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第二章 化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡　
第四節(jié)　化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控
1.認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡的綜合調(diào)控在生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究領(lǐng)域中的重要作用。
2.知道催化劑可以改變反應(yīng)歷程，對調(diào)控反應(yīng)速率具有重要意義。
3.能運(yùn)用溫度、濃度、壓強(qiáng)和催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響規(guī)律解釋生產(chǎn)、生活、實驗室中的實際問題，能討論化學(xué)反應(yīng)條件的選擇和優(yōu)化。
4.以工業(yè)合成氨為例，能從限度、速率等角度對化學(xué)反應(yīng)和化工生產(chǎn)條件進(jìn)行綜合分析。
課程標(biāo)準(zhǔn)
任務(wù)一　合成氨反應(yīng)的原理分析
情境探究
德國化學(xué)家哈伯(F.Haber)因發(fā)明用氮氣和氫氣合成氨的方法獲得1918年諾貝爾化學(xué)獎。合成氨技術(shù)是人類科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的重大突破，使人類從此擺脫了依靠天然氮肥的被動局面，加速了世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展，合成氨反應(yīng)為
N2＋3H2高溫、高壓催化劑 2NH3。
(1)根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點，應(yīng)如何選擇反應(yīng)條件，以增大合成氨的反應(yīng)速率、提高平衡混合物中氨的含量？填入下表。
對合成氨反應(yīng)的影響 影響因素
濃度 溫度 壓強(qiáng) 催化劑
增大合成氨的反應(yīng)速率 __________________ __________ __________ ___________
提高平衡混合物中氨的含量 _____________________________________ __________ __________ —
增大反應(yīng)物濃度
升高溫度
增大壓強(qiáng)
使用催化劑
增大反應(yīng)物濃度，
減少生成物濃度
降低溫度
增大壓強(qiáng)
(2)合成氨反應(yīng)的數(shù)據(jù)分析
下表的實驗數(shù)據(jù)是在不同溫度、壓強(qiáng)下，平衡混合物中氨的含量的變化情況(初始時氮氣和氫氣的體積比是1∶3)。
由上表數(shù)據(jù)分析可知：
①溫度升高，氨的含量______；這與速率是________的；
②壓強(qiáng)增大，氨的含量______；這與速率是________的。
溫度/℃ 氨的含量/%
0.1MPa 10MPa 20MPa 30MPa 60MPa 100MPa
200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8
300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6
400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8
500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5
600 0.05 4.50 9.1 13.8 23.1 31.4
降低
相矛盾
增大
相一致
應(yīng)用評價
1.判斷正誤，錯誤的說明其原因。
(1)工業(yè)合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，任何溫度下都能自發(fā)進(jìn)行。
______________________________________________________________
(2)1molN2與足量的H2在一定條件下合成氨，充分反應(yīng)后能得到2mol氨氣。
______________________________________________________________
錯誤，工業(yè)合成氨的反應(yīng)是放熱、熵減的反應(yīng)，它是低溫自發(fā)。
錯誤，合成氨的反應(yīng)是可逆反應(yīng)，不可能進(jìn)行到底。
(3)工業(yè)合成氨中，溫度越高，壓強(qiáng)越大越有利于氨的合成。
_____________________________________________________________
(4)在合成氨中，加入催化劑能提高原料的轉(zhuǎn)化率。
______________________________________________________________
錯誤，合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度升高不利于氨的合成。
錯誤，催化劑不影響轉(zhuǎn)化率。
2.在工業(yè)合成硫酸中，其中一步反應(yīng)為2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)　ΔH＝－196.6kJ·mol－1。
根據(jù)反應(yīng)特點，利用原理分析，增大反應(yīng)速率的措施有_______________
___________________________________________，增大原料轉(zhuǎn)化率的措施有_____________________________。
增大SO2和O2的
濃度，增大壓強(qiáng)，升高溫度，選用合適的催化劑　
增大壓強(qiáng)，降低溫度(合理即可)
返回
任務(wù)二　工業(yè)合成氨的適宜條件
合成氨反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。已知298K時：ΔH＝
－92.4kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1。
請討論探究下列問題。
1.增大壓強(qiáng)既可提高反應(yīng)速率，又可提高氨的產(chǎn)量，那么在合成氨工業(yè)中壓強(qiáng)是否越大越好？為什么？
提示：不是。因為溫度一定時，增大混合氣體的壓強(qiáng)對合成氨的速率和平衡都有利，但壓強(qiáng)越大需要的動力越大，對材料和設(shè)備的制造要求越高，一般采用的壓強(qiáng)為10～30MPa。
問題探究
2.既然降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動，那么生產(chǎn)中是否溫度越低越好？為什么？
提示：不是。因為從化學(xué)平衡的角度考慮，合成氨在低溫時有利于平衡向生成氨的方向移動，但是溫度過低時反應(yīng)速率很慢，需要很長時間才能達(dá)到平衡，很不經(jīng)濟(jì)，所以實際生產(chǎn)中，一般采用的溫度為400～500℃。
3.工業(yè)合成氨主要考慮哪些因素？
提示：化學(xué)反應(yīng)速率、原料的利用率、單位時間內(nèi)的產(chǎn)量、生產(chǎn)中的耗能、設(shè)備條件等因素。
4.怎樣提高N2、H2的利用率？
提示：將未化合的N2、H2循環(huán)使用。
新知構(gòu)建
1.壓強(qiáng)
(1)理論分析知，合成氨時壓強(qiáng)越大越好。壓強(qiáng)越大，對材料和設(shè)備要求越高，需要的動力越大，將會降低綜合經(jīng)濟(jì)效益等。
(2)目前，我國合成氨廠一般采用的壓強(qiáng)為10～30MPa。
2.溫度
(1)若要提高平衡轉(zhuǎn)化率，合成氨應(yīng)該采用低溫。溫度降低，化學(xué)反應(yīng)速率減小，達(dá)到平衡所需時間變長，經(jīng)濟(jì)效益下降。
(2)在合成氨生產(chǎn)中，一般采用的溫度為400～500℃。
3.催化劑
合成氨生產(chǎn)中普遍使用鐵觸媒作催化劑，在500℃左右時活性最大。為防止催化劑中毒，原料氣必須經(jīng)過凈化。
4.濃度
(1)采取迅速冷卻的方法，使氣態(tài)變成液氨后及時從平衡混合物中分離出去，以促使平衡向生成氨的方向移動。
(2)將分離NH3后的原料氣進(jìn)行循環(huán)利用；并及時補(bǔ)充N2和H2，以利于合成氨反應(yīng)。
應(yīng)用評價
1.判斷正誤，錯誤的說明其原因。
(1)使氣態(tài)氨變成液氨后及時從平衡混合物中分離出去，可提高原料的利用率。
______________________________________________________________
(2)在工業(yè)生產(chǎn)條件優(yōu)化時，只考慮經(jīng)濟(jì)性就行，不用考慮環(huán)保。
______________________________________________________________
(3)合成氨工業(yè)溫度選擇500℃左右，主要是為了提高NH3的產(chǎn)率。
________________________________________________________________________________________________________________________________
正確。
錯誤，任何工業(yè)生產(chǎn)都要考慮環(huán)保。
錯誤，合成氨反應(yīng)選擇在500℃進(jìn)行的重要原因是催化劑在500℃左右時
的活性最大。
2.在硫酸工業(yè)中，通過下列反應(yīng)使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)　ΔH＝－196.6kJ·mol－1。(已知：催化劑是V2O5，在400～500℃時催化劑效果最好)，下表列出了在不同溫度和壓強(qiáng)下，反應(yīng)達(dá)到平衡時SO2的轉(zhuǎn)化率。
(1)從理論上分析，為了使二氧化硫盡可能多地轉(zhuǎn)化為三氧化硫，應(yīng)選擇的條件是________________。
溫度/℃ 平衡時SO2的轉(zhuǎn)化率/%
0.1MPa 0.5MPa 1MPa 5MPa 10MPa
450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
450℃、10MPa
(2)在實際生產(chǎn)中，選定的溫度為400～500℃，原因是_________________
_____________________________________________________________________________________________。
(3)在實際生產(chǎn)中，采用的壓強(qiáng)為常壓，原因是_______________________
_____________________________________________________________________________________________________________。
在此溫度下，催化
劑活性最高。溫度較低，會使反應(yīng)速率減小，達(dá)到平衡所需時間變長；
溫度較高，SO2的轉(zhuǎn)化率會降低
在常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率就已
經(jīng)很高了(97.5%)，若采用高壓，平衡向右移動，但效果并不明顯，且采
用高壓時會增大對設(shè)備的要求而增大生產(chǎn)成本
溫度/℃ 平衡時SO2的轉(zhuǎn)化率/%
0.1MPa 0.5MPa 1MPa 5MPa 10MPa
450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
(4)在實際生產(chǎn)中，通入過量的空氣，原因是_________________________
__________________。
(5)尾氣中SO2必須回收，原因是___________________________________
______________________________________________________________。
增大反應(yīng)物O2的濃度，有利
于提高SO2的轉(zhuǎn)化率
防止污染環(huán)境；循環(huán)利用，提高原料的
利用率(合理即可)
溫度/℃ 平衡時SO2的轉(zhuǎn)化率/%
0.1MPa 0.5MPa 1MPa 5MPa 10MPa
450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
題后反思
1.分析反應(yīng)特點：主要分析反應(yīng)的方向性、可逆性、反應(yīng)熱和熵變等。
2.原理分析：根據(jù)反應(yīng)特點，利用影響反應(yīng)速率的因素和勒夏特列原理分析增大反應(yīng)速率、提高原料轉(zhuǎn)化率的反應(yīng)條件。
3.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析反應(yīng)條件，確定適宜條件的范圍及催化劑的篩選。
4.根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)的實際情況、經(jīng)濟(jì)效益及環(huán)保要求等最終確定適宜的條件?！　?br/>返回
隨堂演練
√
1.工業(yè)生產(chǎn)氨氣的適宜條件中不包括
A.用濃硫酸吸收產(chǎn)物 B.用鐵觸媒作催化劑
C.溫度為400～500℃ D.壓強(qiáng)為10～30MPa
工業(yè)生產(chǎn)中，要求反應(yīng)速率快，轉(zhuǎn)化率高，從反應(yīng)速率方面考慮應(yīng)選擇高效催化劑、升高溫度，從轉(zhuǎn)化率方面考慮應(yīng)選擇較高的壓強(qiáng)，所以B、C、D都是工業(yè)生產(chǎn)氨氣的適宜條件。
2.1913年德國化學(xué)家哈伯發(fā)明了以低成本制造大量氨的方法，從而大大滿足了當(dāng)時日益增長的人口對糧食的需求。下列所示是哈伯法的流程圖，其中為提高原料轉(zhuǎn)化率而采取的措施是
A.①②③ B.②④⑤
C.①③⑤ D.②③④
②④⑤操作均有利于合成氨的化學(xué)平衡向右移動，提高轉(zhuǎn)化率。
√
√
3.合成氨工業(yè)對國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展具有重要的意義。對于密閉容器中的反應(yīng)N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0，673K、30MPa下，n(NH3)和n(H2)隨時間的變化關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是
A.c點處反應(yīng)達(dá)到平衡
B.d點(t1時刻)和e點(t2時刻)處n(N2)不同
C.其他條件不變，773K下反應(yīng)至t1時刻，n(H2)比圖中的d點的值要大
D.a點的正反應(yīng)速率比b點的小
c點是氫氣和氨氣物質(zhì)的量相等的點，該點以后，氫氣的量還在減少，氨氣的量還在增加，故c點沒有達(dá)到平衡，A項錯誤；t1和t2兩個時刻反應(yīng)均處于平衡狀態(tài)，體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量不再變化，故d、e兩點氮氣的物質(zhì)的量相等，B項錯誤；773K>673K，工業(yè)合成氨為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動，氫氣的物質(zhì)的量增大，C項正確；反應(yīng)達(dá)到平衡前，a點反應(yīng)物濃度大于b點，因此a點的正反應(yīng)速率比b點的大，D項錯誤。
4.合成氨工業(yè)中，原料氣(N2、H2及少量CO、NH3的混合氣)在進(jìn)入合成塔前常用醋酸二氨合銅(Ⅰ)溶液來吸收原料氣體中的CO，其反應(yīng)是[Cu(NH3)]Ac＋CO＋NH3 [Cu(NH3)2]Ac·CO　ΔH＜0。
(1)必須除去原料氣中CO的原因為__________________________。
用氫氣和氮氣合成氨氣，需要在高溫、高壓、催化劑條件下進(jìn)行，而CO在反應(yīng)體系中的影響就是針對催化劑，如果不除去的話，會造成催化劑中毒；
防止合成塔中的催化劑中毒
(2)醋酸二氨合銅(Ⅰ)溶液吸收CO的生產(chǎn)適宜條件應(yīng)是____________。
要使生產(chǎn)適宜，即控制條件讓反應(yīng)正向移動，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，且化學(xué)計量數(shù)之和減少，故低溫、高壓使平衡正向移動，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，且化學(xué)計量數(shù)之和減少，故低溫、高壓使平衡正向移動，即適宜條件為低溫、高壓；
低溫、高壓
(3)吸收CO后的醋酸二氨合銅溶液經(jīng)過適當(dāng)處理又可再生，恢復(fù)其吸收CO的能力以供循環(huán)使用。醋酸二氨合銅溶液再生的生產(chǎn)適宜條件應(yīng)是__________。
要實現(xiàn)醋酸二氨合銅溶液再生，即使平衡逆向移動，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，且化學(xué)計量數(shù)之和減少，故高溫、低壓使平衡逆向移動，即適宜條件為高溫、低壓。
高溫、低壓
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課時測評
√
題點一　合成氨條件的選擇
1.(2023·江蘇蘇州高二?？计谥?下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說法正確的是
A.N2、H2的投料比采用1∶2.8(物質(zhì)的量比)而不是1∶3，是為了提高N2的轉(zhuǎn)化率
B.反應(yīng)溫度控制在700K左右，目的是使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動
C.壓強(qiáng)采用10～30MPa，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，目的之一是使平衡正向移動
適當(dāng)提高氮氣的比例，即N2和H2物質(zhì)的量之比為1∶2.8時更能提高H2的轉(zhuǎn)化率，A錯誤；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700K左右，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，B錯誤；壓強(qiáng)對催化劑活性一般無明顯影響，氮氣和氫氣反應(yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動，合成氨工業(yè)采用10～30MPa，是因為再增大壓強(qiáng)，平衡轉(zhuǎn)化率不會提高太多，且增大壓強(qiáng)對設(shè)備的要求更高，不能達(dá)到更好的經(jīng)濟(jì)效益，C錯誤；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，D正確；故選D。
√
2.(2023·江蘇南通高二統(tǒng)考期末)工業(yè)上通常采用鐵觸媒、在400～500℃和10～30MPa的條件下合成氨。合成氨的反應(yīng)為N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4kJ·mol－1。下列說法正確的是
A.N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的ΔS>0
B.采用400～500℃的高溫是有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率
C.采用10～30MPa的高壓能增大反應(yīng)的平衡常數(shù)
D.使用鐵觸媒可以降低反應(yīng)的活化能
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)正反應(yīng)氣體分子總數(shù)減小，ΔS＜0，A錯誤；采用400～500℃的高溫是有利于提高催化劑活性、提高反應(yīng)速率，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡左移、平衡轉(zhuǎn)化率減小，B錯誤；采用10～30MPa的高壓能增大反應(yīng)速率、能使平衡右移，但平衡常數(shù)只受溫度影響，故增壓不影響平衡常數(shù)，C錯誤；使用鐵觸媒可以降低反應(yīng)的活化能、加快反應(yīng)速率，D正確；答案選D。
√
催化劑可以改變反應(yīng)速率，但不能使平衡移動，A項錯誤；升高溫度可以加快反應(yīng)速率，但合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因此升高溫度不利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動，B項錯誤；增大壓強(qiáng)反應(yīng)速率加快，C項正確；催化劑的活性取決于溫度的高低，而非壓強(qiáng)的大小，D項錯誤。
3.下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說法正確的是
A.鐵作催化劑可加快反應(yīng)速率，且有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動
B.升高溫度可以加快反應(yīng)速率，且有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動
C.增大壓強(qiáng)能縮短到達(dá)平衡狀態(tài)所用的時間
D.合成氨采用的壓強(qiáng)是1×107～3×107Pa，因為該壓強(qiáng)下鐵觸媒的活性最高
√
4.在固定容積的密閉容器中，進(jìn)行如下反應(yīng)：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0，其化學(xué)平衡常數(shù)K與溫度的關(guān)系如下表。下列說法正確的是
A.2v正(H2)＝3v逆(NH3)能說明反應(yīng)已達(dá)平衡
B.平衡常數(shù)K1C.混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變不能說明反應(yīng)已達(dá)平衡
D.為提高反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率，工業(yè)生產(chǎn)時通常選擇400～500℃、10～30MPa的反應(yīng)條件
溫度(℃) 25 125 225 …
平衡常數(shù) 4.1×106 K1 K2 …
題點二　以合成氨為背景的綜合題
用不同物質(zhì)的反應(yīng)速率判斷達(dá)到平衡，要求反應(yīng)方向是一正一逆，且反應(yīng)
速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，即 ＝ ，因此2v正(H2)＝3v逆(NH3)
能說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故A正確；化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，即平衡常數(shù)K1＞K2，故B錯誤；組分都是氣體，混合氣體總質(zhì)量始終不變，該反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，因此混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不變，說明反應(yīng)達(dá)到平衡，故C錯誤；實際工業(yè)生產(chǎn)通常選擇400～500℃是為了使催化劑活性最大，加快反應(yīng)速率，該反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減少的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大，有利于反應(yīng)正向移動，但對材料的強(qiáng)度和設(shè)備的制造要求越高，需要的動力越大，這將會大大增加生產(chǎn)投資，并可能降低綜合經(jīng)濟(jì)效益，因此目前壓強(qiáng)選擇10～30MPa，故D錯誤；答案為A。
√
5.某溫度下，對于反應(yīng)N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4kJ·mol－1。N2的平衡轉(zhuǎn)化率(α)與體系總壓強(qiáng)(p)的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是
A.將1mol氮氣、3mol氫氣置于1L密閉容器中發(fā)生反應(yīng)，放出的熱量為92.4kJ
B.平衡狀態(tài)由A變?yōu)锽時，平衡常數(shù)K(A)C.上述反應(yīng)在達(dá)到平衡后，增大壓強(qiáng)，H2的轉(zhuǎn)化率增大
D.升高溫度，平衡常數(shù)K增大
ΔH＝－92.4kJ·mol－1指按該方程式系數(shù)(1molN2，3molH2)完全反應(yīng)到底會釋放92.4kJ的熱量，該反應(yīng)為可逆反應(yīng)，加入的1molN2和3molH2不可能完全反應(yīng)生成NH3，所以反應(yīng)放出的熱量小于92.4kJ，A項錯誤；從狀態(tài)A到狀態(tài)B，改變的是壓強(qiáng)，溫度未發(fā)生變化，所以平衡常數(shù)不變，B項錯誤；該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)平衡向正反應(yīng)方向移動，H2的轉(zhuǎn)化率增大，C項正確；ΔH＜0升高溫度，平衡逆向移動，K減小，D項錯誤。
√
6.相同溫度下，有體積相同的甲、乙兩個容器，甲容器中充入1gN2和1gH2，乙容器中充入2gN2和2gH2，分別進(jìn)行合成氨反應(yīng)。下列敘述錯誤的是
A.化學(xué)反應(yīng)速率：乙>甲
B.平衡后N2的濃度：乙>甲
C.H2的平衡轉(zhuǎn)化率：乙>甲
D.平衡混合氣體中H2的體積分?jǐn)?shù)：乙>甲
因為甲乙容器體積相同，乙容器中的原料投入量正好是甲的2倍，故乙中濃度高，速率快，故A項正確；假設(shè)開始時乙容器的體積是甲的2倍
(如圖甲、虛擬乙)，則甲、乙容器中各物質(zhì)濃度體積分?jǐn)?shù)、平衡轉(zhuǎn)化率均相同，再將虛擬乙容器的體積壓縮至與甲相等(如圖乙)，
則在此過程中化學(xué)平衡要向正反應(yīng)方向移動，即N2、H2的平衡轉(zhuǎn)化率增大，它們在平衡混合氣體中的體積分?jǐn)?shù)減小，故C項正確、D項錯誤；平衡時，乙中N2、H2、NH3的濃度分別比甲中N2、H2、NH3濃度大，但乙中N2、H2的濃度要分別小于甲中N2、H2濃度的2倍，而乙中NH3的濃度要大于甲中NH3濃度的2倍，故B項正確。
√
題點三　化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控
7.據(jù)報道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氫氣合成乙醇已成為現(xiàn)實：2CO2(g)＋6H2(g) CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)，下列敘述錯誤的是
A.使用Cu-Zn-Fe催化劑可大大提高生產(chǎn)效率
B.反應(yīng)需在300℃下進(jìn)行可推測該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)
C.充入大量CO2氣體可提高H2的轉(zhuǎn)化率
D.從平衡混合氣體中分離出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率
√
8.工業(yè)上制備硫酸的一步重要反應(yīng)是SO2在400～500℃下的催化氧化反應(yīng)：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g)　ΔH<0。下列有關(guān)說法錯誤的是
A.常通入過量的空氣，以提高SO2的平衡轉(zhuǎn)化率
B.為提高反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率，采用的壓強(qiáng)越大越好
C.控制溫度為400～500℃既能提升反應(yīng)速率，又能使催化劑有較高的活性
D.要綜合考慮影響速率與平衡的各種因素、設(shè)備條件和經(jīng)濟(jì)成本等，尋找適宜的生產(chǎn)條件
通入過量的空氣，可以增大氧氣的量，促使平衡正向移動，可以提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率，A正確；在二氧化硫的催化氧化中，常壓下二氧化硫的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，增大壓強(qiáng)會增加成本，B錯誤；選擇溫度時，從速率考慮需要高溫，但是該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動，原料的轉(zhuǎn)化率降低，選擇400～500℃既能提升反應(yīng)速率，又能使催化劑有較高的活性，這是從該反應(yīng)催化劑的催化活性、反應(yīng)速率、反應(yīng)限度等角度綜合考慮的結(jié)果，C正確；要綜合考慮影響速率與平衡的各種因素、設(shè)備條件和經(jīng)濟(jì)成本等，尋找適宜的生產(chǎn)條件，提高生產(chǎn)的效率降低生產(chǎn)的成本，D正確；故選B。
9.CH4-CO2催化重整可以得到合成氣(CO和H2)，有利于緩
解溫室效應(yīng)，其主要反應(yīng)為CH4(g)＋CO2(g) === 2CO(g)
＋2H2(g)　ΔH＝＋247kJ·mol－1，同時存在以下反應(yīng)：
CH4(g) === C(s)＋2H2(g)　ΔH＝＋75kJ·mol－1(積碳反應(yīng)),
CO2(g)＋C(s) === 2CO(g)　ΔH＝＋172kJ·mol－1(消碳反應(yīng))，
假設(shè)體系溫度恒定。積碳反應(yīng)會影響催化劑的活性，一定時間內(nèi)積碳量和反應(yīng)溫度的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是
A.高壓有利于提高CH4的平衡轉(zhuǎn)化率并減少積碳
B.增大CO2與CH4的物質(zhì)的量之比有助于減少積碳
C.升高溫度，積碳反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K1減小，消碳反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K2增大
D.溫度高于600℃，積碳反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率減慢，消碳反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率加快，積碳量減少
√
根據(jù)蓋斯定律，將題述兩個熱化學(xué)方程式相加可得：3H2(g)＋CO2(g)
CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－48.9kJ·mol－1。
10.近年來我國大力加強(qiáng)溫室氣體CO2催化氫化合成甲醇技術(shù)的工業(yè)化量產(chǎn)研究，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。回答下列問題：
(1)已知：CO2(g)＋H2(g) H2O(g)＋CO(g)　
ΔH1＝＋41.1kJ·mol－1
CO(g)＋2H2(g) CH3OH(g)　
ΔH2＝－90.0kJ·mol－1
寫出CO2催化氫化合成甲醇的熱化學(xué)方程式：________________________
____________________________________________。
3H2(g)＋CO2(g)
CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－48.9kJ·mol－1
根據(jù)熱化學(xué)方程式可知，生成CH3OH(g)的反應(yīng)是放熱反應(yīng)，也是氣體體積減小的反應(yīng)，故要想提高CH3OH(g)的產(chǎn)率，需要低溫高壓。
(2)為提高CH3OH(g)的產(chǎn)率，理論上應(yīng)采用的條件是____(填字母)。
a.高溫高壓 b.低溫低壓
c.高溫低壓 d.低溫高壓
d
圖中的橫坐標(biāo)為 ，假設(shè)n(CO2)為定值，則CO2的平衡轉(zhuǎn)化率隨
n(H2)的增大而增大，故反應(yīng)物X為CO2。
(3)250℃時，在恒容密閉容器中由CO2(g)催化氫化合成CH3OH(g)，如圖
為不同投料比[ ]時某反應(yīng)物X的平衡轉(zhuǎn)化率的變化曲線。
反應(yīng)物X是______(填“CO2”或“H2”)。
CO2
CH3OH(g)的濃度變化量為0.75mol·L－1，則：
　　　　　3H2(g)＋CO2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)
起始/(mol·L－1)　 3　 1　 0　 0
轉(zhuǎn)化/(mol·L－1) 　 2.25　 0.75　 0.75　 0.75
(4)250℃時，在體積為2.0L的恒容密閉容器中加入6molH2、2molCO2和催化劑，10min時反應(yīng)達(dá)到平衡，測得c(CH3OH)＝0.75mol·L－1。
①前10min內(nèi)平均反應(yīng)速率v(H2)＝_______ mol·L－1·min－1。
0.225
平衡/
(mol·L－1)　 0.75　 0.25　 0.75 　0.75
H2的濃度變化量為2.25mol·L－1，則前10min內(nèi)平均反應(yīng)速率v(H2)＝0.225mol·L－1·min－1。
K＝ ＝ ＝ 。
②化學(xué)平衡常數(shù)K＝______。
③催化劑和反應(yīng)條件與反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物的選擇性高度相關(guān)?？刂葡嗤读媳群拖嗤磻?yīng)時間，得到的四組實驗數(shù)據(jù)如表所示：
根據(jù)上表所給數(shù)據(jù)，用CO2生產(chǎn)甲醇的最優(yōu)條件為___(填實驗編號)。
實驗編號 溫度/K 催化劑 CO2的轉(zhuǎn)化率/% 甲醇的選擇性/%
A 543 Cu/ZnO納米棒 12.3 42.3
B 543 Cu/ZnO納米片 11.9 72.7
C 553 Cu/ZnO納米棒 15.3 39.1
D 553 Cu/ZnO納米片 12.0 70.6
B
選擇性是指產(chǎn)物的專一性，在一個化學(xué)反應(yīng)中若有多個產(chǎn)物，其中某一產(chǎn)物是目標(biāo)產(chǎn)物，若這個物質(zhì)的產(chǎn)率越高，說明該反應(yīng)的選擇性越好。觀察四組數(shù)據(jù)，相比之下，B、D中甲醇的選擇性好，雖然B中CO2的轉(zhuǎn)化率比D中的稍低些，但是B中CH3OH(g)的選擇性比D中的好，故B為最優(yōu)條件。
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實驗編號 溫度/K 催化劑 CO2的轉(zhuǎn)化率/% 甲醇的選擇性/%
A 543 Cu/ZnO納米棒 12.3 42.3
B 543 Cu/ZnO納米片 11.9 72.7
C 553 Cu/ZnO納米棒 15.3 39.1
D 553 Cu/ZnO納米片 12.0 70.6

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