转化率，但不改变平衡转化率。(3)基元反应中的慢反应决定整个反应速率。(4)催化剂具有专一性，能提高某一特定反应的反应速率，从而提高指定反应的选择性。
3.实际工业生产中反应最佳条件的选择
例1　(2017·全国卷Ⅱ，27改编)丁烯是一种重要的化工原料，可由丁烷催化脱氢制备。C4H10(g) C4H8(g)＋H2(g)　ΔH＝＋123 kJ·ml－1。回答下列问题：(1)图(a)是该反应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________(填字母)。A.升高温度 B.降低温度　　C.增大压强 D.降低压强
由图(a)可以看出，温度相同时，由0.1 MPa变化到x MPa，丁烷的转化率增大，即平衡正向移动，所以x<0.1。由于正反应为吸热反应，所以温度升高时，平衡正向移动，丁烯的平衡产率增大，因此A正确、B错误；反应正向进行时体积增大，加压时平衡逆向移动，丁烯的平衡产率减小，因此C错误、D正确。
(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__________________________________________________________________。
氢气是产物之一，随着n(氢气)/n(丁烷)的增大，该平衡向逆反应方向移动
反应初期，H2可以活化催化剂，进料气中n(氢气)/n(丁烷)较小，丁烷浓度大，反应向正反应方向进行的程度大，丁烯产率升高；随着进料气中n(氢气)/n(丁烷)增大，原料中过量的H2会使平衡逆向移动，所以丁烯产率下降。
(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____________________________________。
升高温度，反应速率加快，生成的丁烯会增多，同时由于反应是吸热反应，升高温度，平衡向正反应方向移动　
丁烯高温裂解生成短碳链烃类化合物
[审题要领]　抓关键词，第(1)问：“平衡产率”。第(2)问：“产率”“氢气的作用”。第(3)问：“副产物”产生的原因。
例2　[2017·天津，10(2)]已知：生物脱H2S的原理：H2S＋Fe2(SO4)3===S↓＋2FeSO4＋H2SO44FeSO4＋O2＋2H2SO4 2Fe2(SO4)3＋2H2O由图1和图2判断使用硫杆菌的最佳条件为_______________。若反应温度过高，反应速率下降，其原因是_____________________________。
30 ℃、pH＝2.0
蛋白质变性(或硫杆菌失去活性)
由图1可知，温度在30 ℃左右时，Fe2＋氧化速率最快；由图2可知，反应混合液的pH＝2.0左右时，Fe2＋氧化速率最快。由此可推断使用硫杆菌的最佳条件为温度为30 ℃、混合液的pH＝2.0。硫杆菌属于蛋白质，若反应温度过高，蛋白质受热变性失活，导致反应速率下降。
1.丙烷催化直接脱氢反应：C3H8(g) C3H6(g)＋ H2(g)　ΔH1＝＋124.3 kJ·ml －1 (ⅰ)；副反应：C3H8 (g) C2H4 (g) ＋ CH4(g)　ΔH2(ⅱ)。(1)反应ⅰ的平衡常数、产物丙烯选择性、副产物乙烯选择性与温度关系如图所示， 分析工业生产中采用的温度为 650 ℃ 左右的原因是________________________________________________________________。
650 ℃，丙烯选择性高，反应速率快，平衡常数大
(2)温度为 670 ℃ 时，若在1 L的容器中投入 8 ml C3H8，充分反应后，平衡混合气体中有2 ml CH4和一定量C3H8、C3H6、H2、C2H4，计算该条件下C3H6 的选择性为___%(C3H6的选择性 ＝×100%)。
平衡混合气体中有 2 ml CH4，则根据反应ⅱ可知平衡时该反应消耗的n1(C3H8)＝2 ml；设平衡时C3H6的物质的量为x ml，根据反应ⅰ可知平衡时n(H2)＝x ml，反应ⅰ消耗的n2(C3H8)＝x ml，则平衡时容器n(C3H8)＝(8－2－x)ml，据图可知该温度下反应ⅰ的 ＝0，
(3)欲使丙烯的产率提高，下列措施可行的是________(填字母)。a.恒压条件下向原料气中掺杂水蒸气b.增大氢气与丙烷的投料比c.选择对脱氢反应更好选择性的催化剂d.增大压强
恒压条件下向原料气中掺杂水蒸气，则反应物和生成物的分压均减小，反应ⅰ正反应为分子数增大的反应，减小压强平衡正向移动，可以提高丙烯的产率，故a正确；氢气为产物，增大氢气的量会使反应ⅰ的平衡逆向移动，丙烯的产率降低，故b错误；
选择对脱氢反应更好选择性的催化剂，增大丙烯的选择性，提高产率，故c正确；反应ⅰ正反应为分子数增大的反应，增大压强会使平衡逆向移动，降低产率，故d错误。
(4)科学家探索出利用无机膜催化丙烷脱氢制丙烯的新工艺，该工艺利用特定功能膜将生成的氢气从反应区一侧有选择性的及时移走，从平衡角度分析该工艺的优点：_______________________________________________________。
将氢气及时移走，反应ⅰ化学平衡正向移动，提
2.[2018·全国卷Ⅱ，27(2)①节选]CH4—CO2催化重整反应为CH4(g)＋CO2(g)===2CO(g)＋2H2(g)　ΔH＝＋247 kJ·ml－1反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：
由上表判断，催化剂X_____Y(填“优于”或“劣于”)，理由是_________________________________________________________________________________________________________。
于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对较小，消碳反应速率大
3.[2018·江苏，20(4)②]NOx(主要指NO和NO2)是大气主要污染物之一。有效去除大气中的NOx是环境保护的重要课题。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(装置见图1)。
反应相同时间NOx的去除率随反应温度的变化曲线如图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________________________________________。
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
4.环戊二烯是重要的有机化工原料，制备环戊烯涉及的反应如下：
研究环戊二烯氢化制备环戊烯在不同温度下催化剂的活性。下表是以Pd/Al2O3 为催化剂，相同反应时间测得不同温度的数据(其他条件相同)。
(1)最佳的反应温度为_______，选择该温度的原因是_________________________________________________________________________。(2)表中实验数据表明，升高温度，环戊二烯转化率提高而环戊烯选择性降低，其原因是__________________________________________________________________。
最大，催化剂的活性最好(或该温度下转化率较高，选择性最好)
温度升高，ⅱ、ⅲ的反应速率均加快，但对ⅱ的反应
5.中科院大连化学物理研究所的“煤基甲醇制取低碳烯烃技术(简称 DMTO)”荣获2014年度国家技术发明一等奖。DMTO 技术主要包括煤的气化、液化、烯烃化三个阶段，相关反应的热化学方程式如下：
烯烃化阶段：在常压和某催化剂作用下，甲醇的平衡转化率及乙烯、丙烯等物质的选择性(指除了水蒸气以外的产物中乙烯、丙烯等物质的物质的量分数)与反应温度之间的关系如图。为尽可能多地获得乙烯，
控制反应温度为 550 ℃的理由是_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
550 ℃时，甲醇的转化率和乙烯的选择
性均较高。温度过低，反应速率慢，乙烯的选择性低；温度过高，甲醇的转化率和乙烯的选择性均降低。高温还可能使催化剂积碳和失活，且耗能大
6.碳的化合物在工业上应用广泛，下面有几种碳的化合物的具体应用：(1)已知下列热化学方程式：ⅰ.CH2==CHCH3(g)＋Cl2(g)===CH2ClCHClCH3(g)　ΔH1＝－133 kJ·ml－1ⅱ.CH2==CHCH3(g)＋Cl2(g)===CH2==CHCH2Cl(g)＋HCl(g)　ΔH2＝－100 kJ·ml－1又已知在相同条件下，CH2==CHCH2Cl(g)＋HCl(g)==CH2ClCHClCH3(g)的正反应的活化能Ea(正)为132 kJ·ml－1，则逆反应的活化能Ea(逆)为______kJ·ml－1。
根据盖斯定律，将ⅰ－ⅱ得CH2==CHCH2Cl(g)＋HCl(g)===CH2ClCHClCH3(g)　ΔH＝－133 kJ·ml－1－(－100 kJ·ml－1)＝－33 kJ·ml－1，ΔH＝Ea(正)－Ea(逆)，则逆反应的活化能Ea(逆)为　132 kJ·ml－1＋33 kJ·ml－1＝165 kJ·ml－1。
(2)查阅资料得知，反应CH3CHO(aq)===CH4(g)＋CO(g)在含有少量I2的溶液中分两步进行：第Ⅰ步反应为CH3CHO(aq)＋I2(aq)→CH3I(l)＋HI(aq)＋CO(g)(慢反应)；第Ⅱ步为快反应。增大I2的浓度______(填“能”或“不能”)明显增大总反应的平均反应速率，理由为______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
总反应的平均速率由慢反应决定，I2为慢反应的反应物，增
大I2的浓度，慢反应的反应速率增大，则总反应的反应速率增大(或根据总反应可知I2为该反应的催化剂，增大I2的浓度，可以增大总反应的平均反应速率)
根据题意，第Ⅱ步反应＝总反应－第Ⅰ步反应，则第Ⅱ步反应为CH3I(l)＋HI(aq)===I2(aq)＋CH4(g)，总反应的平均反应速率由慢反应决定，I2为慢反应的反应物，增大I2的浓度，慢反应的反应速率增大，则总反应的反应速率增大或根据总反应和两步反应可知，I2为该反应的催化剂，增大I2的浓度，可以增大总反应的平均反应速率。
(3)用催化剂Fe3(CO)12/ZSM-5催化CO2加氢合成乙烯的反应，所得产物含CH4、C3H6、C4H8等副产物，反应过程如图。
催化剂中添加Na、K、Cu助剂后(助剂也起催化作用)可改变反应的选择性，在其他条件相同时，添加不同助剂，经过相同时间后测得CO2转化率和各产物的物质的量分数如下表。
欲提高单位时间内乙烯的产量，在Fe3(CO)12/ZSM-5中添加_____助剂效果最好；加入助剂能提高单位时间内乙烯产量的根本原因是_____________________________________________________________________________。
降低生成乙烯的反应所需要的活化能，加快乙烯生成速率，而对其他副反应几乎无影响
由表中数据可知，添加Na助剂时其他副反应占比大，添加Cu助剂时CO2转化率低，兼顾乙烯的产率、CO2转化率和对副反应的影响，选择添加K助剂效果最好，不仅能提高单位时间内乙烯产量，并且其他副反应占比少，根本原因是降低反应的活化能，加快乙烯生成速率。
(4)在一密闭容器中，起始时向该容器中充入H2S和CH4且n(H2S)∶n(CH4)＝2∶1，发生反应：CH4(g)＋2H2S(g) CS2(g)＋4H2(g)。0.11 MPa时，温度变化对平衡时产物的物质的量分数的影响如图所示：
为提高H2S的平衡转化率，除改变温度外，还可采取的措施是_____________________________________________________________(列举一条)。N点对应温度下，该反应的Kp＝__________MPa2(Kp为以分压表示的平衡常数)。
根据图示，升高温度，CH4的物质的量分数减小，说明升高温度，平衡正移，正反应为吸热反应，ΔH＞0；为提高H2S的平衡转化率，即平衡正移，除改变温度外，还可减小体系压强、及时分离出产物、减小起始时 等；设起始加入甲烷的物质的量为3 ml，转化甲烷的物质的量为x ml，列“三段式”：　　 　　CH4(g)＋2H2S(g) CS2(g)＋4H2(g)起始/ml 3 　　　6 　　　 0 　　0变化/ml x 　　　2x 　　　 x 　　4x平衡/ml 3－x 　6－2x 　　 x 　　4x