2018届一轮复习鲁科版化学反应速率合成氨工业学案

2018届一轮复习鲁科版化学反应速率合成氨工业学案

化学反应速率　合成氨工业 考点一　化学反应速率 ‎【基础知识梳理】‎ ‎1．表示方法 通常用单位时间内反应物浓度的________或生成物浓度的________来表示。‎ ‎2．数学表达式及单位 v＝，单位为________________或________________。‎ ‎3．化学反应速率与化学计量数的关系 同一反应在同一时间内，用不同物质来表示的反应速率可能________，但反应速率的数值之比等于这些物质在化学方程式中的______________之比。‎ 如在反应aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)中，存在v(A)∶v(B)∶v(C)∶v(D)＝a∶b∶c∶d ‎4．化学反应中各物质浓度的计算模式——“三段式”‎ ‎(1)写出有关反应的化学方程式。‎ ‎(2)找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。‎ ‎(3)根据已知条件列方程式计算。‎ 例如：反应　　　　　　mA　＋　nBpC 起始浓度(mol·L－1) abc 转化浓度(mol·L－1) x 某时刻浓度(mol·L－1) a－xb－c＋ 深度思考 正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”‎ ‎(1)化学反应速率是指一定时间内任何一种反应物浓度的减少或任何一种生成物浓度的增加(　　)‎ ‎(2)化学反应速率为0.8mol·L－1·s－1是指1s时某物质的浓度为0.8mol·L－1(　　)‎ ‎(3)由v＝计算平均速率，用反应物表示为正值，用生成物表示为负值(　　)‎ ‎(4)同一化学反应，相同条件下用不同物质表示的反应速率，其数值可能不同，但表示的意义相同(　　)‎ ‎(5)有时也可以用单位时间内某物质质量的变化量来表示化学反应速率(　　)‎ ‎【解题探究】‎ 题组一　多角度计算化学反应速率 ‎1．一定条件下，在体积为10L的固定容器中发生反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)，反应过程如下图。下列说法正确的是(　　)‎ A．t1min时正、逆反应速率相等 B．X曲线表示NH3的物质的量随时间的变化关系 C．0～8min，H2的平均反应速率v(H2)＝0.75mol·L－1·min－1‎ D．10～12min，N2的平均反应速率v(N2)＝0.25mol·L－1·min－1‎ ‎2．用O2将HCl转化为Cl2，可提高效益，减少污染。‎ 一定条件下测得反应过程中n(Cl2)的数据如下：‎ t/min ‎0‎ ‎2.0‎ ‎4.0‎ ‎6.0‎ ‎8.0‎ n(Cl2)/10－3mol ‎0‎ ‎1.8‎ ‎3.7‎ ‎5.4‎ ‎7.2‎ 计算2.0～6.0min内以HCl的物质的量变化表示的反应速率(以mol·min－1为单位，写出计算过程)。‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________‎ 题组二　化学反应速率的大小比较 ‎3．已知反应4CO＋2NO2N2＋4CO2在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示反应速率最快的是(　　)‎ A．v(CO)＝1.5mol·L－1·min－1‎ B．v(NO2)＝0.7mol·L－1·min－1‎ C．v(N2)＝0.4mol·L－1·min－1‎ D．v(CO2)＝1.1mol·L－1·min－1‎ ‎4．对于可逆反应A(g)＋3B(s) 2C(g)＋2D(g)，在不同条件下的化学反应速率如下，其中表示的反应速率最快的是(　　)‎ A．v(A)＝0.5mol·L－1·min－1‎ B．v(B)＝1.2mol·L－1·s－1‎ C．v(D)＝0.4mol·L－1·min－1‎ D．v(C)＝0.1mol·L－1·s－1‎ ‎【练后反思】‎ 化学反应速率大小的比较方法 由于同一化学反应的反应速率用不同物质表示时数值可能不同，所以比较反应的快慢不能只看数值的大小，而要进行一定的转化。‎ ‎(1)看单位是否统一，若不统一，换算成相同的单位。‎ ‎(2)换算成同一物质表示的速率，再比较数值的大小。‎ ‎(3)比较化学反应速率与化学计量数的比值，即对于一般反应aA＋bB===cC＋dD，比较与，若＞，则A表示的反应速率比B的大。‎ 考点二　影响化学反应速率的因素 ‎【基础知识梳理】‎ ‎1．内因(主要因素)‎ 反应物本身的性质。‎ ‎2．外因(其他条件不变，只改变一个条件)‎ ‎3．理论解释——有效碰撞理论 ‎(1)活化分子、活化能、有效碰撞 ‎①活化分子：能够发生有效碰撞的分子。‎ ‎②活化能：如图 图中：E1为__________________，使用催化剂时的活化能为________，反应热为____________。(注：E2为逆反应的活化能)‎ ‎③有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。‎ ‎(2)活化分子、有效碰撞与反应速率的关系 深度思考 ‎1．改变反应Fe(s)＋2HCl(aq)===FeCl2(aq)＋H2(g)的下列条件时，判断生成H2的速率变化正误，正确的打“√”，错误的打“×”‎ ‎(1)升高溶液的温度，生成H2的速率增大(　　)‎ ‎(2)增大盐酸的浓度，生成H2的速率增大(　　)‎ ‎(3)增大铁的质量，生成H2速率增大(　　)‎ ‎(4)增加盐酸的体积，生成H2速率减小(　　)‎ ‎(5)加入几滴硫酸铜溶液，生成H2速率增大(　　)‎ ‎(6)加入CH3COONa固体，生成H2速率减小(　　)‎ ‎(7)加入NaCl固体，生成H2速率减小(　　)‎ ‎(8)将稀盐酸换成浓硫酸或浓硝酸，生成H2速率增大(　　)‎ ‎2．正误判断，正确的打“√”，错误的打“×”‎ ‎(1)催化剂能降低反应所需的活化能，ΔH也会发生变化(　　)‎ ‎(2)温度、催化剂能改变活化分子的百分数(　　)‎ ‎(3)催化剂参与化学反应，但反应前后的性质和质量均保持不变(　　)‎ ‎3．一定温度下，反应N2(g)＋O2(g) 2NO(g)在密闭容器中进行，回答下列措施对化学反应速率的影响(填“增大”、“减小”或“不变”)。‎ ‎(1)缩小体积使压强增大：__________；‎ ‎(2)恒容充入N2：__________；‎ ‎(3)恒容充入He：__________；‎ ‎(4)恒压充入He：__________。‎ ‎【反思归纳】‎ 气体反应体系中充入惰性气体(不参与反应)时对反应速率的影响 ‎(1)恒容：充入“惰性气体”―→总压增大―→物质浓度不变(活化分子浓度不变)―→反应速率不变。‎ ‎(2)恒压：充入“惰性气体”―→体积增大―→物质浓度减小(活化分子浓度减小)―→反应速率减小。‎ ‎【解题探究】‎ ‎1．对反应A＋BAB来说，常温下按以下情况进行反应：‎ ‎①20mL溶液中含A、B各0.01mol　②50mL溶液中含A、B各0.05mol　③0.1mol·L－1的A、B溶液各10mL④0.5mol·L－1的A、B溶液各50mL 四者反应速率的大小关系是(　　)‎ A．②>①>④>③ B．④>③>②>①‎ C．①>②>④>③ D．①>②>③>④‎ ‎2．(2017·烟台质检)反应C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g)在一可变容积的密闭容器中进行，下列条件的改变对其反应速率几乎无影响的是(　　)‎ ‎①增加C的量 ‎②将容器的体积缩小一半 ‎③保持体积不变，充入N2使体系压强增大 ‎④保持压强不变，充入N2使容器体积变大 A．①④ B．②③‎ C．①③ D．②④‎ ‎3．等质量的铁与过量的盐酸在不同的实验条件下进行反应，测得在不同时间(t)内产生气体体积(V)的数据如图所示，根据图示分析实验条件，下列说法中一定不正确的是(　　)‎ 组别 对应 曲线 c(HCl)/mol·L－1‎ 反应温度/℃‎ 铁的状态 ‎1‎ a ‎30‎ 粉末状 ‎2‎ b ‎30‎ 粉末状 ‎3‎ c ‎2.5‎ 块状 ‎4‎ d ‎2.5‎ ‎30‎ 块状 A．第4组实验的反应速率最慢 B．第1组实验中盐酸的浓度大于2.5mol·L－1‎ C．第2组实验中盐酸的浓度等于2.5mol·L－1‎ D．第3组实验的反应温度低于30℃‎ 考点三　合成氨适宜条件的选择 ‎【基础知识梳理】‎ ‎1．反应特点 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH____0　ΔS____0‎ ‎2．合成氨条件的理论分析 反应条件 对化学反应速率的影响 对平衡混合物中NH3的含量的影响 合成氨条件的选择 增大压强 有利于增大化学反应速率 有利于提高平衡混合物中NH3的含量 压强增大，有利于氨的合成，但需要的动力大，对材料、设备等的要求高，因此，工业上一般采用2×107～5×107Pa的压强 升高 温度 有利于增大化学反应速率 不利于提高平衡混合物中NH3的含量 温度升高，化学反应速率增大，但不利于提高平衡混合物中NH3的含量，因此合成氨时温度要适宜，工业上一般采用700K左右的温度(因为该温度时，催化剂的活性最大)‎ 使用 催化剂 有利于增大化学反应速率 没有影响 催化剂的使用不能使平衡发生移动，但能缩短反应达到平衡的时间，工业上一般选用铁做催化剂，使反应在尽可能低的温度下进行 ‎3.合成氨工业的简要流程可用方框图表示为 ‎(1)原料气的制取 N2：将空气液化、蒸发分离出N2或者将空气中的O2与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2。‎ H2：用水和燃料(煤、焦炭、石油、天然气等)在高温下制取。用煤和水制H2的主要反应为 C＋H2O(g)CO＋H2，CO＋H2O(g)CO2＋H2。‎ ‎(2)制得的N2、H2需净化、除杂质，再用压缩机压缩至高压。‎ ‎(3)氨的合成：在适宜的条件下，在合成塔中进行。‎ ‎(4)氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，为提高原料的利用率，将没有完全反应的N2和H2循环送入合成塔，使其被充分利用。‎ ‎【解题探究】‎ 题组一　合成氨工业的理论分析 ‎1．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒·夏特列原理来解释的是(　　)‎ A．使用铁做催化剂，可提高合成氨反应的速率 B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应 C．500℃左右比室温更有利于合成氨的反应 D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率 ‎2．对于可逆反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) 　ΔH＜0，下列说法中正确的是(　　)‎ A．达到平衡后加入N2，当重新达到平衡时，NH3的浓度比原平衡的大，N2的浓度比原平衡的小 B．达到平衡后，升高温度，既加快了正、逆反应速率，又提高了NH3的产率 C．达到平衡后，缩小容器体积，既有利于加快正、逆反应速率，又有利于提高氢气的转化率 D．加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率增大了，而逆反应速率减小了 ‎3．合成氨反应的正反应是气体体积减小的放热反应。合成氨工业的生产流程如下：‎ 关于合成氨工业的说法中不正确的是(　　)‎ A．混合气体进行循环利用遵循绿色化学思想 B．合成氨反应须在低温下进行 C．对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率 D．使用催化剂可以提高反应的速率，但是不能使平衡向正反应方向移动 题组二　合成氨工业的迁移应用 ‎4．在硫酸工业中，通常是用V2O5作催化剂，使SO2氧化成SO3(已知V2O5在400～500℃时催化效果最好)2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)　ΔH＝－198kJ·mol－1。‎ ‎(1)根据化学反应速率和化学平衡理论综合分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫，可控制的条件是：___________________________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(2)在实际生产中，选定400～500℃作为操作温度，其原因是___________________。‎ ‎(3)下表为不同温度和压强下SO2的转化率(%)。‎ 根据上表中的数据分析；制取SO3时为什么不采用高压？‎ ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(4)在生产中，通入过量空气的目的：________________________________________‎ ‎________________________________________________________________________。‎ 答案解析 考点一 基础知识梳理 ‎1．减少　增加 ‎2．mol·L－1·min－1　mol·L－1·s－1‎ ‎3．不同　化学计量数 深度思考 ‎(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)√‎ 解题探究 ‎1．B ‎2．设2.0～6.0min内，HCl转化的物质的量为n，则 ‎2HCl(g)＋O2(g)H2O(g)＋Cl2(g)‎ ‎2mol1mol n(5.4－1.8)×10－3mol n＝7.2×10－3mol 所以v(HCl) ＝＝1.8×10－3mol·min－1‎ 解析　用时间段2.0～6.0min内的HCl物质的量的变化量除以这段时间，即可得2.0～6.0min内以HCl的物质的量变化表示的反应速率，计算过程见答案。‎ ‎3．C　4.D 考点二 基础知识梳理 ‎2．(从左到右，从上到下)加快　减慢　加快　减慢　加快　减慢　相同　接触面积 ‎3．(1)②正反应的活化能　E3　E1－E2‎ ‎(2)分子总数　百分数　分子总数　百分数 深度思考 ‎1．(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√　(7)×　(8)×‎ ‎2．(1)×　(2)√　(3)×‎ ‎3．(1)增大　(2)增大　(3)不变　(4)减小 解题探究 ‎1．A ‎2．C　[增大固体的量，恒容时充入惰性气体对化学反应速率无影响。]‎ ‎3．D　[由图像可知，1、2、3、4组实验产生的氢气一样多，只是反应速率有快慢之分。第4组实验，反应所用时间最长，故反应速率最慢，A正确；第1组实验，反应所用时间最短，故反应速率最快，根据控制变量法原则知盐酸浓度应大于2.5 mol·L－1，B正确；第2组实验，铁是粉末状，与3、4组块状铁相区别，根据控制变量法原则知盐酸的浓度应等于2.5 mol·L－1，C正确；由3、4组实验并结合图像知第3组实验中反应温度应高于30 ℃，D错误。]‎ 考点三 基础知识梳理 ‎1．<　<‎ 解题探究 ‎1．B　2.C ‎3．B　[低温虽然有利于平衡正向移动，但低温会导致反应速率降低，不利于提高生产效率，答案选B。]‎ ‎4．(1)高压、450℃、催化剂　(2)在此温度下催化剂的活性最高　(3)在常压下SO2的转化率就已经很高了(97.5%)，若采用高压，平衡能向右移动，但效果并不明显，且采用高压时会增大设备的成本，得不偿失　(4)增大反应物O2的浓度，提高SO2的转化率