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第2章 化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率
2025年高考化學(xué)一輪復(fù)習(xí)
選擇性必修第一冊魯科版
第4節(jié) 化學(xué)反應(yīng)條件的優(yōu)化——工業(yè)合成氨
題型覺醒
題型一 合成氨反應(yīng)的限度和速率
1.（2024浙江嘉興八校聯(lián)考）在合成氨工業(yè)中，要使氨的產(chǎn)率增大，同時又能提高化學(xué)
反應(yīng)速率，可采取的措施有( )
C
①增大容器體積使壓強減小 ②減小容器體積使壓強增大 ③升高溫度 ④降低溫度 ⑤恒
溫恒容，再充入等量的和 ⑥及時分離產(chǎn)生的 ⑦使用催化劑
A.②④⑤⑥ B.②③④⑤⑦ C.②⑤ D.①②③⑤⑦
【解析】 從反應(yīng)速率的角度分析：增大反應(yīng)物濃度、增大壓強（減小容器體積）、使
用催化劑、升高溫度均能加快反應(yīng)速率，故②③⑤⑦均使化學(xué)反應(yīng)速率加快，①④⑥均
使化學(xué)反應(yīng)速率減慢。從平衡移動的角度分析：合成氨的反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的放熱
反應(yīng)，故②④⑤⑥均使合成氨的反應(yīng)正向移動，氨的產(chǎn)率增大；①③均使合成氨的反應(yīng)
逆向移動，氨的產(chǎn)率減小；⑦不影響化學(xué)平衡，氨的產(chǎn)率不變。故C項正確。
題型二 合成氨的適宜生產(chǎn)條件
2.（2024廣東深圳外國語學(xué)校聯(lián)考）下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說法正確的是( )
D
A.、的投料比采用（物質(zhì)的量比）而不是，是為了提高 的轉(zhuǎn)化率
B.反應(yīng)溫度控制在 左右，目的是使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動
C.壓強采用 ，是因為該條件下催化劑的活性最好
D.不斷將氨液化并移去液氨，目的是使平衡正向移動
【解析】 A（×）“四方面”——原料利用率，適當(dāng)提高、 的投料比能
提高 的轉(zhuǎn)化率。
B（×）“四方面”——化學(xué)反應(yīng)限度、化學(xué)反應(yīng)速率，氮氣和氫氣反應(yīng)生成氨氣的過程
是放熱的，反應(yīng)溫度控制在 左右（【拓展】此溫度下鐵催化劑活性最大）的目的
是加快反應(yīng)速率，并不是使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動。
C（×）“四方面”——設(shè)備，氮氣和氫氣的反應(yīng)是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強，
平衡正向移動，合成氨工業(yè)采用 ，是因為繼續(xù)增大壓強對設(shè)備的要求
更高，不能達(dá)到更好的經(jīng)濟(jì)效益。
D（√）“四方面”——原料利用率、化學(xué)反應(yīng)限度，不斷將氨液化并移去液氨，目的是
降低氨氣的濃度，使平衡正向移動。
3.（2024福建廈門同安第一中學(xué)期中）
工業(yè)合成氨的流程如圖所示。下列
有關(guān)生產(chǎn)條件的調(diào)控作用分析錯誤
的是 ( )
B
A.步驟①中“凈化”可以防止催化劑中毒
B.步驟②“加壓”可以加快反應(yīng)速率，但壓強過高，氨的產(chǎn)率會降低
C.步驟③一般選擇控制反應(yīng)溫度為 ，因為在該溫度下催化劑的活性最大
D.步驟④⑤有利于提高原料的利用率，能節(jié)約生產(chǎn)成本
【解析】 A（√）
步驟①中“凈化”可除去雜質(zhì)，
防止催化劑中毒。
B（×）“四方面”——化學(xué)反
應(yīng)速率、化學(xué)反應(yīng)限度，合成氨的反應(yīng)為 ，該反應(yīng)為氣體分
子數(shù)減小的反應(yīng)，加壓有利于平衡正向移動，可提高原料轉(zhuǎn)化率和氨的產(chǎn)率，加壓也可
以提高反應(yīng)速率。
C（√）“四方面”——化學(xué)反
應(yīng)速率、化學(xué)反應(yīng)限度，溫
度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越大，
但合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，
溫度升高，平衡逆向移動，氨的產(chǎn)率降低，又
時催化劑的活性最大，催化效果最佳，
因此步驟③一般選擇控制反應(yīng)溫度為 。
D（√）“四方面”——化學(xué)反
應(yīng)限度，液化分離出 可
以使平衡正向移動，提高原
料的利用率，和 的循環(huán)
再利用也可以提高原料利用
率，所以步驟④⑤有利于提
高原料的利用率，能節(jié)約生
產(chǎn)成本。
4.（2024天津第一中學(xué)期中）工業(yè)合成氨是人類科學(xué)技術(shù)的一項重大突破，目前已有三
位科學(xué)家因其獲得諾貝爾獎，其反應(yīng)為
。回答下
列問題：
（1） 合成氨反應(yīng)在常溫下____（填“能”或“不能”）自發(fā)。
能
【解析】 常溫下，合成氨反應(yīng)的
，故合成氨反應(yīng)在常溫下能自發(fā)。
（2） ____溫（填“高”或“低”，下同）有利于提高反應(yīng)速率，____溫有利于提高平衡轉(zhuǎn)
化率，綜合考慮催化劑（鐵觸媒）活性等因素，工業(yè)常采用 。
高
低
【解析】 “四方面”——化學(xué)反應(yīng)限度、化學(xué)反應(yīng)速率，高溫有利于提高反
應(yīng)速率，而合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，低溫可使平衡正向移動，有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率。
（3） 針對反應(yīng)速率與平衡產(chǎn)率的矛盾，我國科學(xué)家提出了兩種解決方案。其一是
復(fù)合催化劑法，有關(guān)反應(yīng)速率的變化曲線如圖所示。
下列說法正確的是__。
. 時，復(fù)合催化劑比單一催化劑效率更高
.同溫同壓下，復(fù)合催化劑有利于提高氨的平衡產(chǎn)率
.溫度越高，復(fù)合催化劑活性一定越高
【解析】 由題圖可知,時復(fù)合催化劑比單一催化劑反應(yīng)速率快,催化效率高, 正確;
催化劑不能改變平衡狀態(tài),故不能提高氨的平衡產(chǎn)率, 錯誤;催化劑在一定的溫度范圍內(nèi)
具有活性,而不是溫度越高,催化劑活性越高, 錯誤。
（4） 在合成氨過程中，需要不斷分離出氨的原因為__。
.有利于平衡正向移動
.防止催化劑中毒
.提高正反應(yīng)速率
【解析】 分離出氨,使產(chǎn)物濃度降低，平衡正向移動,正確;不會造成催化劑中毒,
錯誤;分離出氨不會提高正反應(yīng)速率, 錯誤。
題型三 化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控
5.（2024福建福州第一中學(xué)期末）常壓下羰基化法精煉鎳的原理為
。 時，該反應(yīng)的平衡常數(shù)
。已知：的沸點為 ，固體雜質(zhì)不參與反應(yīng)。
第一階段：將粗鎳與反應(yīng)轉(zhuǎn)化成氣態(tài) ；
第二階段：將第一階段反應(yīng)后的氣體分離出來，加熱至 制得高純鎳。
下列判斷正確的是( )
B
A.增加 ，平衡正向移動，反應(yīng)的平衡常數(shù)增大
B.第一階段，若在和兩者之間選擇反應(yīng)溫度，應(yīng)選
C.第二階段， 分解率較低
D.該反應(yīng)達(dá)到平衡時，
【解析】 A（×） “四方面”——化學(xué)反應(yīng)限度，平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，
與濃度無關(guān)。
B（√）的沸點為，第一階段要制得氣態(tài)的 ,應(yīng)選擇反應(yīng)溫度為
。
C（×）分解反應(yīng) 的平衡常數(shù)
，可知 的分解率較高。
D（×）平衡時，正、逆反應(yīng)速率相等，反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，則
。
6.（2024黑龍江哈爾濱九中月考）催化重整可得到合成氣（和 ），其主
要反應(yīng)為 。同時存在以下反
應(yīng)：
積碳反應(yīng) ；
消碳反應(yīng) 。
在反應(yīng)進(jìn)料氣組成、壓強及反應(yīng)時間相同的情況下，某催化劑表面的積碳量隨溫度的變
化關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是( )
C
A.高壓有利于提高 的平衡轉(zhuǎn)化率并減少積碳
B.增大與 的物質(zhì)的量之比有助于減少積碳
C.溫度高于，升高溫度 （消碳反應(yīng)速率）增加
的倍數(shù)比 （積碳反應(yīng)速率）增加的倍數(shù)大
D.升高溫度（積碳反應(yīng)平衡常數(shù)）減小、
（消碳反應(yīng)平衡常數(shù)）增加
【解析】 A（×）“四方面”——化學(xué)反應(yīng)限度，題中反應(yīng)均為氣體分子數(shù)
增大的反應(yīng)，增大壓強，平衡均逆向移動，故高壓不利于提高 的平衡轉(zhuǎn)化率。
B（×）“四方面”——化學(xué)反應(yīng)限度，增大與的物質(zhì)的量之比即增大 的用量，
積碳反應(yīng)平衡正向移動，不利于減少積碳。
C（√）“四方面”——化學(xué)反應(yīng)速率，溫度高于 時，
積碳量隨溫度的升高而減小，說明此時升高溫度，
（消碳反應(yīng)速率）增加的倍數(shù)比 （積碳反應(yīng)速率）
增加的倍數(shù)大。
D（×）積碳反應(yīng)和消碳反應(yīng)均為吸熱反應(yīng)，升高溫度
平衡常數(shù)均增大。
7.（2023江蘇蘇州調(diào)研）氮及其化合物的轉(zhuǎn)化具有重要應(yīng)用。 是人工固氮的產(chǎn)物，
廣泛用于生產(chǎn)銨鹽、硝酸、純堿等；在一定條件下與 反應(yīng)可制備尿素，尿素加
熱至將脫氨成縮二脲。以和 為原料可以合成尿素[]，涉及
的化學(xué)反應(yīng)如下：
反應(yīng)Ⅰ： （快）
反應(yīng)Ⅱ： （慢）
下列有關(guān)說法正確的是( )
C
A.反應(yīng)
B.和 合成尿素的總反應(yīng)速率由反應(yīng)Ⅰ決定
C.增大壓強，既能加快反應(yīng)Ⅰ的速率又能提高原料的平衡轉(zhuǎn)化率
D.生產(chǎn)過程中溫度越高，尿素的產(chǎn)率越高
【解析】 A（×）反應(yīng) 可由反
應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ相加得到，根據(jù)蓋斯定律， 。
B（×）反應(yīng)Ⅱ是慢反應(yīng)，活化能大，故總反應(yīng)的速率由反應(yīng)Ⅱ決定。
C（√）“四方面”——化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)反應(yīng)限度，反應(yīng)Ⅰ是氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，
故增大壓強既能加快反應(yīng)Ⅰ的速率又能提高原料的平衡轉(zhuǎn)化率。
D（×）“四方面”——化學(xué)反應(yīng)限度，由A項分析知合成尿素的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，故升高
溫度，平衡逆向移動，尿素的產(chǎn)率降低。
能力覺醒
8.（大招31）（2024遼寧大連濱城高中檢測）如圖所示為接
觸法制硫酸的設(shè)備和工藝流程，其中關(guān)鍵步驟是 的催化
氧化： ，下列說法正確
的是( )
C
A.增大反應(yīng)容器內(nèi)壓強一定有利于提高生產(chǎn)效益
B.為提高 轉(zhuǎn)化率，工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)盡可能在較低溫度下反應(yīng)
C.工業(yè)生產(chǎn)要求高效，應(yīng)使用催化劑并在催化劑活性最佳的溫度下反應(yīng)
D.該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，在任何條件下都能自發(fā)進(jìn)行，因為吸熱反應(yīng)是非自發(fā)的
【解析】 A（×）“四方面”——化學(xué)反應(yīng)速率、
設(shè)備，該反應(yīng)為反應(yīng)前后氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大反應(yīng)
容器內(nèi)壓強，有利于平衡正向移動，但由于增大壓強對設(shè)備
的要求和動力要求很高，成本高，效益可能不佳。
B（×）“四方面”——化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)反應(yīng)限度，該反
應(yīng)為放熱反應(yīng)，為提高 轉(zhuǎn)化率，應(yīng)盡可能在較低溫度下
反應(yīng)，但溫度過低會使反應(yīng)速率太慢，經(jīng)濟(jì)效益低。
C（√）“四方面”——化學(xué)反應(yīng)速率，為加快反應(yīng)速率，應(yīng)使用催化劑，還需要考慮催化
劑的活性最佳溫度，應(yīng)在催化劑活性最佳溫度下進(jìn)行。
D（×）化學(xué)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行的判斷依據(jù)是 ，反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行要綜合
考慮焓變和熵變以及溫度。
9.（大招31）（2023北京西城區(qū)二模）中國科學(xué)家首次用 改性銅基催化劑，將草酸
二甲酯加氫制乙二醇的反應(yīng)條件從高壓降至常壓。草酸二甲酯加氫的主要反應(yīng)有：
其他條件相同時，相同時間內(nèi)溫度對產(chǎn)物選擇性的影響結(jié)
果如圖。
已知：ⅰ.物質(zhì)B的選擇性
ⅱ. ，反應(yīng)③的平衡常數(shù)遠(yuǎn)大于反應(yīng)①和反應(yīng)②的
平衡常數(shù)
下列說法不正確的是( )
C
A.制乙二醇適宜的溫度范圍是
B.實驗條件下反應(yīng)③的活化能最高，升溫更有利于反應(yīng)③
C.減壓可提高乙二醇的平衡產(chǎn)率
D.銅基催化劑用 改性后反應(yīng)速率增大
【解析】 A（√）圖中溫度為 時，乙二醇的選擇性較高。
B（√）溫度升高至約 時乙醇的選擇性才開始由0逐漸增大，說明此時剛開始生成
乙醇，則該實驗條件下生成乙醇的反應(yīng)③的活化能最高，所以升溫有利于反應(yīng)③。
C（×）“四方面”——化學(xué)反應(yīng)限度，反應(yīng)①、②均為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，反應(yīng)③
為氣體分子數(shù)不變的反應(yīng)，則增大壓強可以提高乙二醇的平衡產(chǎn)率。
D（√）“四方面”——化學(xué)反應(yīng)速率，銅基催化劑用 改性后，將草酸二甲酯加氫制乙
二醇的反應(yīng)條件從高壓降至常壓（【點撥】壓強減小使反應(yīng)速率減慢），則催化劑可
以使反應(yīng)速率增大。
10.（2024北京師范大學(xué)附屬中學(xué)月考）燃煤電廠鍋爐尾氣中含有的 ，以氨還原法除
去，發(fā)生的反應(yīng)如下：
反應(yīng)Ⅰ：
反應(yīng)Ⅱ：
在恒壓、反應(yīng)物起始物質(zhì)的量之比一定的條件下，反應(yīng)相同時間， 的轉(zhuǎn)化率在不同
催化劑作用下隨溫度變化的曲線如圖所示。下列說法不正確的是( )
C
A.其他條件不變，升高溫度， 的平衡轉(zhuǎn)化率可能降低
B.催化劑B條件下，提高點 的轉(zhuǎn)化率的方法可以是增大壓強
或延長反應(yīng)時間
C.在 點所示條件下，使用催化劑A或催化劑B，反應(yīng)均達(dá)平衡
D.高效節(jié)能除去尾氣中的 ，應(yīng)選擇催化劑A
【解析】 A（√）反應(yīng)Ⅰ、反應(yīng)Ⅱ都是放熱反應(yīng)，升高溫度，平
衡均逆向移動，且反應(yīng)Ⅰ放熱多，平衡逆向移動的程度大
（【點撥】反應(yīng)Ⅰ平衡逆向移動使NO 的平衡轉(zhuǎn)化率減小，反應(yīng)
Ⅱ平衡逆向移動使 的平衡轉(zhuǎn)化率增大，因此此處要比較兩反
應(yīng)平衡逆向移動的程度），所以 的平衡轉(zhuǎn)化率可能降低。
B（√）催化劑不影響平衡移動，點對應(yīng) 轉(zhuǎn)化率低于同溫度下催化劑A條件下的
轉(zhuǎn)化率，說明 點反應(yīng)未達(dá)平衡，可以通過增大壓強（【點撥】增大單位時間內(nèi)
的產(chǎn)率， 點反應(yīng)未達(dá)平衡，不考慮平衡移動）或延長反應(yīng)時間提高點 的轉(zhuǎn)化率。
C（×）若 點所示條件下，使用催化劑A或催化劑B反應(yīng)達(dá)平衡，平衡轉(zhuǎn)化率與催化劑
無關(guān)，則點之后兩曲線應(yīng)重合，故 點反應(yīng)未達(dá)平衡。
D（√）溫度較低時，催化劑A條件下的 轉(zhuǎn)化率較高，催化劑A的催化效果更好。
11.（2023山東師大附中模擬）催化加氫合成二甲醚是 資源化利用的有效途徑之
一，合成二甲醚的總反應(yīng)可表示為, 。
該反應(yīng)可通過如下步驟來實現(xiàn)。
反應(yīng)Ⅰ：,
反應(yīng)Ⅱ：,
（1） ____________（用,表示），________（用, 表示）。
【解析】 根據(jù)蓋斯定律，反應(yīng)Ⅰ 反應(yīng)Ⅱ得熱化學(xué)方程式
，則平衡常數(shù)
。
圖1
（2） 、的條件下，平衡時 平
衡轉(zhuǎn)化率和 平衡選擇性隨溫度變化如圖1所
示。其中 的平衡選擇性
。
圖1
① 下列說法正確的是____（填序號）。
A.、、 均小于0
B.若反應(yīng)在恒容密閉容器中進(jìn)行，當(dāng)體系壓強不再變化，則反應(yīng)
Ⅰ、Ⅱ均達(dá)到平衡狀態(tài)
C.工業(yè)上應(yīng)選擇在下具有較高催化活性及 選
擇性的催化劑
BC
圖1
【解析】 A（×）隨著溫度升高，二甲醚的平衡選擇性降
低，可知升溫不利于二甲醚的生成，則總反應(yīng)及反應(yīng)Ⅱ均
為放熱反應(yīng)，即， ；二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化
率先降低后升高，說明升溫有利于反應(yīng)Ⅰ正向移動，則反應(yīng)
Ⅰ為吸熱反應(yīng)，即 。
B（√）若反應(yīng)在恒容密閉容器中進(jìn)行，因為反應(yīng)Ⅱ為反應(yīng)
前后氣體總物質(zhì)的量不同的反應(yīng)，當(dāng)體系壓強不再變化，反應(yīng)Ⅱ達(dá)到平衡，反應(yīng)Ⅰ與
反應(yīng)Ⅱ有相同物質(zhì)，進(jìn)而推知反應(yīng)Ⅰ也達(dá)到平衡狀態(tài)。
C（√）時，的選擇性較高，此時 的平衡轉(zhuǎn)化率也較大，選擇
在此溫度下具有較高催化活性的催化劑，有利于 的生成。
② 時，不考慮其他副反應(yīng)，反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù) 為______。
0.052
圖1
圖1
【解析】 從圖中 點分析，二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率為
，此時沒有生成二甲醚，設(shè)起始時 ，
,故有
則平衡常數(shù)。③從表中數(shù)據(jù)分析，在 二甲醚的實際選擇性最
大,且此時的實際轉(zhuǎn)化率也不是很小，故最佳反應(yīng)溫度為。 ，在
催化劑作用下，隨著溫度升高，反應(yīng)Ⅰ的反應(yīng)速率加快的程度比反應(yīng)Ⅱ大，故二甲醚的
實際選擇性逐漸減小。
③ 、的條件下，催化加氫反應(yīng)一段時間，不同溫度下 實際轉(zhuǎn)
化率和 實際選擇性數(shù)據(jù)如表：
溫度/ 220 240 260 280 300
實際轉(zhuǎn)化率 7.6 12.4 14.8 18.6 22.9
二甲醚實際選擇性 68.7 77.2 61.0 41.5 27.5
該體系合成二甲醚的最佳反應(yīng)溫度為_______。
圖1
④ 由上表數(shù)據(jù)可知， 二甲醚的實際選擇性逐漸減小，從化學(xué)反應(yīng)速率角度
分析原因____________________________________________________________________
________________________________________。
，在催化劑作用下，隨著溫度升高，反應(yīng)Ⅰ反應(yīng)速率加快的程度比反應(yīng)Ⅱ大，故二甲醚的實際選擇性逐漸減小
圖1
圖2
（3） 、、，平衡時 轉(zhuǎn)化率
和的收率與進(jìn)料氣中體積分?jǐn)?shù) 有關(guān)，
其變化如圖2所示，其中：
的平衡收率
， 的平
衡收率 。請在圖2中選出
【解析】 由題圖分析，隨 體積分?jǐn)?shù)增大，二氧化碳的平衡轉(zhuǎn)化率降低，而二甲醚的平
衡收率增大，故一氧化碳的平衡收率應(yīng)逐漸降低且降低程度比二氧化碳大，故選擇 曲線。
在之間平衡收率的變化趨勢__（填“”“”或“” ）。

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