合成氨工业-化学平衡原理的应用.ppt

高考第一轮复习高考第一轮复习复习目标复习目标1、理理解解勒勒夏夏特特列列原原理理的的涵涵义义；掌掌握握浓浓度度、温温度度、压压强强等等条条件件对对化化学学平平衡衡移动的影响。移动的影响。2、利利用用所所学学化化学学反反应应速速率率、化化学学平平衡衡的的原原理理来来解解释释生生活活、生生产产中中的的实实际际问题。问题。一、合成氨条件的选择一、合成氨条件的选择问题问题1：请同学们写出合成氨的化学反应方程式，并请同学们写出合成氨的化学反应方程式，并 说明这个反应有什么特点？说明这个反应有什么特点？N2+3H2 2NH3特点：特点：a、可逆反应可逆反应 b、正反应放热正反应放热 c、正反应是气体体积减小的反应。正反应是气体体积减小的反应。问题问题2：请同学们分析工业生产主要要考虑哪些问题？请同学们分析工业生产主要要考虑哪些问题？首首 要要：经济效益与社会效益经济效益与社会效益基本要求：基本要求：a、单位时间内产量高单位时间内产量高 b、原料利用率高原料利用率高反应速率问题反应速率问题化学平衡问题化学平衡问题问题问题3：根据以上要求，分别从化学反应速率和化学平根据以上要求，分别从化学反应速率和化学平衡两个角度分析合成氨的合适条件。衡两个角度分析合成氨的合适条件。填填 表表高高 温温高高 压压使使 用用高高 压压低低 温温无无 影影 响响一、合成氨条件的选择一、合成氨条件的选择使用催化剂：使用催化剂：这样可以大大加快化学反这样可以大大加快化学反应速率，提高生产效率，也提高了经济应速率，提高生产效率，也提高了经济效益；效益；选择合适的温度：选择合适的温度：500左右，该温度左右，该温度是合成氨催化剂的活性温度；是合成氨催化剂的活性温度；选择合适的压强：选择合适的压强：20MPa50MPa，该该压强下进行生产，对动力、材料、设备压强下进行生产，对动力、材料、设备等来说正合适。等来说正合适。合成氨的适宜条件 实际生产中，还需将生成的实际生产中，还需将生成的NH3及时分离及时分离出来，并不断向体系中补充出来，并不断向体系中补充N2、H2以增加反以增加反应物浓度，使平衡向合成氨的方向进行。应物浓度，使平衡向合成氨的方向进行。已知：已知：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)+Q，2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)+Q回答下列问题：回答下列问题：（1）从影响速率和平衡的因素分析，要有利于）从影响速率和平衡的因素分析，要有利于NH3和和SO3的生成，理论上应采取的措施是。实的生成，理论上应采取的措施是。实际生产中采取的措施分别是中际生产中采取的措施分别是中。（2）在实际生产的合成氨过程中，要分离出氨气，目的）在实际生产的合成氨过程中，要分离出氨气，目的是；是；而合成而合成SO3过程中，不需要分离出过程中，不需要分离出SO3，原因是原因是。高温高压催化剂高温高压催化剂高温高压催化剂高温高压催化剂合成氨：高温、高压、合成氨：高温、高压、合成氨：高温、高压、合成氨：高温、高压、催化剂；合成催化剂；合成催化剂；合成催化剂；合成SO3SO3：高温、常压、催化剂。高温、常压、催化剂。高温、常压、催化剂。高温、常压、催化剂。减少生成物浓度，使平衡向生成减少生成物浓度，使平衡向生成减少生成物浓度，使平衡向生成减少生成物浓度，使平衡向生成NHNH3 3方向移动方向移动方向移动方向移动该反应该反应该反应该反应向生成向生成向生成向生成SOSO3 3的方向进行程度大，达到平衡后的方向进行程度大，达到平衡后的方向进行程度大，达到平衡后的方向进行程度大，达到平衡后SOSO2 2余量余量余量余量较少，故不需要分离较少，故不需要分离较少，故不需要分离较少，故不需要分离SOSO3 3思考思考1：合成氨工业中，原料气（合成氨工业中，原料气（N2、H2及少量及少量CO、NH3的混合气）在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜（的混合气）在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜（I）溶溶液来吸收原料气中的液来吸收原料气中的CO，其反应是：其反应是：Cu(NH3)2Ac+CO+NH3 Cu(NH3)3AcCO+Q（1）必须除去原料气中）必须除去原料气中CO的原因是的原因是。（2）醋酸二氨合铜（）醋酸二氨合铜（I）吸收吸收CO的生产适宜条件应是的生产适宜条件应是。（3）吸收）吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过适当处理又可再后的醋酸铜氨溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸铜氨溶的能力以供循环使用。醋酸铜氨溶液再生的生产适宜条件应是液再生的生产适宜条件应是_。除除CO的原因是防止合成塔中的催化剂中毒的原因是防止合成塔中的催化剂中毒吸收吸收CO的适宜条件应选择：低温、高压；的适宜条件应选择：低温、高压；高温低压。高温低压。思考思考2：思考思考3：有平衡体系：有平衡体系CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)+Q，为了增加甲醇的产量，为了增加甲醇的产量，工厂应采取的正确措施是（工厂应采取的正确措施是（）A、高温高压高温高压 B、适宜温度高压催化剂适宜温度高压催化剂C、低温低压低温低压 D、低温高压催化剂低温高压催化剂B 典型例题分析典型例题分析例例1、氯化铜溶液为淡蓝色，当加入浓、氯化铜溶液为淡蓝色，当加入浓盐酸后，溶液就会变成黄绿色，这种颜盐酸后，溶液就会变成黄绿色，这种颜色变化是由下列可逆反应引起的：色变化是由下列可逆反应引起的：Cu(H2O)42+4Cl-CuCl42-+4H2O下列方法能使溶液变成淡蓝色的是（下列方法能使溶液变成淡蓝色的是（）A、加蒸馏水加蒸馏水 B、加、加AgNO3溶液溶液C、加、加NaCl溶液溶液 D、加盐酸加盐酸AB 例例2、在氯化铁溶液中加入难溶于水的、在氯化铁溶液中加入难溶于水的碳酸钙粉末，观察到碳酸钙逐渐溶解，产碳酸钙粉末，观察到碳酸钙逐渐溶解，产生无色气体和红褐色沉淀，试解释观察到生无色气体和红褐色沉淀，试解释观察到的现象。的现象。解析：解析：FeCl3在溶液中能发生水解。在溶液中能发生水解。Fe3+3H2O Fe(OH)3+3H+（建立平衡），建立平衡），加入加入CaCO3时，它能与时，它能与H+反应，放出反应，放出CO2气体，并使气体，并使H+浓度减少（条件改变），使浓度减少（条件改变），使平衡向正反应方向移动（平衡移动），生平衡向正反应方向移动（平衡移动），生成的成的Fe(OH)3不断增加，从而产生红褐色沉不断增加，从而产生红褐色沉淀（产生结果）。淀（产生结果）。例例3、BiCl3水解生成水解生成BiOCl（BiOCl难溶于水难溶于水).（1）BiCl3水解的反应方程式为：水解的反应方程式为：。（2）医药上把）医药上把BiOCl叫做次氯酸铋，分析这种名叫做次氯酸铋，分析这种名称是否合理：。称是否合理：。（3）把适量）把适量BiCl3溶于浓溶于浓NaCl溶液中或溶于含有少溶液中或溶于含有少量盐酸的水中能得到澄清溶液，试用平衡移动原理量盐酸的水中能得到澄清溶液，试用平衡移动原理分析可能的原因：分析可能的原因：。BiClBiCl3 3+H+H2 2O O BiOCl+2HCl BiOCl+2HCl不合理；因为不合理；因为不合理；因为不合理；因为BiOClBiOCl中，中，中，中，ClCl的化合价为的化合价为的化合价为的化合价为-1-1价价价价 浓浓浓浓NaClNaCl溶液中，溶液中，溶液中，溶液中，ClCl-抑制抑制抑制抑制BiClBiCl3 3的的的的溶解，使溶解，使溶解，使溶解，使BiBi3+3+的浓度减少；盐酸抑制的浓度减少；盐酸抑制的浓度减少；盐酸抑制的浓度减少；盐酸抑制BiBi3+3+的水解的水解的水解的水解 例例4、近年来，某些自来水厂在用液氯、近年来，某些自来水厂在用液氯进行消毒处理时还加入少量液氨，其反应进行消毒处理时还加入少量液氨，其反应的化学方程式为的化学方程式为NH3+HClO H2O+NH2Cl（一氯氨），一氯氨），NH2Cl较较HClO稳定，试分析加液氨能延长液氯杀菌时间稳定，试分析加液氨能延长液氯杀菌时间的原因的原因?解析解析：液氨与次氯酸反应生成较：液氨与次氯酸反应生成较HClO稳定稳定的的NH2Cl后，不影响后，不影响HClO的的杀菌效率，且杀菌效率，且由于反应可逆，随由于反应可逆，随HClO消耗，平衡逆向移消耗，平衡逆向移动，从而延长动，从而延长HClO杀菌时间。杀菌时间。四、化学平衡的有关计算四、化学平衡的有关计算程序法程序法1 1、建立解题程序模式、建立解题程序模式、建立解题程序模式、建立解题程序模式 mA(g)+nB(g)=pC(g)+qD(g)起始浓度起始浓度起始浓度起始浓度转化浓度转化浓度转化浓度转化浓度平衡浓度平衡浓度平衡浓度平衡浓度2 2、确定关系、确定关系、确定关系、确定关系(1)(1)确定转化浓度是解题的关键确定转化浓度是解题的关键确定转化浓度是解题的关键确定转化浓度是解题的关键 (2)(2)反应物反应物反应物反应物:平衡浓度平衡浓度平衡浓度平衡浓度=起始浓度起始浓度起始浓度起始浓度-转化浓度转化浓度转化浓度转化浓度 生成物生成物生成物生成物:平衡浓度平衡浓度平衡浓度平衡浓度=起始浓度起始浓度起始浓度起始浓度+转化浓转化浓转化浓转化浓 (3)(3)(4)(4)混合气体的平均分子量混合气体的平均分子量混合气体的平均分子量混合气体的平均分子量 数值之比等于方程式中相应物质系数之比。数值之比等于方程式中相应物质系数之比。数值之比等于方程式中相应物质系数之比。数值之比等于方程式中相应物质系数之比。3、依照题意，列式求解解题的突破点：由方程式系数求出由方程式系数求出由方程式系数求出由方程式系数求出 n平(生成物)=n转(生成物)n转(反应物)n平(反应物)1 1、在一定温度、压强和有催化剂存在条件下，将、在一定温度、压强和有催化剂存在条件下，将、在一定温度、压强和有催化剂存在条件下，将、在一定温度、压强和有催化剂存在条件下，将N N2 2和和和和H H2 2按按按按1 1：3 3的体积比混合，当反应达平衡时，混合气的体积比混合，当反应达平衡时，混合气的体积比混合，当反应达平衡时，混合气的体积比混合，当反应达平衡时，混合气中含有中含有中含有中含有mm mol mol的的的的NHNH3 3，且，且，且，且NHNH3 3的体积分数量为的体积分数量为的体积分数量为的体积分数量为a%a%，求求求求起始时起始时起始时起始时N N2 2、H H2 2的物质的量。的物质的量。的物质的量。的物质的量。设起始状态设起始状态N N2 2为为x xmolmol，则，则H H2 2为为3 3x xmolmol N N2 2 3H3H2 2 2NH 2NH3 3起始物质的量起始物质的量(mol)(mol)x x 3 3x x 0 0转化物质的量转化物质的量(mol)m/2 3m/2 m(mol)m/2 3m/2 m平衡物质的量平衡物质的量(mol)(mol)mm由题给条件知由题给条件知a a%=%=2.2.将等物质的量的将等物质的量的A A，B B混合于混合于2L2L的密闭容器中，发生反的密闭容器中，发生反应应3A3A（气）气）B B（气）气）x Cx C（气）气）2D2D（气）气）经经5min5min后达到平衡时，测知后达到平衡时，测知D D的浓度为的浓度为0.5mol/L0.5mol/L，AA：B=3B=3：5 5，C C的平均反应速率为的平均反应速率为0.1mol/Lmin0.1mol/Lmin。试求（试求（1 1）A A的平衡的平衡浓度是多少？（浓度是多少？（2 2）B B的平均反应速率？（的平均反应速率？（3 3）x x？设A的起始浓度为xmol/L；B的平均反应速度为VB。3A(气)B(气)xC(气)2D(气)起始浓度(mol/L)x x 0 0转化浓度(mol/L)0.75 0.25 0.5平衡浓度(mol/L)0.15 0.5（1）由(x-0.75):(x-0.25)=3:5，得x=1.5(mol/L)；A的平衡浓度为1.5-0.75=0.75mol/L根据化学反应速率与反应方程式系数成比例的规律,不难得到（2)VB=VD/5=0.05mol/(Lmin)；（3）VC=VD，x=2。x-0.75 x-0.253 3、合成氨的反应在一定条件下达到平衡，测得体系、合成氨的反应在一定条件下达到平衡，测得体系中中NHNH3 3为为4mol4mol，起始与平衡时的压强之比为起始与平衡时的压强之比为1313：8 8，且且HH2 2 始始：HH2 2 平平4 4：1 1，求，求N N2 2和和H H2 2的转化率。的转化率。解：设解：设N N2 2、H H2 2的起始物质的量分别为的起始物质的量分别为x x、y y N N2 2+3H+3H2 2 2NH 2NH3 3 总量总量 始始 x y 0 x y 0 x+yx+y 变变 2 6 42 6 4 平平 x-2 y-6 4 x+y-4x-2 y-6 4 x+y-4 N N2 2的转化率的转化率 100%=83.3%100%=83.3%H H2 2的转化率的转化率 4、1体积SO2和3体积空气混合后在450以上通过V2O5催化剂发生反应。若同温同压下测得反应前后混合气体的密度比为0.9：1，求SO2的转化率。分析：体积与密度为反比关系，反应前后气体的密度比为0.9：1，则前后体积比为1：0.9，即气体总体积减少了10%（0.4体积）。这样就将已知的密度比转换成了气体体积差量，利用差量法进行计算：2SO2+O2=2SO3 V 2 1 x 0.4 X=0.8，即SO2的转化率为80%5、接触法制硫酸中，焙烧黄铁矿所得气体含N278%、O211%、SO27%、CO24%，进入接触室后反应，气体体积变为原来的96.7%，求SO2的转化率及反应后O2和N2的体积比？差量法差量法2SO2SO2 2+O+O2 2 2SO2SO3 3 V V 2 1 2 1 1 1 x y x y 1-96.7%1-96.7%转化的转化的SOSO2 2：X=6.6%X=6.6%转化的转化的OO2 2:y=3.3%y=3.3%SOSO2 2的转化率为的转化率为vNvN2 2 vOvO2 2=780=780 77 77 6 6、某可逆反应、某可逆反应、某可逆反应、某可逆反应A(A(气气气气)B(B(气气气气)C(C(气气气气)，在两个完全，在两个完全，在两个完全，在两个完全相同密闭容器中分别加入相同密闭容器中分别加入相同密闭容器中分别加入相同密闭容器中分别加入A A、B B各各各各1 1摩，第一个容器摩，第一个容器摩，第一个容器摩，第一个容器温度为温度为温度为温度为400400，达到平衡时压强为原来的，达到平衡时压强为原来的，达到平衡时压强为原来的，达到平衡时压强为原来的75%75%，第，第，第，第二个容器温度为二个容器温度为二个容器温度为二个容器温度为600600，达到平衡时，达到平衡时，达到平衡时，达到平衡时A A的体积百分含的体积百分含的体积百分含的体积百分含量为量为量为量为25%25%，通过计算推断该反应的正反应是吸热反，通过计算推断该反应的正反应是吸热反，通过计算推断该反应的正反应是吸热反，通过计算推断该反应的正反应是吸热反应还是放热反应？应还是放热反应？应还是放热反应？应还是放热反应？400400时，设时，设A A的转化率为的转化率为x x A(A(气气)+B()+B(气气 C(C(气气)起始起始 1 1 01 1 0转化转化 x x xx x x平衡平衡 1-x 1-x 1-x1-x x x 平衡时混合气体总物质的量是平衡时混合气体总物质的量是:2-x:2-x所以有所以有 x=50%x=50%达平衡时达平衡时A A的体积百分含量为的体积百分含量为50%50%600 600达平衡时，达平衡时，A A的体积百分含量为的体积百分含量为25%,25%,说明升高温度时说明升高温度时,平衡向正反应方向移动平衡向正反应方向移动,所以该反应的正反应是吸热反应。所以该反应的正反应是吸热反应。7、一定条件下,在容积为2L的密闭容器里加入一定物质的量A,发生如下反应并建立平衡:A(g)2B(g),2B(g)C(g)+2D(g)测得平衡时各物质的量浓度是:A=0.3mol/L,B=0.2mol/L,C=0.05mol/L.最初向容器里加入A的物质的量是()A.0.5mol B.0.8mol A.0.5mol B.0.8mol C.0.9mol D.1.2molC.0.9mol D.1.2mol C8、在一个、在一个x升的密闭容器中放入升的密闭容器中放入y升的升的A(气气)和和z升的升的B(气气)，在一定条件下发生下列反应：，在一定条件下发生下列反应：3A(气气)+B(气气)nC(气气)+2D(气气)。这平衡后，这平衡后，A的浓度减少的浓度减少1/2，混合气的平均相对分子质，混合气的平均相对分子质量比原气体增大量比原气体增大1/8。式中。式中n值值(正整数正整数)为为_19、在一定温度和压强下，将平均分子、在一定温度和压强下，将平均分子相对质量为相对质量为8.5的的N2和和H2的混合气体，的混合气体，充入密闭容器中反应，达到平衡后，充入密闭容器中反应，达到平衡后，混合气体的平均分子的相对质量为混合气体的平均分子的相对质量为10.0，则，则N2的转化率为的转化率为_。30%计算技巧：计算技巧：1、差量法：、差量法：例例1、在一个固定体积的密闭容器中，放入、在一个固定体积的密闭容器中，放入2molX和和3molY，在一定条件下反应：在一定条件下反应：4X(气气)+3Y(气气)2Q(气气)+nR(气气)达到平衡后，达到平衡后，容器内温度不变，容器内压强比原来增加容器内温度不变，容器内压强比原来增加5%，X的浓度减小的浓度减小1/3，则反应方程中的，则反应方程中的n值为值为（）A、5 B、3 C、6 D、2 练习练习1、将气体、将气体A放入密闭容器中，在一定放入密闭容器中，在一定温度时反应：温度时反应：2A(气气)B(气气)+nC(气气)达到平衡达到平衡时，压强增大时，压强增大m%，测得测得A的转化率也为的转化率也为m%，则则n的值为（的值为（）A、1 B、2 C、3 D、4C CC C2、极限法：、极限法：例例2、在一定温度下的密闭容器中加入、在一定温度下的密闭容器中加入CO和和H2O（气）各气）各1mol当反应当反应CO+H2O（气）气）CO2+H2达到平衡时生成达到平衡时生成0.5mol的的CO2，若其它条件不变，再充入若其它条件不变，再充入8molH2O（气）气）重新达到平衡时重新达到平衡时CO2的物质的量为的物质的量为 （）A、0.5mol B、0.93mol C、1mol D、1.5mol 练习练习2、在一密闭容器中，用等物质的量的、在一密闭容器中，用等物质的量的A和和B发生如下反应：发生如下反应：A（气）气）+2B（气）气）2C（气）反气）反应达到平衡时，若混合气体中应达到平衡时，若混合气体中A和和B的物质的量之和的物质的量之和与与C的物质的量相等，则这时的物质的量相等，则这时A的转化率为的转化率为：（：（）A、40%B、50%C、60%D、70%B BA A练习练习3：已知：已知：N2(g)+3H2(g)2 NH3(g)；H=-92.3KJ/mol现将现将1molN2与足量与足量H2在一定条件下充在一定条件下充分反应，放出的热量分反应，放出的热量92.3KJ(填填“”、“=”、“”)；简述理由；简述理由。上述反应为可逆反应，上述反应为可逆反应，1molN2不可能不可能全部转化，故放出的热量小于全部转化，故放出的热量小于92.3KJ3、守恒法：、守恒法：例例3、将、将1molA、2molB的混合物的混合物132g在密闭容器中在密闭容器中反应：反应：A（气）气）+2B（气）气）2C（气）气）+2D（气）达到平衡后，气）达到平衡后，测得测得A的转化率为的转化率为30%，则平衡时混合气体的平均分子，则平衡时混合气体的平均分子量为（量为（）A、44 B、48 C、40 D、52 练习练习3、在体积为、在体积为20L的真空密闭容器中，充入的真空密闭容器中，充入0.1mol H2和和0.2mol I2（气），气），T1温度下发生反应：温度下发生反应：H2(g)+I2(g)2HI(g)+热量测得平衡时热量测得平衡时H2的转化率为的转化率为50%，再升温到，再升温到T2，平衡发生移动并达到新的平衡，测平衡发生移动并达到新的平衡，测得得HI的平衡浓度为的平衡浓度为T1时的一半，整个过程体积不变，时的一半，整个过程体积不变，则则T2时平衡混合物的密度为（时平衡混合物的密度为（）g/L A、2.12 B、2.55 C、3.06 D、3.18C CB B例例6、牙齿表面由一层坚硬的、组成为、牙齿表面由一层坚硬的、组成为Ca5(PO4)3OH的的物质保护着，它在唾液中存在下列平衡：物质保护着，它在唾液中存在下列平衡：Ca5(PO4)3OH(固固)5Ca2+3PO43-+OH-，进食进食后，细菌和酶作用于食物，产生有机酸，这时牙齿就后，细菌和酶作用于食物，产生有机酸，这时牙齿就会受到腐蚀，其原因是会受到腐蚀，其原因是，已知，已知Ca5(PO4)3F(固固)的溶解度比上面矿化的溶解度比上面矿化产物更小，质地更坚固。请用离子方程式表示当牙膏产物更小，质地更坚固。请用离子方程式表示当牙膏中配有氟化物添加剂后能防止龋齿的原因中配有氟化物添加剂后能防止龋齿的原因。脱矿脱矿矿化矿化 有机酸与有机酸与有机酸与有机酸与OHOH-中和，使平衡向脱中和，使平衡向脱中和，使平衡向脱中和，使平衡向脱矿方向移动矿方向移动矿方向移动矿方向移动F F-+Ca+Ca5 5(PO(PO4 4)3 3OH OH Ca Ca5 5(PO(PO4 4)3 3F+OHF+OH-例例2、（上海）二氧化氮存在下列、（上海）二氧化氮存在下列平衡：平衡：2NO2(气气)N2O4(气气)+Q。在测在测定定NO2的相对分子质量时，下列条件中的相对分子质量时，下列条件中较为适宜的是较为适宜的是 （）A.温度温度130，压强，压强3.03105Pa B.温度温度25，压强压强1.01105Pa C.温度温度130，压强，压强5.05104Pa D.温度温度0，压强压强5.05104PaC7、将固体NH4I置于密闭容器中，在某温度下发生下列反应：NHNH4 4I(I(固固)NH NH3 3(气气)HI(HI(气气)、2HI(2HI(气气)H H2 2(气气)I I2 2(气气),),当反应达平衡时 H2=0.5molL，NH3=5molL，则HI的浓度为_。解析:对连续进行的两个可逆反应，解题的思路对连续进行的两个可逆反应，解题的思路一般是：第一个反应生成物的平衡浓度就是第二个反一般是：第一个反应生成物的平衡浓度就是第二个反应相应反应物的起始浓度。本题中应相应反应物的起始浓度。本题中NHNH3 3 平衡平衡=5mol=5molL L，即第一个反应达平衡时，即第一个反应达平衡时，HI=5molHI=5molL L，此浓此浓度即为第二个反应中度即为第二个反应中HIHI的起始浓度，而的起始浓度，而HH2 2 平衡平衡=0.5mol=0.5molL=HL=H2 2 转化转化=0.5mol=0.5molL L，所以所以 HIHI平衡平衡=5-0.52=4.0mol/L=5-0.52=4.0mol/L 答案:4mol/L4mol/L