第2章 第4节 化学反应条件的优化-工业合成氨-【高中必刷题】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1同步课件（鲁科版2019）

化学 选择性必修1 化学反应原理 LK 1 4 第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨 刷基础 2 1.（双选）对于合成氨反应原理：,合成氨反应 速率公式,达到平衡后,以下分析正确的是( ) BC A.升高温度,对正反应的反应速率影响更大 B.增大压强,有利于提高合成氨的产率 C.减小产物浓度,既可以提高原料的转化率，又可以加快反应速率 D.加入催化剂,对逆反应的反应速率影响更大 题型1 合成氨反应的原理 3 解析 合成氨反应的正反应是放热反应，升高温度，正、逆反应速率都增大，但平衡向逆反应方 向移动，说明温度对逆反应的反应速率影响较大，故A错误；合成氨反应是反应前后气体分子数 减小的反应，增大压强，有利于平衡正向移动，提高合成氨的产率，故B正确；根据合成氨反应 速率公式，减小产物浓度，既可以提高原料的转化率，又可以加快 反应速率，故C正确；加入催化剂，对正、逆反应速率影响相同，故D错误。 题型1 合成氨反应的原理 4 2.[山东泰安一中2023高二质量检测] 对于可逆反应，下列研 究目的和示意图相符的是( ) C A.温度对反应的影响 B.压强对反应的影响， C.恒容时加入对平衡 体系的影响 D.恒温时加入催化剂对 平衡体系的影响 题型1 合成氨反应的原理 5 解析 合成氨反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，氮气的转化率降低，与图不符，A错 误；条件下达到平衡所用的时间短，则由“先拐先平数值大”的规律可知，压强：，合 成氨反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，平衡时的体积分数增大，与图 不符，B错误；恒容时，反应达到平衡后，加入的瞬间，正反应速率瞬时增大，逆反应速率不 变，增大反应物浓度，平衡正向移动，与图相符，C正确；催化剂能降低反应的活化能，增大反 应速率，使反应达到平衡所用的时间变短，与图不符，D错误。 题型1 合成氨反应的原理 6 3.[陕西西安中学2024高二综评] 如图所示为工业合成氨的流程图。下列有关说法错误的是( ) C A.步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B.步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以加快反应速率 C.步骤③④⑤均有利于提高原料的平衡转化率 D.产品液氨除可生产化肥外，还可用作制冷剂 题型2 合成氨的适宜条件 7 解析 催化剂中毒指因吸附或沉积毒物而使催化剂活性降低或丧失的过程，合成氨使用铁触媒， 为防止混有的杂质使催化剂中毒，须将原料“净化”处理，A项正确；步骤②中“加压”，可增 大氮气、氢气的浓度，加快合成氨反应速率，使平衡正移，提高原料转化率，B项正确；合成氨 反应放热，步骤③使用较高温度不利于提高原料平衡转化率，同时使用催化剂也不能使平衡移动， 步骤④⑤有利于提高原料的转化率，C项错误；产品液氨可用酸吸收生成铵态氮肥，液氨汽化时 会吸收大量热，可用作制冷剂，D项正确。 题型2 合成氨的适宜条件 8 4.[浙江杭州2024高二期中联考] 下列有关工业合成氨反应： 的说法不正确的是( ) D A.合成氨采取循环操作，目的是提高氮气和氢气的利用率 B.除去原料气中的反应：， 适宜低温高压环境 C.合成塔压强调控在之间，是对生产设备条件和经济成本的综合考虑结果 D.合成塔使用热交换控制体系温度在之间，主要原因是有利于平衡正向移动 题型3 化学反应的调控 9 解析 合成氨反应为可逆反应，氮气和氢气不能完全转化为产物，采取循环操作能提高氮气 和氢气的利用率，A正确；该反应为气体体积减小的放热反应，降低温度或增大压强均能使平衡 向正反应方向移动，故除去原料气中的适宜低温高压环境，B正确；增大压强有利于氨的合成， 但是压强过大会增加设备成本，因此合成塔压强调控在之间，是对生产设备条 件和经济成本的综合考虑结果，C正确；合成塔使用热交换控制体系温度在之间， 主要原因是该温度区间内催化剂铁触媒的活性达到最佳状态，D错误。 题型3 化学反应的调控 10 5. [河北石家庄2023高二月考] 工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯： ，在容积固定的密闭容器中，投入等物质的量和，测 得相同时间内的转化率随温度的变化如图所示。下列说法不正确的是( ) B A.增大压强，甲醇转化率增大 B.点反应速率 C.反应速率： D.生产时反应温度控制在为宜 题型3 化学反应的调控 11 【教材变式】本题是教材P89练习与活动第4题变式题，教材考查了一氧化碳与氢气生产乙醇的 反应条件控制，变式题则以甲酸甲酯的制备及一氧化碳转化率随温度的变化图像综合考查了不同 条件对化学反应的调控。 题型3 化学反应的调控 12 解析 正向是气体体积减小的反应，增大压强，平衡向正反应 方向移动，甲醇的转化率增大，故A正确。由题图可知，随着温度的升高，的转化率先增大后 减小，在相同时间内，约时反应达到平衡，点时反应没有达到平衡，仍向正反应方向进 行，，故B错误。由题图可知，温度高于约时，随着温度的升高，的转化率减小， 说明升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，因此；温度越高反应速率越大， 因此反应速率：，故C正确。由题图可知，在时，的转化率较大，且反应速 率较快，因此生产时反应温度控制在为宜，故D正确。 题型3 化学反应的调控 13 【关键点拨】工业生产一方面要综合考虑化学反应的速率和限度因素，另一方面还要结合设备 条件、安全操作、经济成本等因素，确定生产条件。如本题中反应的平衡常数随温度升高而减小， 但在较低温度下反应速率过低，难以达到平衡状态，因此结合反应速率和设备条件等因素，反应 温度需控制在。 题型3 化学反应的调控 14 4 第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨 刷提升 15 1.[河南郑州十校2024高二期中联考] 氨是重要的化学品之一，我 国目前氨的生产能力位居世界首位。工业合成氨的反应为 ，能量转化关系如图所示。下列有关 说法错误的是( ) B A.低温、高压有利于提高产率 B.选择铁作催化剂可以提高和的转化率 C.将液化分离有利于提高产率 D.合成氨采取循环操作，能提高和的利用率 16 解析 合成氨反应正向是气体体积减小的放热反应，因此低温、高压有利于平衡正向移动提高产 率，A正确；催化剂只能提高反应速率，不能使平衡发生移动，即不能提高和的转化率，B 错误；将液化分离降低生成物的浓度，使平衡正向移动有利于提高产率，C正确；循环 操作可以让未反应的和再次作为原料参与反应，能提高和的利用率，D正确。 17 2.[北京清华附中2024高二统练] 催化加氢制取甲醇的研究，对于环境、能源问题都具有重要 意义。反应如下： 下列说法不正确的是( ) B A.增大氢气浓度能提高二氧化碳的转化率 B.增大压强，有利于向生成甲醇的方向进行，①的平衡常数增大 C.升高温度，生成甲醇的速率加快，②的限度增加 D.选用理想的催化剂可以提高甲醇在最终产物中的比率 18 解析 增大氢气浓度有利于平衡正向移动，导致二氧化碳消耗增大，所以二氧化碳的转化率增大， A正确；增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，①的平衡向正反应方向移动，向生成甲醇 的方向移动，但是化学平衡常数只与温度有关，温度不变化学平衡常数不变，所以增大压强①的 平衡常数不变，B错误；升高温度，①②反应速率都增大，平衡向吸热反应方向移动，②向正反 应方向移动，则②的反应限度增大，C正确；催化剂具有选择性、专一性和高效性，所以选用理 想的催化剂可以提高甲醇在最终产物中的比率，D正确。 19 3.[四川成都外国语学校2024高二月考] 在硫酸工业生产中，通过下列反应使氧化成 。在不同温度和压强下，反应达到平 衡时的转化率如表所示： 温度/ 平衡时的转化率/% 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 在实际生产中，有关该反应适宜条件选择的说法正确的是( ) B A.的转化率与温度成反比，故采用尽可能低的温度 B.该反应在左右、（常压）下进行较为合适 C.的转化率与压强成正比，故采用尽可能高的压强 D.为了提高的转化率，应使用合适的催化剂 20 解析 由题表数据可知，的转化率与温度成反比，降低温度，平衡向正反应方向移动，但反 应速率减小，达到平衡所需时间变长，生产成本会增大，不利于实际生产，A错误；在、 时的平衡转化率就已经很高了，若继续增大压强，平衡虽正向移动，但效果并 不明显，且会增大生产成本，因此该反应在左右、条件下进行较为合适，B正确；由 题表数据可知，的转化率与压强成正比，但在压强大于后，压强增大，平衡虽正向移 动，但效果并不明显，且会增大生产成本，得不偿失，C错误；催化剂不能改变的平衡转化率， D错误。 21 4.氯化氢直接氧化法制氯气的反应是。刚性容器中，进料 浓度比分别等于、、时，平衡转化率随温度变化的关系如图所示。 下列说法不正确的是( ) C A. B.增大反应体系的压强和及时分离出氯气都可以提高氯化氢的转化率 C.当进料比过低时，的转化率较低，且不利于分离 和 D.若的初始浓度为，进料比为时， 22 解析 由题图可知，升高温度，平衡转化率降低，平衡逆向移动，， 故A正确；增大反应体系的压强和及时分离出氯气都会使平衡正向移动，都可以提高氯化氢的转 化率，故B正确；进料比越小，的转化率越大，故C错误；相同温度下， 进料比越大，平衡转化率越小，根据题图，条件下，若的初始浓度为 ，进料比为，平衡转化率为，可列三段式： ，故D正确。 23 5.工业上，常采用氧化还原法处理尾气中的、。已知沥青混凝土可作为反应 的催化剂。如图表示在相同的恒容密闭容器中，相同起始浓度、相同 反应时间段内，使用相同质量的不同沥青混凝土 型、 型催化时，的转化率与温度的关系。 24 （1）在、、、四点中，一定未达到平衡状态的是___。 解析 由题图可知，相同反应时间段内，随着温度的升高，的转化率先增大后减小，温度越高， 反应速率越快，则温度较低时未达到平衡状态，达到平衡状态后随着温度的升高，平衡发生移动。 当反应达到平衡后，升高温度，的转化率降低，所以是放热反应， 、、点反应达到平衡状态，点反应未达到平衡状态。 25 （2）已知点时容器中浓度为，则时，在 型沥青混凝土中转化反应的 平衡常数______（用含的代数式表示）。 解析 点时，的转化率为，设的起始浓度为，可列出三段式： 则。 26 （3）转化反应的平衡常数：___（填“ ”“ ”或“”）。 解析 由上述分析可知，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，减小，点温度高于 点温度，则。 （4）在均未达到平衡状态时，相同反应时间段内，同温下___（填“ ”或“ ”）型沥青混 凝土中转化速率大。 解析 由题图可知，同温下反应未达到平衡状态时，相同反应时间段内， 型沥青混凝土中转 化率高，则其转化速率大。 （5）点转化率出现突变的原因可能是__________________________。 温度较高，催化剂失去活性 解析 催化剂有一定的活性温度，点时转化率突变，原因可能是温度较高，催化剂失去活性。 27 6.[湖南三湘协作体2023高二期中联考] 甲醇是重要的化工原料，可以使用多种方法制备甲醇。科 学家利用或和都能合成甲醇，同时有利于减少二氧化碳的排放。已知在一定温度和压强 下，发生如下反应： （1）则反应_______________。 解析 已知：； 。根据盖斯定律，得反应 。 28 （2）利用反应合成甲醇。时向固定容积的密闭容器 中充入、，反应到时刻测得各组分的浓度如下： 物质 浓度/ 0.60 0.40 1.20 1.20 如果该反应的平衡常数，比较时刻正、逆反应速率的大小：______（填“大于” “小于”或“等于”）。 大于 解析 如果时题述反应的平衡常数，由题表知，时刻下浓度商 ，所以反应正向进行，时刻正、逆反应速率的大小：。 29 （3）向的恒容密闭容器中按物质的量之比充入一定量和，在催化剂的作用下合成甲 醇，测得平衡时混合物中的体积分数在不同压强下随温度的变化如图甲所示（已知时最 初充入）。 30 ①下列说法正确的是_____（填序号）。 CD A. B.反应速率： C.、、的平衡常数大小： D.在压强为时，反应经过达到点的平衡状态，则 31 解析 对于反应，增大压强，平衡正向移动，的体积分数增 大，由题图甲可知，的体积分数B点比C点大，C点比D点大，所以该反应的， A错误；从题图甲中可以看出，A点温度比B点低，则反应速率：，D点压强比B点 低，且D点体积分数比B点低，则反应速率：，B错误；从题图甲中可以看 出，升高温度，平衡时的体积分数减小，则，A点温度比B、C点低，B、C点温度 相同，所以A、B、C的平衡常数大小：，C正确；容器容积为，B点 的体积分数为，时最初充入，，设转化了，列出三段式： ，解得，，D正确。 32 ②点时反应的平衡常数_____。 112 解析 因为温度不变平衡常数不变，、两点温度相等，所以点的平衡常数等于的平衡常数， 结合①中D项分析，。 33 （4）时向恒容密闭容器中充入和，发生反应： ，在使用不同催化剂时， 相同时间内测得的转化率随温度的变化如图乙所示： ①点转化率比点低的原因是________________________________ ______________________________________________________________ __________________________。 温度等于或高于，反应已达到平衡，该反应的正反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，的转化率降低 解析 因为点、点都是平衡点，该反应的正反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，所以 的转化率降低。 34 ②下列措施有利于提高转化为的平衡转化率的有____（填序号）。 BC A.恒容条件下充入稀有气体 B.在达到平衡后的体系中移出部分甲醇 C.保持反应容器的容积不变，平衡时再按照原投料比投入一定量的原料 D.选择催化效率更高的催化剂 解析 恒容条件下充入稀有气体，平衡不会移动，所以转化为的平衡转化率不变， A不符合题意；在平衡后的体系中移出部分甲醇，平衡正向移动，的转化率升高，B符合题意； 保持反应容器容积不变，平衡时再按照原投料比投入一定量的原料，则相当于增大压强，平衡正 向移动，转化为的平衡转化率增大，C符合题意；催化剂不能改变的平衡转化率， D不符合题意。 35 ③维持温度足够长时间，则的转化率______点的转化率（填“大于”“小于”或 “等于”）。 大于 解析 该反应是放热反应，温度越低，平衡转化率越高，所以维持温度足够长时间后，反应 会达到平衡，则的转化率将会大于点的转化率。 36 $$