2020创新设计高三化学配套课件学案核心素养提升24 化学平衡移动原理在化工生产中的广泛应用

素养说明:化学平衡在化工生产中有非常重要的应用，尤其是控制合适的反应条件使平衡向着理想的方向移动，是近几年高频考点，充分体现了学以致用的原则。

1.总体原则

（1）化工生产适宜条件选择的一般原则

（2）平衡类问题需考虑的几个方面

①原料的来源、除杂，尤其考虑杂质对平衡的影响。

②原料的循环利用。

③产物的污染处理。

④产物的酸碱性对反应的影响。

⑤气体产物的压强对平衡造成的影响。

⑥改变外界条件对多平衡体系的影响。

2.典型实例——工业合成氨

（1）反应原理

N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）ΔH＝－92.4 kJ·mol－1

（2）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。

（3）反应条件的选择

（4）原料气的充分利用

合成氨反应的转化率较低，从原料充分利用的角度分析，工业生产中可采用循环操作的方法可提高原料的利用率。

[题型专练]

1.某工业生产中发生反应:2A （g ）＋B （g ）

2M （g ） ΔH ＜0。下列有关该工业生产的说法中正确的是（ ）

A.这是一个放热的熵减反应，在低温条件下该反应一定可自发进行

B.若物质B 价廉易得，工业上一般采用加入过量的B ，以提高A 的转化率

C.工业上一般采用较高温度合成M ，因温度越高，反应物的转化率越高

D.工业生产中常采用催化剂，因为使用催化剂可提高反应物的转化率

解析 这是一个放热的熵减反应，只有当ΔH －T ΔS ＜0时，该反应才能自发进行，A 错误;加入过量的B ，可以提高A 的转化率，B 正确;升高温度，平衡逆向移动，反应物的转化率降低，C 错误;使用催化剂只能改变反应速率，不能使平衡发生移动，不能提高反应物的转化率，D 错误。

答案 B

2.（天津高考）合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为:

N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）ΔH＝－92.4 kJ·mol－1

一种工业合成氨的简易流程图如下:

（1）天然气中的H2S杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS。一定条件下向NH4HS 溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式: _____________________________________________________________________。

（2）步骤Ⅱ中制氢气原理如下:

①CH4（g）＋H2O（g）CO（g）＋3H2（g）ΔH＝＋206.4 kJ·mol－1

②CO（g）＋H2O（g）CO2（g）＋H2（g）ΔH＝－41.2 kJ· mol－1

对于反应①，一定可以提高平衡体系中H2百分含量，又能加快反应速率的措施是________。

a.升高温度 B.增大水蒸气浓度

c.加入催化剂 D.降低压强

利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2产量。若1 mol CO和H2的混合气体（CO的体积分数为20%）与H2O反应，得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合气体，则CO转化率为________。

（3）图1表示500 ℃、60.0 MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数:________。

（4）依据温度对合成氨反应的影响，在图2坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图。

（5）上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是（填序号）________。简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法:______________________________________________________________________

_____________________________________________________________________。

解析 （1）依据题意，NH 4HS 被空气中氧气氧化，将－2价S 元素氧化成S ，

同时生成一水合氨，其反应方程式为2NH 4HS ＋O 2=====一定条件2NH 3·H 2O ＋2S ↓。

（2）结合反应特点，正反应方向是气体物质的量增大的吸热反应，若要加快反应速率又增加H 2的百分含量，可升高温度，a 项正确;增加水蒸气浓度，能加快反应速率，使平衡正向移动，但H 2增加的量没有水蒸气增加的量多，H 2的百分含量减少，b 项错误;加入催化剂平衡不移动，H 2的百分含量不变，c 项错误;降低压强反应速率减慢，d 项错误。根据“三段式”法有:

CO （g ）＋H 2O （g

）CO 2（g ）＋H 2（g ）

开始（mol ） 0.2 0 0.8

转化（mol ） x x x

一定时间（mol ） 0.2－x x 0.8＋x

则0.2－x ＋x ＋0.8＋x ＝1.18，解得x ＝0.18，故CO 转化率为0.18 mol 0.2 mol ×100%＝

90%。

（3）根据“三段式”法有

N 2 ＋ 3H

22NH 3

开始（mol ） 1 3 0

转化（mol ） x 3x 2x

平衡（mol ） 1－x 3－3x 2x

2x 4－2x

×100%＝42%，解之，x ＝4271， 所以N 2的平衡体积分数1－42714－2×4271

×100%＝14.5%。

（4）由于N 2（g ）＋3H 2（g ）2NH 3（g ） ΔH <0，反应开始时，温度大于零，随着反应进行，达到平衡前NH 3的物质的量增加，达到平衡后，温度升高，平衡逆向移动，NH 3的物质的量将减少，图示见答案。

（5）根据流程图可知，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是Ⅳ（热交换），用合成氨放出热量对N 2和H 2进行预热。合成氨的正反应是气体物质的量减少的放热反应，为提高合成氨原料总转化率，又不降低反应速率，可采取对原料加压、分离液氨，使化学平衡正向移动，同时对未反应的N 2、H 2循环使用，提高原料转化率。

答案 （1）2NH 4HS ＋O 2=====一定条件2NH 3·H 2O ＋2S ↓

（2）a 90%

（3）14.5%

（4）

（5）Ⅳ 对原料气加压，分离液氨，未反应的N 2、H 2循环使用