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考点十七 反应速率跟限度理论在化工生产上的运用
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考点十七 反应速率与限度理论在化工生产上的应用
Ⅰ.课标要求
认识化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
Ⅱ.考纲要求
了解化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。
Ⅲ.教材精讲
1.合成氨的反应原理:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)298K时,△H==92.2kJ·mol—1
特点:合成氨是一个气体体积缩小的放热的可逆反应。
2.合成氨适宜条件的选择
(1)选择依据:从提高反应速率的角度分析,提高反应温度、使用催化剂、适当提高氮氢比;从平衡移动的角度分析,降低温度、提高压强和适时分离反应产物氨;从实际生产的角度分析,温度和压强要与生产实际相适应。
(2)选择原则:能加快反应速率;提高原料的利用率;提高单位时间内的产量;对设备条件要求不能太高。
(3)合成氨的适宜条件:使用催化剂;适宜的压强:2×107~5×107Pa;适宜的温度:500℃左右;及时分离出氨和及时补充氮气和氢气。
(4)合成氨的简要流程:
原料气的制备
原料气的制备
净化
压缩
合成
分离
液氨
氮气、氢气的循环使用
Ⅳ.典型例题
例1.合成氨工业中,原料气(N2、H2、少量CO、NH3)在进入合成塔之前,常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收CO,其反应为:
[Cu(NH3)2]Ac +CO+NH3 [Cu(NH3)2]Ac·CO,其△H<0
(1)必须除去CO原因是 。
(2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液吸收原料气中CO的适宜条件是 。
(3)吸收CO后的醋酸铜氨液经适当处理又可再生,恢复其吸收CO的能力而循环使用,其再生的条件是 。
【解析】由于吸收CO的反应特点是正反应为气体体积缩小的放热反应,则:
(1)除去CO是为了防止催化剂中毒。
(2)吸收CO的适宜条件是选择高压、低温及浓氨水作溶液。
(3)醋酸铜氨溶液再生的适宜条件是高温、低压。
例2.将对空气的相对密度为0.293的N2和H2的混合气体通过一固定容积的密闭容器中合成氨,反应一段时间后,从该容器中出来的气体在747℃、1.01×105Pa的条件下测得其密度为0.12g/L,此时达到平衡,求平衡时N2的转化率。
【解析】∵起始时混合气的平均相对分子质量M ==0.293×29==8.5
N2
N2 28 6.5
H2 2 19.5
8.5
==1/3(物质的量之比)
设起始时N2、H2的物质的量分别为1mol和3mol,平衡时生成氨气的物质的量为xmol。
N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)
起始量 1mol 3mol 0
平衡量 (1-x/2)mol (3-3/2x)mol xmol
n(平)== (1-x/2)mol + (3-3/2x)mol + xmol==(4-x)mol
由PV==m/M·RT得:M==mRT/PV==0.12g·L—1×0.082atm L/mol·k×1020k÷1atm==10g/mol
据质量守恒得:(1mol×28g/mol +3mol×2g/mol)÷( 4-x)mol==10g/mol
解得:x==0.6
∴N2的转化率==(0.6mol/2÷1mol)×100%==30%
答:N2的转化率为30%。
Ⅴ.跟踪训练
一.选择题(下列各题均只有一个合理答案,请将合理答案的序号填在第Ⅱ卷题首的答案栏内,填在其它地方无效)
1.下面是合成氨的简要流程示意图:
x
x
N2(1体积)
H2(3体积)
压缩机
热交换器
有催化剂的合成塔
冷凝器
液氨
沿x路线回去的物质是
A.N2和H2 B.催化剂 C.N2 D.H2
2.合成氨所需的氢气可由水和煤反应制得,其中有一步反应为CO +H2O CO2 +H2,其△H<0。欲提高CO的转化率可采用的方法是
①降低温度 ②增大压强 ③使用催化剂 ④增大CO的浓度 ⑤增大水蒸气的浓度
A.①②③ B.④⑤ C.①⑤ D.⑤
3.在某合成氨厂的合成氨反应中,测得合成塔入口处气体N2、H2、NH3的体积比为6:8:1,出口处N2、H2、NH3的体积比为9:27:8,则N2的转化率为
A.75% B.50% C.25% D.20%
4.在固定容积的密闭容器中,氮气和氢气合成氨
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