第七章 核心素养提升突破6 化学平衡移动原理在化工生产中的广泛应用-【创新教程】2024高考化学复习大一轮教师用书word（老教材，人教版）

　　　　　　　　　　化学平衡移动原理在化工生产中的广泛应用 [素养突破] 从化学反应速率、化学平衡的角度综合分析，选择与优化化工生产条件是高考命题的重要素材。从理论出发结合实际，优化生成条件与措施，培养学生知识服务于社会的责任感。结合生产实例，讨论化学反应条件的选择和优化，形成从限度、速率、能耗的多角度综合调控化学反应的基本思路，发展“绿色化学”的观念和辩证思维的能力。运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律，提升学生解释生产、生活、实验室中的实际问题的能力，随之形成科学态度与社会责任的核心素养。 1．总体原则 (1)化工生产适宜条件选择的一般原则 条件 原则 从化学反应 速率分析 既不能过快，又不能过慢 从化学平衡 移动分析 既要注意外界条件对反应速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性 从原料的 利用率分析 增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本 从实际生产 能力分析 如设备承受高温、高压能力等 从催化剂的 使用活性分析 注意催化剂的活性温度对温度的限制 (2)平衡类问题需要考虑的几个方面 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 反应 条件 对化学反应速率的影响 对平衡混合物中氨含量的影响 合成氨条件的选择 增大 压强 增大反应速率 平衡正向移动，提高平衡混合物中氨的含量 压强增大，有利于氨的合成，但需要动力大，对材料、设备的要求高。故采用10～30 MPa的高压 升高 温度 增大反应速率 平衡逆向移动，降低平衡混合物中氨的含量 温度要适宜，既要保证反应有较快的速率，又要使反应物的转化率不能太低。故采用400～500℃左右的温度，并且在该温度下催化剂的活性最大 使用催 化剂 增大反应速率 没有影响 工业上一般选用铁触媒作催化剂 (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。 [素养提升] 1．(2022·海南卷)某空间站的生命保障系统功能之一是实现氧循环，其中涉及反应：CO2(g)＋4H2(g)2H2O(g)＋CH4(g) 回答问题： (1)已知：电解液态水制备1 mol O2(g)，电解反应的ΔH＝＋572 kJ/mol。由此计算H2(g)的燃烧热(焓)ΔH＝　________　 kJ/mol。 (2)已知：CO2(g)＋4H2(g)2H2O(g)＋CH4(g)的平衡常数(K)与反应温度(t)之间的关系如图1所示。 图1 ①若反应为基元反应，且反应的ΔH与活化能(Ea)的关系为|ΔH|>Ea。补充完成该反应过程的能量变化示意图(图2)　_______　。 图2 ②某研究小组模拟该反应，温度t下，向容积为10 L的抽空的密闭容器中通入0.1 mol CO2和0.4 mol H2，反应平衡后测得容器中n(CH4)＝0.05 mol。则CO2的转化率为　________　，反应温度t约为　________　℃。 (3)在相同条件下，CO2(g)与H2(g)还会发生不利于氧循环的副反应：CO2(g)＋3H2(g)H2O(g)＋CH3OH(g)，在反应器中按n(CO2)∶n(H2)＝1∶4通入反应物，在不同温度、不同催化剂条件下，反应进行到2 min时，测得反应器中CH3OH、CH4浓度(μmol·L－1)如下表所示。 催化剂 t＝350℃ t＝400℃ c(CH3OH) c(CH4) c(CH3OH) c(CH4) 催化剂Ⅰ 10.8 12 722 345.2 42 780 催化剂Ⅱ 9.2 10 775 34 38 932 在选择使用催化剂Ⅰ和350℃条件下反应，0～2 min生成CH3OH的平均反应速率为　_______　μmol·L－1·min－1；若某空间站的生命保障系统实际选择使用催化剂Ⅱ和400 ℃的反应条件，原因是_____________________________________________________ ________________________________________________________________________。 解析：(1)电解液态水制备1 mol