2021新高考化学鲁科版一轮复习突破精练：第7章 专题突破25 化学反应原理在物质制备中的调控作用

2021新高考化学鲁科版一轮复习突破精练：第7章 专题突破25 化学反应原理在物质制备中的调控作用

专题突破25　化学反应原理在物质制备中的调控作用 ‎1．控制反应条件的目的 ‎(1)促进有利的化学反应：通过控制反应条件，可以加快化学反应速率，提高反应物的转化率，从而促进有利的化学反应进行。‎ ‎(2)抑制有害的化学反应：通过控制反应条件，也可以减缓化学反应速率，减少甚至消除有害物质的产生或控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。‎ ‎2．控制反应条件的基本措施 ‎(1)控制化学反应速率的措施 通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。‎ ‎(2)提高转化率的措施 通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。‎ 如：以工业合成氨为例，理解运用化学反应原理选择化工生产中的适宜条件 ‎①反应原理：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。‎ ‎②‎ ‎③从反应快慢和反应限度两个角度选择反应条件 ‎④综合考虑——选择适宜的生产条件 a．温度：400～500 ℃‎ b．压强：10～30 MPa c．投料比：＝ d．以铁触媒作催化剂 e．采用循环操作提高原料利用率 ‎1．据报道，在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇(CH3CH2OH)已成为现实：‎ ‎2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)‎ 下列叙述错误的是(　　)‎ A．使用Cu—Zn—Fe催化剂可大大提高生产效率 B．升高温度，该反应平衡常数K一定增大 C．充入大量CO2气体可提高H2的转化率 D．从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O，可提高CO2和H2的利用率 答案　B 解析　因催化剂能提高化学反应速率，加快反应进行，则在一定时间内提高了生产效率，故A正确；反应需在300 ℃进行是为了获得较快的反应速率，不能说明反应是吸热还是放热，所以K不一定增大，故B错误；充入大量CO2气体，能使平衡正向移动，提高H2的转化率，故C正确；从平衡混合物中及时分离出产物，使平衡正向移动，可提高CO2和H2的转化率，故D正确。‎ ‎2．(2020·徐州高三模拟)化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。‎ ‎(1)利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体，发生如下反应：‎ TaS2(s)＋2I2(g)TaI4(g)＋S2(g)　ΔH＞0(Ⅰ)‎ 如下图所示，反应(Ⅰ)在石英真空管中进行，先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2(g)，一段时间后，在温度为T1的一端得到了纯净TaS2晶体，则温度T1________(填“＞”“＜”或“＝”)T2。上述反应体系中循环使用的物质是________。‎ ‎(2)CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如下图所示。该反应ΔH________(填“＞”或“＜”)0。实际生产条件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，选择此压强的理由是____________________________。‎ 答案　(1)＜　I2　(2)＜　在1.3×104 kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强，CO转化率提高不大，同时生产成本增加，得不偿失 解析　(1)由题意知，未提纯的TaS2粉末变成纯净TaS2晶体，要经过两步转化：①TaS2＋2I2===TaI4＋S2，②TaI4＋S2===TaS2＋2I2，即反应(Ⅰ)先在温度T2端正向进行，后在温度T1端逆向进行，反应(Ⅰ)的ΔH大于0，因此温度T1小于T2，该过程中循环使用的物质是I2。(2)从图像来看，随着温度的升高，CO的转化率变小，则ΔH＜0，综合温度、压强对CO转化率的影响来看，在题给压强下，CO的转化率已经很大，不必再增大压强。‎ ‎3．苯乙烯()是生产各种塑料的重要单体，可通过乙苯催化脱氢制得：(g)(g)＋H2(g)　ΔH＝123.5 kJ·mol－1。工业上，通常在乙苯(EB)蒸气中掺混N2(原料气中乙苯和N2的物质的量之比为1∶10，N2不参与反应)，控制反应温度为600 ℃，并保持体系总压为0.1 MPa不变的条件下进行反应。在不同反应温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图为 ‎(1)A、B两点对应的正反应速率较大的是________。‎ ‎(2)掺入N2能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实 ‎________________________________________________________________________。‎ ‎(3)用平衡分压代替平衡浓度计算600 ℃时的平衡常数Kp＝________。(保留两位有效数字，分压＝总压×物质的量分数)‎ ‎(4)控制反应温度为600 ℃的理由是_____________________________________________。‎ 答案　(1)B　(2)正反应方向气体分子数增加，加入氮气稀释，相当于减压　(3)0.019 MPa　‎ ‎(4)600 ℃时，乙苯的转化率和苯乙烯的选择性均较高。温度过低，反应速率慢，转化率低；温度过高，选择性下降。高温还可能使催化剂失活，且能耗大 解析　(1)由图可知，A、B两点对应的温度和压强都相同，A点是乙苯和氮气的混合气体，B点是纯乙苯，则B点乙苯浓度大于A点，浓度越大反应速率越大，则正反应速率B点大于A点。(2)该反应正反应气体分子数增加，加入氮气稀释，相当于减压，减小压强，化学平衡正向移动，乙苯的转化率增大。(3)由图可知，反应温度为600 ℃，并保持体系总压为0.1 MPa时，乙苯转化率为40%，设乙苯起始物质的量为1 mol，则依据题意可建立如下三段式：‎ ‎(g)(g)＋H2(g)‎ 起始量/mol　1　　　　　　　　 0　　　　　　　 0‎ 变化量/mol　0.4　　　　　　　 0.4　　　　　　　0.4‎ 平衡量/mol　0.6　　　　　　　 0.4　　　　　　　0.4‎ 平衡时总物质的量为1.4 mol，乙苯的平衡分压为×0.1 MPa，苯乙烯和氢气的平衡分压为×0.1 MPa，则600 ℃时的平衡常数Kp＝ MPa≈0.019 MPa。‎