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合成氨工业-化学平衡原理的应用
高考第一轮复习
[复习目标]
1 、理解勒夏特列原理的涵义;掌握 浓度、温度、压强等条件对化学平衡 移动的影响。
2 、利用所学化学反应速率、化学平 衡的原理来解释生活、生产中的实际 问题。
一、合成氨条件的选择
问题1: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?
N2+3H2 特点:
2NH3
例4、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 的化学方程式为NH3+HClO H2O+NH2Cl (一氯氨),NH2Cl较HClO稳定,试分析 加液氨能延长液氯杀菌时间的原因?
解析:液氨与次氯酸反应生成较HClO稳定 的NH2Cl后,不影响HClO的杀菌效率,且 由于反应可逆,随HClO消耗,平衡逆向移 动,从而延长HClO杀菌时间。
1、在一定温度、压强和有催化剂存在条件下,将N2 和H2按1:3的体积比混合,当反应达平衡时,混合 气中含有m mol的NH3,且NH3的体积分数量为a%, 求起始时N2、H2的物质的量。 设起始状态N2为xmol,则H2为3xmol
思考1:
已知:N2(g)+3H2(g) 2SO2(g)+O2(g) 2NH3(g)+Q, 2SO3(g)+Q回答下列问题:
(1)从影响速率和平衡的因素分析,要有利于NH3和 高温高压催化剂 SO3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__________ 合成氨:高温、高压、 __________________。 催化剂;合成SO3:高温、常压、催化剂。 (2)在实际生产的合成氨过程中,要分离出氨气,目的 减少生成物浓度,使平衡向生成NH3方向移动 是______________________; 该反应 而合成SO3过程中,不需要分离出SO3,原因是____ 向生成SO3的方向进行程度大,达到平衡后SO2余量 ________________________ 较少,故不需要分离SO3 _______________________。
例2、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 生无色气体和红褐色沉淀,试解释观察到 的现象。 解析:FeCl3在溶液中能发生水解。 Fe3++3H2O Fe(OH)3+3H+(建立平衡), 加入CaCO3时,它能与H+反应,放出CO2 气体,并使H+浓度减少(条件改变),使 平衡向正反应方向移动(平衡移动),生 成的Fe(OH)3不断增加,从而产生红褐色沉 淀(产生结果)。
四、化学平衡的有关计算—程序法
1、建立解题程序模式
mA(g)+nB(g) = pC(g)+qD(g) 3、依照题意,列式求解 n平(反应物)
起始浓度 解题的突破点: 数值之比等于方程式中相应物质系数之比。 n转(反应物) n转(生成物) n平(生成物) = 转化浓度 [由方程式系数求出] 平衡浓度 2、确定关系 (1)确定转化浓度是解题的关键 (2)反应物:平衡浓度=起始浓度-转化浓度 生成物:平衡浓度=起始浓度+转化浓 转化浓度 转化率 (3) 100% 起始浓度 (4)混合气体的平均分子量 m总 M 混 或M 混 M 1 v1 % M 2 v2 % n总
压 温 用
高 低
压 温
无影 响
一、合成氨条件的选择
合 成 氨 的 适 宜 条 件
使用催化剂: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 效益; 选择合适的温度:500℃左右,该温度 是合成氨催化剂的活性温度; 选择合适的压强:20MPa~50MPa,该 压强下进行生产,对动力、材料、设备 等来说正合适。 实际生产中,还需将生成的NH3及时分离 出来,并不断向体系中补充N2、H2以增加反 应物浓度,使平衡向合成氨的方向进行。
例3、BiCl3水解生成BiOCl(BiOCl难溶于水). (1)BiCl3水解的反应方程式为: BiCl3+H2O BiOCl+2HCl ________________。 (2)医药上把BiOCl叫做次氯酸铋,分析这种名 称是否合理:______________。 不合理;因为BiOCl中,Cl的化合价为-1价 (3)把适量BiCl3溶于浓NaCl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 浓NaCl溶液中,Cl-抑制BiCl3的 原理分析可能的原因:___________ 溶解,使Bi3+的浓度减少;盐酸抑制Bi3+的水解 ___________________。
思考2:
合成氨工业中,原料气(N2、H2及少量CO、NH3 的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(I)溶 液来吸收原料气中的CO,其反应是: [Cu(NH3)2Ac]+CO+NH3 [Cu(NH3)3]Ac· CO+Q
(1)必须除去原料气中CO的原因是 除CO的原因是防止合成塔中的催化剂中毒 ______________________。 (2)醋酸二氨合铜(I)吸收CO的生产适宜条件应是 吸收CO的适宜条件应选择:低温、高压; ______________________。 (3)吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过适当处理又可再 生,恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸铜氨溶 高温低压。 。 液再生的生产适宜条件应是___________
思考3:有平衡体系CO (g) +2H2 (g) CH3OH (g) +Q,为了增加甲醇的产量, 工厂应采取的正确措施是( ) B
A、高温高压
B、适宜温度高压催化剂 C、低温低压
D、低温高压催化剂
[典型例题分析] 例1、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 颜色变化是由下列可逆反应引起的: [Cu(H2O)4]2++4Cl- [CuCl4]2-+4H2O 下列方法能使溶液变成淡蓝色的是 (AB ) A、加蒸馏水 B、加AgNO3溶液 C、加NaCl溶液 D、加盐酸
a、可逆反应 b、正反应放热 c、正反应是气体体积减小的反应。
问题2:请同学们分析工业生产主要要考虑哪些问题? 首 要:经济效益与社会效益 基本要求:a、单位时间内产量高
b、原料利用率高
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反应速率问题
化学平衡问题
问题3: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。
填
表
高 高 使