資源簡介

第四節(jié)　化學反應的調控
學習目標 重點難點
1.認識化學反應速率和化學平衡的綜合調控在生產(chǎn)、生活和科學研究中的重要作用。 2.知道催化劑可以改變反應歷程,對調控化學反應速率具有重要意義。 重 點 合成氨反應中化學反應速率和化學平衡的綜合調控
難 點 形成多角度調控反應的思路
新知探究(一)——合成氨反應條件的原理分析
1.反應原理:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。
2.反應特點
3.原理分析
從增大合成氨的反應速率、提高平衡混合物中氨的含量角度分析(填寫表格)
條件 提高反應速率 提高平衡轉化率
壓強 　　　　壓強 　　　　壓強
溫度 升高溫度 　　　　溫度
催化劑 使用 無影響
濃度 　　　反應物濃度 增大反應物濃度
[題點多維訓練]
1.下列有關合成氨工業(yè)的說法正確的是 (　　)
A.N2的量越多,H2的轉化率越大,因此,充入的N2越多越有利于NH3的合成
B.恒容條件下充入稀有氣體有利于NH3的合成
C.工業(yè)合成氨的反應是熵增加的放熱反應,在任何溫度下都可自發(fā)進行
D.工業(yè)合成氨的反應是熵減小的放熱反應,在常溫時可自發(fā)進行
2.在合成氨反應中使用催化劑和施加高壓,下列敘述正確的是 (　　)
A.都能提高反應速率,都對化學平衡無影響
B.都對化學平衡有影響,但都不影響達到平衡狀態(tài)所用的時間
C.都能縮短達到平衡狀態(tài)所用的時間,只有施加高壓對化學平衡有影響
D.使用催化劑能縮短反應達到平衡狀態(tài)所用的時間,而施加高壓無此效果
3.在合成氨時,要使氨的產(chǎn)率增大,又要使化學反應速率增大,可以采取的措施有 (　　)
①增大體積使壓強減小　②減小體積使壓強增大　③升高溫度　④降低溫度　⑤恒溫恒容,再充入N2和H2　⑥恒溫恒壓,再充入N2和H2　⑦及時分離產(chǎn)生的NH3　⑧使用催化劑
A.②④⑤⑦ B.②③④⑤⑦⑧
C.②⑤ D.②③⑤⑧
新知探究(二)——工業(yè)合成氨的適宜條件
1.合成氨工業(yè)中生產(chǎn)條件的選擇
壓強 理論和實驗數(shù)據(jù)的分析均表明,合成氨時壓強增大可以同時提高反應速率和轉化率。但是,壓強越大,對材料的強度和設備的要求也越高,增加生產(chǎn)投資并可能降低綜合經(jīng)濟效益。一般采用的壓強為10 MPa~30 MPa
溫度 溫度升高有利于提高反應速率,溫度降低有利于提高反應轉化率。因此,需要選擇一個適宜的溫度,一般采用的溫度為400~500 ℃
催化劑 加入催化劑可以加快反應速率,對化學平衡無影響,一般選擇鐵觸媒作為合成氨工業(yè)的催化劑。該催化劑在500 ℃左右時活性最大,這也是溫度選擇的原因之一。另外,為了防止雜質使催化劑“中毒”,原料氣必須經(jīng)過凈化
濃度 為提高平衡轉化率,工業(yè)上采取迅速冷卻的方法,使氣態(tài)氨變成液態(tài)氨并及時分離,分離后的原料氣循環(huán)使用,并及時補充氫氣和氮氣,使反應物保持一定的濃度
2.合成氨生產(chǎn)流程示意圖
3.化學反應的調控
影響化學反應進行的因素有兩個方面:參加反應的物質本身因素(組成、結構、性質等)和外部條件(溫度、壓強、濃度、催化劑等)。化學反應的調控,就是通過改變外界條件使一個可能發(fā)生的反應按照某一方向進行。在實際生產(chǎn)中,要綜合考慮化學反應速率和化學平衡的因素,尋找一個適宜的生產(chǎn)條件。
應用化學　
工業(yè)上以黃鐵礦(FeS2)為原料生產(chǎn)硫酸的工藝流程如圖:A為沸騰爐,反應為4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2;B為接觸室,反應為2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH=-196.6 kJ·mol-1;C為吸收塔,反應為SO3+H2O H2SO4。接觸室中利用催化氧化反應將SO2轉化為SO3是工業(yè)制硫酸中最關鍵的步驟。
下表是不同壓強、溫度時SO2的轉化率情況。
溫度 不同壓強下SO2的轉化率/%
1×105 Pa 5×105 Pa 1×106 Pa 5×106 Pa 1×107 Pa
450 ℃ 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
550 ℃ 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
1.從理論上分析,為了使反應物的轉化率盡可能大,在溫度和壓強方面如何選擇
2.在實際工業(yè)生產(chǎn)中通常選擇的溫度是450 ℃,理由是什么
3.在實際工業(yè)生產(chǎn)中通常選擇的壓強是多少 理由是什么
4.在合成SO3的過程中,解釋不需要分離出SO3的原因。
5.生產(chǎn)中通入過量空氣的目的是什么
[題點多維訓練]
題點(一)　合成氨條件的選擇
1.(2025·重慶期中檢測)工業(yè)合成氨的反應為N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92 kJ·mol-1　ΔS=-198.2 J·mol-1·K-1,下列有關化學反應調控說法錯誤的是 (　　)
A.合成氨氣,理論上選用低溫、高壓的條件進行控制,有利于提高合成氨的產(chǎn)率
B.該反應在常溫下可以自發(fā)進行
C.將生成的NH3進行液化,有助于提高反應速率
D.結合生產(chǎn)實際,可以適當提高原料氣體中N2的含量
2.下列所示是哈伯法制氨的流程圖,其中為提高原料轉化率而采取的措施是 (　　)
A.①②③ B.②④⑤
C.①③⑤ D.②③④
題點(二)　化學反應的調控
3.下列關于化學反應的調控措施說法不正確的是 (　　)
A.硫酸工業(yè)中,為提高SO2的轉化率,通入過量的空氣
B.工業(yè)上增加煉鐵高爐的高度可以有效降低尾氣中CO的含量
C.合成氨工業(yè)中,從生產(chǎn)實際條件考慮,不盲目增大反應壓強
D.合成氨工業(yè)中,為提高氮氣和氫氣的利用率,采用循環(huán)操作
4.(2025·南寧高二檢測)在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氫氣合成乙醇的反應如下:2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g),下列敘述錯誤的是 (　　)
A.使用催化劑可大大提高生產(chǎn)效率
B.反應需在300 ℃進行可推測該反應是吸熱反應
C.充入大量CO2氣體可提高H2的轉化率
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
|歸納拓展|化工生產(chǎn)適宜條件選擇的分析角度
分析角度 原則要求
從化學反應 速率分析 既不能過快,又不能太慢
從化學平衡 移動分析 既要注意外界條件對速率和平衡影響的一致性,又要注意二者影響的矛盾性
從原料的 利用率分析 增加易得廉價原料,提高難得高價原料的利用率,從而降低生產(chǎn)成本
從實際生產(chǎn) 能力分析 如設備承受高溫、高壓的能力等
從催化劑的 使用活性分析 注意催化劑的活性對溫度的限制
第四節(jié)　化學反應的調控
新知探究(一)
2.減小　3.增大　增大　降低　增大
[題點多維訓練]
1.選D　A項,在合成氨工業(yè)中應選擇一個合適的投料比[n(N2)∶n(H2)],并不是充入的N2越多越有利于NH3的合成;B項,恒容條件下,充入稀有氣體對平衡無影響;C、D項,ΔH-TΔS<0時反應自發(fā)進行,而合成氨反應的ΔH<0、ΔS<0,故在常溫條件下該反應能自發(fā)進行。
2.選C　對于反應N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),使用催化劑能提高反應速率,縮短達到平衡狀態(tài)所用的時間,不能使化學平衡發(fā)生移動;施加高壓既能提高反應速率,縮短達到平衡狀態(tài)所用的時間,也能使化學平衡向生成NH3的方向移動。
3.選C　根據(jù)題目要求,既要滿足增大速率,又要滿足使化學平衡向右移動。從反應速率角度分析,①④⑦三種條件下化學反應速率降低;⑥條件下化學反應速率不變;②③⑤⑧條件下化學反應速率增高。從平衡移動角度分析:①③條件下化學平衡向左移動;②④⑤⑦條件下化學平衡向右移動;⑥⑧條件下化學平衡不移動。
新知探究(二)
[應用化學]
1.提示:低溫高壓。
2.提示:該反應是放熱反應,升高溫度,反應物轉化率降低,在450 ℃時反應物轉化率較高。
3.提示:1×105 Pa。常壓下SO2的轉化率已經(jīng)很高,若采用較大的壓強,SO2的轉化率提高很少,但對設備及動力的要求更高。
4.提示:SO2的轉化率比較高,達到平衡后的混合氣體中SO2的余量很少,故不需要分離出SO3。
5.提示:增大O2濃度,提高SO2的轉化率。
[題點多維訓練]
1.選C　反應正向氣體分子數(shù)減小,增大壓強,有利于平衡正向移動,合成氨的產(chǎn)率提高,正向放熱,降低溫度,有利于平衡正向移動,合成氨的產(chǎn)率提高,故A正確;反應正向氣體分子數(shù)減小,ΔS<0,ΔH<0,低溫時反應自發(fā),故B正確;將生成的NH3進行液化,平衡正向移動,反應物濃度減小,反應速率減小,故C錯誤;適當提高原料氣體中N2的含量,有利于平衡正向移動,可以提高氫氣轉化率,故D正確。
2.選B　②④⑤操作均有利于化學平衡向合成氨的方向移動,提高轉化率。
3.選B　反應2SO2+O2 2SO3,通入過量的空氣,反應正向進行,SO2的轉化率提高,A項正確;高爐煉鐵過程中發(fā)生反應:Fe2O3(s)+3CO(g) 2Fe(s)+3CO2(g),達到平衡后,增加高爐的高度不能降低煉鐵尾氣中CO的含量,B項錯誤;工業(yè)合成氨,從生產(chǎn)實際條件考慮,不盲目增大反應壓強,若壓強過大,不僅會增大能源消耗,還會增大動力消耗,對設備的要求也高,C項正確;工業(yè)合成氨是可逆反應,原料不能完全轉化為產(chǎn)物,采用氮氣和氫氣循環(huán)操作的主要目的是提高氮氣和氫氣的利用率,D項正確。
4.選B　使用催化劑可加快反應速率,能大大提高生產(chǎn)效率,故A正確;如煤的燃燒放熱,但需要加熱,反應加熱與反應放熱還是吸熱沒有直接的關系,故B錯誤;充入大量CO2氣體平衡會正向移動,所以可提高H2的轉化率,故C正確;從平衡混合氣體中分離出CH3CH2OH和H2O會使平衡正向移動,所以可提高CO2和H2的利用率,故D正確。
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第四節(jié)　化學反應的調控
學習目標 重點難點
1.認識化學反應速率和化學平衡的綜合調控在生產(chǎn)、生活和科學研究中的重要作用。 2.知道催化劑可以改變反應歷程，對調控化學反應速率具有重要意義。 重點 合成氨反應中化學反應速率和化學平衡的綜合調控
難點 形成多角度調控反應的思路
新知探究(一) 合成氨反應條件的
原理分析
新知探究(二) 工業(yè)合成氨的適宜
條件
課時跟蹤檢測
目錄
新知探究(一) 合成氨反應條件的
原理分析
1.反應原理:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。
2.反應特點
減小
3.原理分析
從增大合成氨的反應速率、提高平衡混合物中氨的含量角度分析(填寫表格)
條件 提高反應速率 提高平衡轉化率
壓強 壓強 壓強
溫度 升高溫度 溫度
催化劑 使用 無影響
濃度 反應物濃度 增大反應物濃度
增大
增大
降低
增大
[題點多維訓練]
√
1.下列有關合成氨工業(yè)的說法正確的是 (　　)
A.N2的量越多，H2的轉化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成
B.恒容條件下充入稀有氣體有利于NH3的合成
C.工業(yè)合成氨的反應是熵增加的放熱反應，在任何溫度下都可自發(fā)進行
D.工業(yè)合成氨的反應是熵減小的放熱反應，在常溫時可自發(fā)進行
解析:A項，在合成氨工業(yè)中應選擇一個合適的投料比[n(N2)∶n(H2)]，并不是充入的N2越多越有利于NH3的合成；B項，恒容條件下，充入稀有氣體對平衡無影響；C、D項，ΔH-TΔS<0時反應自發(fā)進行，而合成氨反應的ΔH<0、ΔS<0，故在常溫條件下該反應能自發(fā)進行。
√
2.在合成氨反應中使用催化劑和施加高壓，下列敘述正確的是 (　　)
A.都能提高反應速率，都對化學平衡無影響
B.都對化學平衡有影響，但都不影響達到平衡狀態(tài)所用的時間
C.都能縮短達到平衡狀態(tài)所用的時間，只有施加高壓對化學平衡有影響
D.使用催化劑能縮短反應達到平衡狀態(tài)所用的時間，而施加高壓無此效果
解析:對于反應N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，使用催化劑能提高反應速率，縮短達到平衡狀態(tài)所用的時間，不能使化學平衡發(fā)生移動；施加高壓既能提高反應速率，縮短達到平衡狀態(tài)所用的時間，也能使化學平衡向生成NH3的方向移動。
3.在合成氨時，要使氨的產(chǎn)率增大，又要使化學反應速率增大，可以采取的措施有 (　　)
①增大體積使壓強減小 ②減小體積使壓強增大
③升高溫度　④降低溫度 ⑤恒溫恒容，再充入N2和H2
⑥恒溫恒壓，再充入N2和H2 ⑦及時分離產(chǎn)生的NH3　⑧使用催化劑
A.②④⑤⑦ B.②③④⑤⑦⑧
C.②⑤ D.②③⑤⑧
解析:根據(jù)題目要求，既要滿足增大速率，又要滿足使化學平衡向右移動。從反應速率角度分析，①④⑦三種條件下化學反應速率降低；⑥條件下化學反應速率不變；②③⑤⑧條件下化學反應速率增高。從平衡移動角度分析:①③條件下化學平衡向左移動；②④⑤⑦條件下化學平衡向右移動；⑥⑧條件下化學平衡不移動。
√
新知探究(二) 工業(yè)合成氨的
適宜條件
1.合成氨工業(yè)中生產(chǎn)條件的選擇
壓強 理論和實驗數(shù)據(jù)的分析均表明，合成氨時壓強增大可以同時提高反應速率和轉化率。但是，壓強越大，對材料的強度和設備的要求也越高，增加生產(chǎn)投資并可能降低綜合經(jīng)濟效益。一般采用的壓強為10 MPa~30 MPa
溫度 溫度升高有利于提高反應速率，溫度降低有利于提高反應轉化率。因此，需要選擇一個適宜的溫度，一般采用的溫度為400~500 ℃
催化劑 加入催化劑可以加快反應速率，對化學平衡無影響，一般選擇鐵觸媒作為合成氨工業(yè)的催化劑。該催化劑在500 ℃左右時活性最大，這也是溫度選擇的原因之一。另外，為了防止雜質使催化劑“中毒”，原料氣必須經(jīng)過凈化
濃度 為提高平衡轉化率，工業(yè)上采取迅速冷卻的方法，使氣態(tài)氨變成液態(tài)氨并及時分離，分離后的原料氣循環(huán)使用，并及時補充氫氣和氮氣，使反應物保持一定的濃度
2.合成氨生產(chǎn)流程示意圖
3.化學反應的調控
影響化學反應進行的因素有兩個方面:參加反應的物質本身因素(組成、結構、性質等)和外部條件(溫度、壓強、濃度、催化劑等)。化學反應的調控，就是通過改變外界條件使一個可能發(fā)生的反應按照某一方向進行。在實際生產(chǎn)中，要綜合考慮化學反應速率和化學平衡的因素，尋找一個適宜的生產(chǎn)條件。
應用化學
工業(yè)上以黃鐵礦(FeS2)為原料生產(chǎn)硫酸的工藝流程如圖:
A為沸騰爐，反應為4FeS2+11O2 2Fe2O3+8SO2；B為接觸室，反應為2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH=-196.6 kJ·mol-1；C為吸收塔，反應為SO3+H2O H2SO4。接觸室中利用催化氧化反應將SO2轉化為SO3是工業(yè)制硫酸中最關鍵的步驟。
下表是不同壓強、溫度時SO2的轉化率情況。
1.從理論上分析，為了使反應物的轉化率盡可能大，在溫度和壓強方面如何選擇
溫度 不同壓強下SO2的轉化率/%
1×105 Pa 5×105 Pa 1×106 Pa 5×106 Pa 1×107 Pa
450 ℃ 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
550 ℃ 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
提示:低溫高壓。
2.在實際工業(yè)生產(chǎn)中通常選擇的溫度是450 ℃，理由是什么
提示:該反應是放熱反應，升高溫度，反應物轉化率降低，在450 ℃時反應物轉化率較高。
3.在實際工業(yè)生產(chǎn)中通常選擇的壓強是多少 理由是什么
提示:1×105 Pa。常壓下SO2的轉化率已經(jīng)很高，若采用較大的壓強，SO2的轉化率提高很少，但對設備及動力的要求更高。
4.在合成SO3的過程中，解釋不需要分離出SO3的原因。
提示:SO2的轉化率比較高，達到平衡后的混合氣體中SO2的余量很少，故不需要分離出SO3。
5.生產(chǎn)中通入過量空氣的目的是什么
提示:增大O2濃度，提高SO2的轉化率。
[題點多維訓練]
√
題點(一)　合成氨條件的選擇
1.(2025·重慶期中檢測)工業(yè)合成氨的反應為N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92 kJ·mol-1　ΔS=-198.2 J·mol-1·K-1，下列有關化學反應調控說法錯誤的是(　　)
A.合成氨氣，理論上選用低溫、高壓的條件進行控制，有利于提高合成氨的產(chǎn)率
B.該反應在常溫下可以自發(fā)進行
C.將生成的NH3進行液化，有助于提高反應速率
D.結合生產(chǎn)實際，可以適當提高原料氣體中N2的含量
解析:反應正向氣體分子數(shù)減小，增大壓強，有利于平衡正向移動，合成氨的產(chǎn)率提高，正向放熱，降低溫度，有利于平衡正向移動，合成氨的產(chǎn)率提高，故A正確；反應正向氣體分子數(shù)減小，ΔS<0，ΔH<0，低溫時反應自發(fā)，故B正確；將生成的NH3進行液化，平衡正向移動，反應物濃度減小，反應速率減小，故C錯誤；適當提高原料氣體中N2的含量，有利于平衡正向移動，可以提高氫氣轉化率，故D正確。
√
2.下列所示是哈伯法制氨的流程圖，其中為提高原料轉化率而采取的措施是 (　　)
A.①②③ B.②④⑤
C.①③⑤ D.②③④
解析:②④⑤操作均有利于化學平衡向合成氨的方向移動，提高轉化率。
題點(二)　化學反應的調控
3.下列關于化學反應的調控措施說法不正確的是(　　)
A.硫酸工業(yè)中，為提高SO2的轉化率，通入過量的空氣
B.工業(yè)上增加煉鐵高爐的高度可以有效降低尾氣中CO的含量
C.合成氨工業(yè)中，從生產(chǎn)實際條件考慮，不盲目增大反應壓強
D.合成氨工業(yè)中，為提高氮氣和氫氣的利用率，采用循環(huán)操作
√
解析:反應2SO2+O2 2SO3，通入過量的空氣，反應正向進行，SO2的轉化率提高，A項正確；高爐煉鐵過程中發(fā)生反應:Fe2O3(s)+3CO(g) 2Fe(s)+
3CO2(g)，達到平衡后，增加高爐的高度不能降低煉鐵尾氣中CO的含量，B項錯誤；工業(yè)合成氨，從生產(chǎn)實際條件考慮，不盲目增大反應壓強，若壓強過大，不僅會增大能源消耗，還會增大動力消耗，對設備的要求也高，C項正確；工業(yè)合成氨是可逆反應，原料不能完全轉化為產(chǎn)物，采用氮氣和氫氣循環(huán)操作的主要目的是提高氮氣和氫氣的利用率，D項正確。
√
4.(2025·南寧高二檢測)在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氫氣合成乙醇的反應如下:2CO2(g)+6H2(g) CH3CH2OH(g)+3H2O(g)，下列敘述錯誤的是 (　　)
A.使用催化劑可大大提高生產(chǎn)效率
B.反應需在300 ℃進行可推測該反應是吸熱反應
C.充入大量CO2氣體可提高H2的轉化率
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
解析:使用催化劑可加快反應速率，能大大提高生產(chǎn)效率，故A正確；如煤的燃燒放熱，但需要加熱，反應加熱與反應放熱還是吸熱沒有直接的關系，故B錯誤；充入大量CO2氣體平衡會正向移動，所以可提高H2的轉化率，故C正確；從平衡混合氣體中分離出CH3CH2OH和H2O會使平衡正向移動，所以可提高CO2和H2的利用率，故D正確。
|歸納拓展|化工生產(chǎn)適宜條件選擇的分析角度
分析角度 原則要求
從化學反應速率分析 既不能過快，又不能太慢
從化學平衡移動分析 既要注意外界條件對速率和平衡影響的一致性，又要注意二者影響的矛盾性
從原料的利用率分析 增加易得廉價原料，提高難得高價原料的利用率，從而降低生產(chǎn)成本
從實際生產(chǎn)能力分析 如設備承受高溫、高壓的能力等
從催化劑的使用活性分析 注意催化劑的活性對溫度的限制
課時跟蹤檢測
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一、選擇題
1.根據(jù)合成氨反應的特點分析，當前最有前途的研究發(fā)展方向是(　　)
A.研制耐高壓的合成塔
B.采用超大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)
C.研制耐低溫復合催化劑
D.探索不用H2和N2合成氨的新途徑
解析:現(xiàn)在合成氨工業(yè)主要選擇高溫、高壓、鐵催化劑，條件較為苛刻，研制耐低溫復合催化劑是最有前途的研究方向。
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2.貯氫技術是氫氣作燃料的一大難題。有報道稱鑭(La)—鎳(Ni)合金材料LaNi4有較大貯氫容量，其原理為LaNi4(s)+3H2(g) LaNi4H6(s)　ΔH=-31.8 kJ·mol-1。下列條件有利于該合金貯氫的是 (　　)
A.高溫、低壓 B.低溫、高壓
C.高溫、高壓 D.低溫、低壓
解析:LaNi4(s)+3H2(g) LaNi4H6(s)反應放熱，故降低溫度利于平衡正向移動；該反應為氣體體積減小的可逆反應，故增大壓強平衡正向移動。
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3.(2025·肇慶市高二期中)合成氨問題，關乎世界化工發(fā)展和糧食安全問題。下列對合成氨工業(yè)的敘述中，不正確的是 (　　)
A.高壓條件比常壓條件更有利于合成氨的反應
B.合成氨時采用循環(huán)操作，可以提高原料利用率
C.工業(yè)生產(chǎn)采用500 ℃而不采用常溫，是為了提高合成氨的轉化率
D.鐵觸媒的使用有利于提高合成氨的生產(chǎn)效率
解析:合成氨的反應為氣體分子數(shù)減小的反應，增大壓強有利于反應正向進行，A正確；合成氨的反應為可逆反應，原料不能完全反應，采用循環(huán)操作，可以提高原料利用率，B正確；合成氨的反應為放熱反應，升溫會使平衡逆向移動，工業(yè)生產(chǎn)采用500 ℃而不采用常溫，是為了提高反應速率，C錯誤；鐵觸媒為催化劑，可以大大提高反應速率，有利于提高合成氨的生產(chǎn)效率，D正確。
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4.水煤氣的主要成分為CO和H2，工業(yè)上常利用CH4和H2O在催化劑和一定條件下來制備水煤氣，原理為CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)　ΔH>0。下列條件中最適宜工業(yè)生產(chǎn)水煤氣的是 (　　)
A.溫度為25 ℃，壓強為50 kPa B.溫度為25 ℃，壓強為101 kPa
C.溫度為500 ℃，壓強為1 000 kPa D.溫度為800 ℃，壓強為250 kPa
解析:對于反應CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)　ΔH>0，反應物氣體的物質的量小于生成物氣體的物質的量之和，則增大壓強，平衡逆向移動，正反應為吸熱反應，升高溫度，平衡正向移動，則工業(yè)生產(chǎn)水煤氣，可在高溫下進行，排除A、B；C、D相比較，D壓強較小，有利于平衡正向移動。
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3
5.某工廠的一種無害化處理反應為6NO+4NH3 5N2+6H2O。下列關于該反應的說法正確的是 (　　)
A.增大反應物濃度能減慢反應速率
B.降低溫度能加快反應速率
C.使用催化劑能加快反應速率
D.NO與NH3能100%轉化為產(chǎn)物
解析:增大反應物濃度，反應速率增大，A錯誤；降低溫度，反應速率減小，B錯誤；使用催化劑能降低反應的活化能，加快反應速率，C正確；可逆反應不能100%轉化為產(chǎn)物，所以NO與NH3不能100%轉化為產(chǎn)物，D錯誤。
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6.合成氨所需要的H2可由煤和水反應制得:
(1)H2O(g)+C(s) CO(g)+H2(g)　ΔH>0
(2)CO(g)+H2O(g) CO2(g)+H2(g)　ΔH<0
工業(yè)生產(chǎn)中，欲提高CO的轉化率，所采用的下列措施正確的最佳組合是(　　)
①降低溫度　②增大壓強　③使用催化劑 ④增大CO濃度　⑤增大H2O(g)的濃度
A.①⑤ B.②③ C.②④⑤ D.③⑤
解析:反應(2)為體積不變的放熱反應，降溫和增大水蒸氣的濃度均可使平衡右移，提高CO的轉化率。
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7.(2025·柳州高二月考)用于凈化汽車尾氣的反應:
2NO(g)+2CO(g) 2CO2(g)+N2(g)，已知常溫下該反應速率極慢，570 K時平衡常數(shù)為1×1059。下列說法正確的是 (　　)
A.該反應在常溫下進行不需要催化劑
B.提高尾氣凈化效率的最佳途徑是研制高效催化劑
C.裝有尾氣凈化裝置的汽車排出的氣體中不再含有NO或CO
D.570 K時該反應正向進行的程度很大，故使用催化劑并無實際意義
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解析:常溫下該反應速率極慢，故需要催化劑加快反應速率，A錯誤；研制高效催化劑可提高反應速率，解決該反應極慢的問題，有利于提高尾氣凈化的效率，B正確；凈化汽車尾氣的反應為可逆反應，可逆反應不可能完全進行，則尾氣中的一氧化氮和一氧化碳不能完全轉化，排出的氣體中一定含有一氧化氮和一氧化碳，C錯誤；使用催化劑不影響平衡的移動，但能夠加快反應速率，則使用催化劑具有很大的實際意義，D錯誤。
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8.(2025·吉林高二期中)在硫酸工業(yè)中，通過下列反應使SO2氧化為SO3:
2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH=-196.6 kJ·mol-1。下表列出了在不同溫度和壓強下，反應達到平衡時SO2的轉化率。下列有關判斷錯誤的是 (　　)
A.從理論上分析，為了使SO2盡可能多地轉化為SO3，應選擇的條件是450 ℃、10 MPa
B.在實際生產(chǎn)中，通入過量的空氣，原因是增大O2濃度，SO2和O2的轉化率均會提高
C.在實際生產(chǎn)中，選定的溫度為400~500 ℃，原因是溫度較低會使反應速率減小，達平衡時間變長，溫度較高，SO2的轉化率會降低，該溫度下催化劑活性最佳
D.在實際生產(chǎn)中，采用的壓強為常壓，原因是常壓下SO2的轉化率已經(jīng)很高，壓強過大對設備要求過高
溫度/℃ 平衡時SO2的轉化率/%
0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa
450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
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解析:450 ℃、10 MPa時，二氧化硫的轉化率較高，則為了使二氧化硫盡可能多轉化為三氧化硫，應選擇的條件是450 ℃、10 MPa，故A正確；通入過量的空氣，增大O2濃度，平衡正移，SO2的轉化率增大，O2的轉化率會減小，故B錯誤；該反應為放熱反應，溫度較低會使反應速率減小，則溫度較高，SO2的轉化率會降低，在溫度為400~500 ℃時，催化劑活性最佳，故在實際生產(chǎn)中，選定的溫度為
400~500 ℃，故C正確；常壓下二氧化硫的平衡轉化率已經(jīng)很高，雖然高壓有利于提高原料的利用率，但高壓對設備和動力的要求提高，成本增加，從經(jīng)濟效益考慮，常壓對生產(chǎn)更有利，故D正確。
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9.目前空間站處理CO2廢氣涉及的反應為CO2+4H2 CH4+2H2O，下列關于該反應的說法錯誤的是(　　)
A.釕催化劑能加快該反應的速率
B.升高溫度能加快該反應的速率
C.達到平衡時，CO2能100%轉化為CH4
D.達到平衡時，反應速率:v(正)=v(逆)>0
解析:催化劑通過降低反應活化能加快該反應的速率，所以釕催化劑能加快該反應的速率，故A正確；升高溫度能加快該反應的速率，故B正確；該反應是可逆反應，達到平衡時，CO2不能100%轉化為CH4，故C錯誤；化學平衡是動態(tài)平衡，當反應達到化學平衡時，v(正)=v(逆)>0，故D正確。
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10.(2025·濟寧高二期末)合成氨工業(yè)中，原料氣(N2、H2及少量CO、NH3的混合氣)在進入合成塔前需經(jīng)過銅氨液處理以除去其中的CO，其反應為[Cu(NH3)2]++CO+NH3 [Cu(NH3)3CO]+　ΔH<0，所得溶液經(jīng)過處理可使銅氨液再生，重復利用。以下說法正確的是 (　　)
A.高溫、低壓條件有利于銅氨液再生
B.除CO的反應在任何溫度下都能自發(fā)進行
C.合成塔使用熱交換控制體系控制溫度在400~500 ℃左右，主要目的是使合成氨反應平衡正向移動
D.合成氨過程中的加壓、加催化劑都有利于提高原料的平衡轉化率
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解析:銅氨液再生，化學平衡向逆反應方向移動；由于該反應的正反應是氣體體積減小的放熱反應，升高溫度或減小壓強均可使平衡逆向移動，故A正確。反應的ΔH<0，反應后氣體分子數(shù)減少，ΔS<0，根據(jù)體系的自由能ΔG=ΔH-TΔS，只有在低溫時，反應才能自發(fā)進行，故B錯誤。該反應的正反應是放熱反應，要使平衡正向移動，應該采用低溫條件；合成塔使用熱交換控制體系控制溫度在400~500 ℃左右，主要目的是使催化劑鐵觸媒的活性達到最佳狀態(tài)，故C錯誤。使用催化劑只能改變反應途徑，降低反應的活化能，但是不能使平衡移動，故使用催化劑無法提高原料的平衡轉化率，故D錯誤。
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11.納米鈷(Co)常用于CO加氫反應的催化劑:CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g)　ΔH<0。下列有關說法正確的是 (　　)
A.納米技術的應用，優(yōu)化了催化劑的性能，提高了反應的轉化率
B.縮小容器體積，平衡向正反應方向移動，CO的濃度增大
C.溫度越低，越有利于CO催化加氫
D.從平衡體系中分離出H2O(g)能加快正、逆反應速率
解析:應用納米技術能夠提高催化劑的催化性能，但不能改變化學平衡，A錯誤；縮小容器體積，平衡正向移動，但由勒夏特列原理可知CO的濃度增大，B正確；催化劑的活性受溫度影響，降溫可能導致催化劑活性下降，不利于CO的催化加氫，C錯誤；降低生成物濃度，達到新的平衡，濃度下降，正、逆反應速率比原平衡慢，D錯誤。
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12.(2025·天津期中檢測)吉林大學科研人員合作研究得出基于機械化學(“暴力”干擾使鐵活化)在較溫和的條件下由氮氣合成氨的新方案(如圖所示)，利用這種方案所得氨的體積分數(shù)平衡時可高達82.5%。已知合成氨反應N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1。下列說法正確的是 (　　)
A.該方案所得氨的含量高，主要是因為使用了鐵做催化劑
B.采用該方案生產(chǎn)氨氣，活化能和ΔH均減小
C.該方案提高了氨的平衡體積分數(shù)，與反應溫度較低有關
D.為了提高氫氣的平衡轉化率和反應速率，應盡量采取較高溫度
解析:使用催化劑，平衡不移動，氨氣的含量不變，故A錯誤；使用催化劑，可以降低反應所需的活化能，但是反應焓變不變，故B錯誤；反應放熱，溫度低，有利于平衡正向移動，氨的平衡體積分數(shù)提高，故C正確；溫度升高，反應速率加快，平衡逆向移動，氫氣平衡轉化率減小，故D錯誤。
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13.某研究小組為探究催化劑對尾氣中CO、NO轉化的影響，將含NO和CO的尾氣在不同溫度下，以一定的流速通過兩種不同的催化劑進行反應:
2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)　ΔH<0，測量相同時間內逸出
氣體中NO的含量，從而確定尾氣脫氮率(脫氮率即NO的轉化率)，
結果如圖所示。下列說法正確的是 (　　)
①兩種催化劑均能降低反應的活化能，但ΔH均不變 ②相同條件下，改變壓強對脫氮率沒有影響 ③曲線Ⅱ中的催化劑的最適宜溫度為450 ℃左右 ④a點的脫氮率是對應溫度下的平衡脫氮率 ⑤若低于200 ℃，圖中曲線Ⅰ脫氮率隨溫度升高變化不大的主要原因是催化劑的活性不高
A.①②③ B.①③④ C.②③④ D.①③⑤
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解析:①催化劑可降低反應的活化能，但不改變反應的ΔH，正確；②該反應為氣體分子數(shù)減小的反應，改變壓強平衡發(fā)生移動，則改變壓強對脫氮率有影響，錯誤；③由圖可知，曲線Ⅱ中450 ℃左右脫氮率最大，則曲線Ⅱ中的催化劑的最適宜溫度為450 ℃左右，正確；④因為該反應是放熱反應，降低溫度，平衡正向移動，則a點對應溫度下的平衡脫氮率應大于450 ℃下的脫氮率，錯誤；⑤催化劑的活性受溫度的影響，則低于200 ℃時，圖中曲線Ⅰ脫氮率隨溫度升高變化不大的主要原因是催化劑的活性不高，正確。
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14.在一定條件下，利用CO2合成CH3OH的反應為CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1，研究發(fā)現(xiàn)，反應過程中會發(fā)生副反應為CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)　ΔH2，溫度對CH3OH、CO的產(chǎn)率影響如圖所示。下列說法中不正確的是 (　　)
A.ΔH1<0，ΔH2>0
B.增大壓強有利于加快合成反應的速率
C.選用合適的催化劑可以減弱副反應的發(fā)生
D.生產(chǎn)過程中，溫度越高越有利于提高CH3OH的產(chǎn)率
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解析:根據(jù)圖示，升高溫度CH3OH的產(chǎn)率降低，反應CO2(g)+3H2(g) CH3OH (g)+H2O(g) 向逆反應方向移動，ΔH1<0，升高溫度CO的產(chǎn)率增大，反應CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)向正反應方向移動，ΔH2>0，A正確；反應有氣體參與，增大壓強有利于加快合成反應的速率，B正確；催化劑有一定的選擇性，選用合適的催化劑可以減弱副反應的發(fā)生，C正確；由題圖可見，溫度越高，CH3OH的產(chǎn)率越低，D錯誤。
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二、非選擇題
15.(12分)合成氨工藝是人工固氮最重要的途徑。下圖是合成氨的簡要流程和反應方程式:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0
(1)圖中X的主要成分是　　　　　，這樣操作的目的是_________________
　 。
15
解析:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)反應可逆，氮氣、氫氣不能完全轉化為氨氣，冷凝器中氨氣液化，分離出液氨后剩余氮氣和氫氣，X的主要成分是N2、H2，N2、H2循環(huán)利用，有利于提高原料的利用率。
N2、H2
循環(huán)利用N2、H2，
提高原料的利用率
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二、非選擇題
15.(12分)合成氨工藝是人工固氮最重要的途徑。下圖是合成氨的簡要流程和反應方程式:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0
(2)有利于提高合成氨平衡產(chǎn)率的條件為 　。
A.低溫　B.高溫　C.低壓　D.高壓　E.催化劑
15
解析:正反應放熱，降低溫度，平衡正向移動；正反應氣體系數(shù)和減小，增大壓強，平衡正向移動，催化劑對平衡無影響，有利于提高合成氨平衡產(chǎn)率的條件為低溫、高壓，選A、D。
AD
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二、非選擇題
15.(12分)合成氨工藝是人工固氮最重要的途徑。下圖是合成氨的簡要流程和反應方程式:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0
(3)T ℃時，若在容積為2 L的密閉恒容容器中充入0.8 mol N2(g)和1.6 mol H2(g)，5 min后達到平衡，測得N2的濃度為0.2 mol·L-1。
①計算此段時間的反應速率v(NH3)=　　　　　　　　　　，H2的轉化率為　　　。
②已知300 ℃時K=0.86，則上述反應溫度T　　300(填“>”“<”或“=”)。
15
0.08 mol·L-1·min-1　
75%
<
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解析:T ℃時，若在容積為2 L的密閉恒容容器中充入0.8 mol N2(g)和1.6 mol H2(g)，5 min后達到平衡，測得N2的濃度為0.2 mol·L-1，則此段時間內消耗
0.4 mol氮氣，根據(jù)反應方程式可知，反應消耗1.2 mol H2，生成0.8 mol氨氣；①反應速率v(NH3)==0.08 mol·L-1·min-1，H2的轉化率為×100%=75%。
②已知300 ℃時K=0.86， 反應中K==100，正反應放熱，溫度越高平衡常數(shù)越小，反應溫度T<300。
15課時跟蹤檢測(十四)　化學反應的調控
一、選擇題
1.根據(jù)合成氨反應的特點分析,當前最有前途的研究發(fā)展方向是 (　　)
A.研制耐高壓的合成塔
B.采用超大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)
C.研制耐低溫復合催化劑
D.探索不用H2和N2合成氨的新途徑
2.貯氫技術是氫氣作燃料的一大難題。有報道稱鑭(La)—鎳(Ni)合金材料LaNi4有較大貯氫容量,其原理為LaNi4(s)+3H2(g)LaNi4H6(s)　ΔH=-31.8 kJ·mol-1。下列條件有利于該合金貯氫的是 (　　)
A.高溫、低壓 B.低溫、高壓
C.高溫、高壓 D.低溫、低壓
3.(2025·肇慶市高二期中)合成氨問題,關乎世界化工發(fā)展和糧食安全問題。下列對合成氨工業(yè)的敘述中,不正確的是 (　　)
A.高壓條件比常壓條件更有利于合成氨的反應
B.合成氨時采用循環(huán)操作,可以提高原料利用率
C.工業(yè)生產(chǎn)采用500 ℃而不采用常溫,是為了提高合成氨的轉化率
D.鐵觸媒的使用有利于提高合成氨的生產(chǎn)效率
4.水煤氣的主要成分為CO和H2,工業(yè)上常利用CH4和H2O在催化劑和一定條件下來制備水煤氣,原理為CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)　ΔH>0。下列條件中最適宜工業(yè)生產(chǎn)水煤氣的是 (　　)
A.溫度為25 ℃,壓強為50 kPa
B.溫度為25 ℃,壓強為101 kPa
C.溫度為500 ℃,壓強為1 000 kPa
D.溫度為800 ℃,壓強為250 kPa
5.某工廠的一種無害化處理反應為6NO+4NH35N2+6H2O。下列關于該反應的說法正確的是 (　　)
A.增大反應物濃度能減慢反應速率
B.降低溫度能加快反應速率
C.使用催化劑能加快反應速率
D.NO與NH3能100%轉化為產(chǎn)物
6.合成氨所需要的H2可由煤和水反應制得:
(1)H2O(g)+C(s)CO(g)+H2(g)　ΔH>0
(2)CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)　ΔH<0
工業(yè)生產(chǎn)中,欲提高CO的轉化率,所采用的下列措施正確的最佳組合是 (　　)
①降低溫度　②增大壓強　③使用催化劑
④增大CO濃度　⑤增大H2O(g)的濃度
A.①⑤ B.②③ C.②④⑤ D.③⑤
7.(2025·柳州高二月考)用于凈化汽車尾氣的反應:2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g),已知常溫下該反應速率極慢,570 K時平衡常數(shù)為1×1059。下列說法正確的是 (　　)
A.該反應在常溫下進行不需要催化劑
B.提高尾氣凈化效率的最佳途徑是研制高效催化劑
C.裝有尾氣凈化裝置的汽車排出的氣體中不再含有NO或CO
D.570 K時該反應正向進行的程度很大,故使用催化劑并無實際意義
8.(2025·吉林高二期中)在硫酸工業(yè)中,通過下列反應使SO2氧化為SO3:2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH=-196.6 kJ·mol-1。下表列出了在不同溫度和壓強下,反應達到平衡時SO2的轉化率。下列有關判斷錯誤的是 (　　)
溫度/℃ 平衡時SO2的轉化率/%
0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa
450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
A.從理論上分析,為了使SO2盡可能多地轉化為SO3,應選擇的條件是450 ℃、10 MPa
B.在實際生產(chǎn)中,通入過量的空氣,原因是增大O2濃度,SO2和O2的轉化率均會提高
C.在實際生產(chǎn)中,選定的溫度為400~500 ℃,原因是溫度較低會使反應速率減小,達平衡時間變長,溫度較高,SO2的轉化率會降低,該溫度下催化劑活性最佳
D.在實際生產(chǎn)中,采用的壓強為常壓,原因是常壓下SO2的轉化率已經(jīng)很高,壓強過大對設備要求過高
9.目前空間站處理CO2廢氣涉及的反應為CO2+4H2CH4+2H2O,下列關于該反應的說法錯誤的是 (　　)
A.釕催化劑能加快該反應的速率
B.升高溫度能加快該反應的速率
C.達到平衡時,CO2能100%轉化為CH4
D.達到平衡時,反應速率:v(正)=v(逆)>0
10.(2025·濟寧高二期末)合成氨工業(yè)中,原料氣(N2、H2及少量CO、NH3的混合氣)在進入合成塔前需經(jīng)過銅氨液處理以除去其中的CO,其反應為[Cu(NH3)2]++CO+NH3[Cu(NH3)3CO]+　ΔH<0,所得溶液經(jīng)過處理可使銅氨液再生,重復利用。以下說法正確的是 (　　)
A.高溫、低壓條件有利于銅氨液再生
B.除CO的反應在任何溫度下都能自發(fā)進行
C.合成塔使用熱交換控制體系控制溫度在400~500 ℃左右,主要目的是使合成氨反應平衡正向移動
D.合成氨過程中的加壓、加催化劑都有利于提高原料的平衡轉化率
11.納米鈷(Co)常用于CO加氫反應的催化劑:CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)　ΔH<0。下列有關說法正確的是 (　　)
A.納米技術的應用,優(yōu)化了催化劑的性能,提高了反應的轉化率
B.縮小容器體積,平衡向正反應方向移動,CO的濃度增大
C.溫度越低,越有利于CO催化加氫
D.從平衡體系中分離出H2O(g)能加快正、逆反應速率
12.(2025·天津期中檢測)吉林大學科研人員合作研究得出基于機械化學(“暴力”干擾使鐵活化)在較溫和的條件下由氮氣合成氨的新方案(如圖所示),利用這種方案所得氨的體積分數(shù)平衡時可高達82.5%。已知合成氨反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1。下列說法正確的是 (　　)
A.該方案所得氨的含量高,主要是因為使用了鐵做催化劑
B.采用該方案生產(chǎn)氨氣,活化能和ΔH均減小
C.該方案提高了氨的平衡體積分數(shù),與反應溫度較低有關
D.為了提高氫氣的平衡轉化率和反應速率,應盡量采取較高溫度
13.某研究小組為探究催化劑對尾氣中CO、NO轉化的影響,將含NO和CO的尾氣在不同溫度下,以一定的流速通過兩種不同的催化劑進行反應:2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)　ΔH<0,測量相同時間內逸出氣體中NO的含量,從而確定尾氣脫氮率(脫氮率即NO的轉化率),結果如圖所示。下列說法正確的是 (　　)
①兩種催化劑均能降低反應的活化能,但ΔH均不變
②相同條件下,改變壓強對脫氮率沒有影響
③曲線Ⅱ中的催化劑的最適宜溫度為450 ℃左右
④a點的脫氮率是對應溫度下的平衡脫氮率
⑤若低于200 ℃,圖中曲線Ⅰ脫氮率隨溫度升高變化不大的主要原因是催化劑的活性不高
A.①②③ B.①③④ C.②③④ D.①③⑤
14.在一定條件下,利用CO2合成CH3OH的反應為CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1,研究發(fā)現(xiàn),反應過程中會發(fā)生副反應為CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH2,溫度對CH3OH、CO的產(chǎn)率影響如圖所示。下列說法中不正確的是
(　　)
A.ΔH1<0,ΔH2>0
B.增大壓強有利于加快合成反應的速率
C.選用合適的催化劑可以減弱副反應的發(fā)生
D.生產(chǎn)過程中,溫度越高越有利于提高CH3OH的產(chǎn)率
二、非選擇題
15.(12分)合成氨工藝是人工固氮最重要的途徑。下圖是合成氨的簡要流程和反應方程式:
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0
(1)圖中X的主要成分是　　　　　　,這樣操作的目的是 　。
(2)有利于提高合成氨平衡產(chǎn)率的條件為 　。
A.低溫　B.高溫　C.低壓　D.高壓　E.催化劑
(3)T ℃時,若在容積為2 L的密閉恒容容器中充入0.8 mol N2(g)和1.6 mol H2(g),5 min后達到平衡,測得N2的濃度為0.2 mol·L-1。
①計算此段時間的反應速率v(NH3)=　　　　　　　　　　,H2的轉化率為　　　　　。
②已知300 ℃時K=0.86,則上述反應溫度T　　　　300(填“>”“<”或“=”)。
課時跟蹤檢測(十四)
1.選C　現(xiàn)在合成氨工業(yè)主要選擇高溫、高壓、鐵催化劑,條件較為苛刻,研制耐低溫復合催化劑是最有前途的研究方向。
2.選B　LaNi4(s)+3H2(g) LaNi4H6(s)反應放熱,故降低溫度利于平衡正向移動;該反應為氣體體積減小的可逆反應,故增大壓強平衡正向移動。
3.選C　合成氨的反應為氣體分子數(shù)減小的反應,增大壓強有利于反應正向進行,A正確;合成氨的反應為可逆反應,原料不能完全反應,采用循環(huán)操作,可以提高原料利用率,B正確;合成氨的反應為放熱反應,升溫會使平衡逆向移動,工業(yè)生產(chǎn)采用500 ℃而不采用常溫,是為了提高反應速率,C錯誤;鐵觸媒為催化劑,可以大大提高反應速率,有利于提高合成氨的生產(chǎn)效率,D正確。
4.選D　對于反應CH4(g)+H2O(g) CO(g)+3H2(g)　ΔH>0,反應物氣體的物質的量小于生成物氣體的物質的量之和,則增大壓強,平衡逆向移動,正反應為吸熱反應,升高溫度,平衡正向移動,則工業(yè)生產(chǎn)水煤氣,可在高溫下進行,排除A、B;C、D相比較,D壓強較小,有利于平衡正向移動。
5.選C　增大反應物濃度,反應速率增大,A錯誤;降低溫度,反應速率減小,B錯誤;使用催化劑能降低反應的活化能,加快反應速率,C正確;可逆反應不能100%轉化為產(chǎn)物,所以NO與NH3不能100%轉化為產(chǎn)物,D錯誤。
6.選A　反應(2)為體積不變的放熱反應,降溫和增大水蒸氣的濃度均可使平衡右移,提高CO的轉化率。
7.選B　常溫下該反應速率極慢,故需要催化劑加快反應速率,A錯誤;研制高效催化劑可提高反應速率,解決該反應極慢的問題,有利于提高尾氣凈化的效率,B正確;凈化汽車尾氣的反應為可逆反應,可逆反應不可能完全進行,則尾氣中的一氧化氮和一氧化碳不能完全轉化,排出的氣體中一定含有一氧化氮和一氧化碳,C錯誤;使用催化劑不影響平衡的移動,但能夠加快反應速率,則使用催化劑具有很大的實際意義,D錯誤。
8.選B　450 ℃、10 MPa時,二氧化硫的轉化率較高,則為了使二氧化硫盡可能多轉化為三氧化硫,應選擇的條件是450 ℃、10 MPa,故A正確;通入過量的空氣,增大O2濃度,平衡正移,SO2的轉化率增大,O2的轉化率會減小,故B錯誤;該反應為放熱反應,溫度較低會使反應速率減小,則溫度較高,SO2的轉化率會降低,在溫度為400~500 ℃時,催化劑活性最佳,故在實際生產(chǎn)中,選定的溫度為400~500 ℃,故C正確;常壓下二氧化硫的平衡轉化率已經(jīng)很高,雖然高壓有利于提高原料的利用率,但高壓對設備和動力的要求提高,成本增加,從經(jīng)濟效益考慮,常壓對生產(chǎn)更有利,故D正確。
9.選C　催化劑通過降低反應活化能加快該反應的速率,所以釕催化劑能加快該反應的速率,故A正確;升高溫度能加快該反應的速率,故B正確;該反應是可逆反應,達到平衡時,CO2不能100%轉化為CH4,故C錯誤;化學平衡是動態(tài)平衡,當反應達到化學平衡時,v(正)=v(逆)>0,故D正確。
10.選A　銅氨液再生,化學平衡向逆反應方向移動;由于該反應的正反應是氣體體積減小的放熱反應,升高溫度或減小壓強均可使平衡逆向移動,故A正確。反應的ΔH<0,反應后氣體分子數(shù)減少,ΔS<0,根據(jù)體系的自由能ΔG=ΔH-TΔS,只有在低溫時,反應才能自發(fā)進行,故B錯誤。該反應的正反應是放熱反應,要使平衡正向移動,應該采用低溫條件;合成塔使用熱交換控制體系控制溫度在400~500 ℃左右,主要目的是使催化劑鐵觸媒的活性達到最佳狀態(tài),故C錯誤。使用催化劑只能改變反應途徑,降低反應的活化能,但是不能使平衡移動,故使用催化劑無法提高原料的平衡轉化率,故D錯誤。
11.選B　應用納米技術能夠提高催化劑的催化性能,但不能改變化學平衡,A錯誤;縮小容器體積,平衡正向移動,但由勒夏特列原理可知CO的濃度增大,B正確;催化劑的活性受溫度影響,降溫可能導致催化劑活性下降,不利于CO的催化加氫,C錯誤;降低生成物濃度,達到新的平衡,濃度下降,正、逆反應速率比原平衡慢,D錯誤。
12.選C　使用催化劑,平衡不移動,氨氣的含量不變,故A錯誤;使用催化劑,可以降低反應所需的活化能,但是反應焓變不變,故B錯誤;反應放熱,溫度低,有利于平衡正向移動,氨的平衡體積分數(shù)提高,故C正確;溫度升高,反應速率加快,平衡逆向移動,氫氣平衡轉化率減小,故D錯誤。
13.選D　①催化劑可降低反應的活化能,但不改變反應的ΔH,正確;②該反應為氣體分子數(shù)減小的反應,改變壓強平衡發(fā)生移動,則改變壓強對脫氮率有影響,錯誤;③由圖可知,曲線Ⅱ中450 ℃左右脫氮率最大,則曲線Ⅱ中的催化劑的最適宜溫度為450 ℃左右,正確;④因為該反應是放熱反應,降低溫度,平衡正向移動,則a點對應溫度下的平衡脫氮率應大于450 ℃下的脫氮率,錯誤;⑤催化劑的活性受溫度的影響,則低于200 ℃時,圖中曲線Ⅰ脫氮率隨溫度升高變化不大的主要原因是催化劑的活性不高,正確。
14.選D　根據(jù)圖示,升高溫度CH3OH的產(chǎn)率降低,反應CO2(g)+3H2(g) CH3OH (g)+H2O(g) 向逆反應方向移動,ΔH1<0,升高溫度CO的產(chǎn)率增大,反應CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g)向正反應方向移動,ΔH2>0,A正確;反應有氣體參與,增大壓強有利于加快合成反應的速率,B正確;催化劑有一定的選擇性,選用合適的催化劑可以減弱副反應的發(fā)生,C正確;由題圖可見,溫度越高,CH3OH的產(chǎn)率越低,D錯誤。
15.解析:(1)N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)反應可逆,氮氣、氫氣不能完全轉化為氨氣,冷凝器中氨氣液化,分離出液氨后剩余氮氣和氫氣,X的主要成分是N2、H2,N2、H2循環(huán)利用,有利于提高原料的利用率。(2)正反應放熱,降低溫度,平衡正向移動;正反應氣體系數(shù)和減小,增大壓強,平衡正向移動,催化劑對平衡無影響,有利于提高合成氨平衡產(chǎn)率的條件為低溫、高壓,選A、D。(3)T ℃時,若在容積為2 L的密閉恒容容器中充入0.8 mol N2(g)和1.6 mol H2(g),5 min后達到平衡,測得N2的濃度為0.2 mol·L-1,則此段時間內消耗0.4 mol氮氣,根據(jù)反應方程式可知,反應消耗1.2 mol H2,生成0.8 mol氨氣;①反應速率v(NH3)==0.08 mol·L-1·min-1,H2的轉化率為×100%=75%。②已知300 ℃時K=0.86, 反應中K==100,正反應放熱,溫度越高平衡常數(shù)越小,反應溫度T<300。
答案:(1)N2、H2　循環(huán)利用N2、H2,提高原料的利用率
(2)AD　(3)①0.08 mol·L-1·min-1　75%　②<
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