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
展开专项突破(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
条件 | 原则 |
从化学反应速率分析 | 既不能过快，又不能太慢 |
从化学平衡移动分析 | 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性 |
从原料的利用率分析 | ①增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本 ②循环操作 |
从实际生产能力分析 | 如设备承受高温、高压能力等 |
从催化剂的使用活性分析 | 注意催化剂的活性对温度的限制 |
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
