2.4 化学反应的调控-【一隅三反】2024-2025学年高二化学（人教版2019选择性必修1）

2.4 化学反应的调控 考点一 合成氨的适宜条件的选择 【例1-1】（23-24 上海·期中）关工业合成氨的说法错误的是 A．及时从反应体系中分离出氨气有利于平衡向正反应方向移动 B．使用铁触媒能降低反应的活化能，使反应物能较快地发生反应 C．工业合成氨温度为，此时原料的平衡转化率最大 D．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒 【例1-2】（23-2 浙江 ）工业上用和合成：，下列有关说法不正确的是 A．使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率 B．在上述条件下，不可能100%地转化为 C．通过调控反应条件，可以提高该反应进行的程度 D．达到平衡时，的浓度和的浓度之比一定为1：3 【变式】 1．（23-24 河南濮阳·阶段练习）下图所示为工业合成氨的流程图。下列有关生产条件的调控作用分析错误的是 A．步骤①中“净化”可以防止杂质对催化剂产生影响 B．步骤②中“加压”可以加快反应速率，因此压强越大越好 C．步骤③一般选择控制反应温度为400～500℃左右 D．步骤④⑤有利于提高原料的利用率，能节约生产成本 2．（23-24高二上·海南·阶段练习）下图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率而采取的措施是 A．①②③ B．①③⑤ C．②④⑤ D．②③④ 3．（23-24高二上·四川宜宾·期末）下列有关合成氨工业的说法正确的是 A．由于氨易液化，、在实际生产中可循环使用，所以总体来说合成氨的产率很高 B．铁触媒作催化剂可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动 C．合成氨工业的反应温度控制在400~500℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动 D．从合成塔出来的混合气体中只占15%，故合成氨厂的产率都很低 4．（23-24高二上·云南曲靖·阶段练习）氨对发展农业有着重要意义，也是重要的化工原料。合成氨的生产流程示意如下。 下列说法不正确的是 A．为防止原料气中混有的杂质使催化剂“中毒”而丧失催化活性，原料气必须经过净化 B．压缩机加压过程，既要考虑平衡移动的问题，又要考虑加压对设备材料的强度设备的制造要求的问题 C．合成氨反应的温度控制在500℃左右，此温度下反应物的平衡转化率最大 D．冷却过程，及时将NH3从平衡混合物中分离除去，促使合成氨反应向生成氨气的方向移动 考点二 化学反应调控 【例2-1】（23-24高二上·北京·阶段练习）历史上诺贝尔化学奖曾经3次颁给研究合成氨的化学家。合成氨的原理为 。回答下列问题。 (1)t℃时，向填充有催化剂、体积为2L 的刚性容器中充入一定量的 和N2合成氨，实验中测得 c(NH3)随时间的变化如表所示： 时间/min 5 10 15 20 25 30 c(NH3)/mol·L⁻¹ 0.08 0.14 0.18 0.20 0.20 0.20 5~15min内 N2的平均反应速率 = 下列情况能说明反应达到平衡状态的是    (填标号)。 A．             B． 混合气体的相对分子质量不再变化 C． N2体积分数不再变化         D． 混合气体的密度保持不变 (2)如表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时) 的百分含量 。 压强/MPa 温度/℃ 0.1 10 20 30 60 100 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.2 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.4 25.1 38.2 47.0 65.5 79.8 500 0.1 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.5 9.1 13.8 23.1 31.4 ①从表中数据得出，最优的条件是 。 ②工业上通常选择在400~500℃和10~30MPa条件下合成氨， 原因是 。 【变式】 1．（23-24高二上·河北保定·阶段练习）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。回答下列问题： (1)合成氨工业中采用循环操作，主要是为了 (填选项字母)。 A．增大化学反应速率 B．提高氮气和氢气的利用率 C．降低氨的沸点 D．提高平衡混合物中氨的含量 (2)在密闭容器中通入amolN2和6molH2，若在一定条件下反应达到平衡状态，容器中剩余cmolN2。 ①达到平衡时，H2转化率为 。 ②若把容器的体积扩大一倍，则正反应速率 (填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，逆反应速率 ，H2的转化率 。 (3)研究发现铁催化剂表面上合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在铁催化剂表面上的微粒用*标注。 该反应历程中最大活化能对应步骤的化学方程式为 。合成氨反应：N2(g)+H2(g)NH3(g)的△H= kJ/mol(用图中字母表示)。 2．（23-24高二上·江西景德镇·期中）合成氨工艺是人工固氮最重要的途径。下图是合成氨的简要流程和反应方程式：    (1)图中X的主要成分是 ，这样操作的目的是 。 (2)有利于提高合成氨平衡产率的条件为 A．低温　　　B．高温　　　C．低压　　　D．高压　　　E．催化剂 (3)T℃时，若在容积为的密闭恒容容器中充入和，后达到平衡，测得的浓度为。 ①计算此段时间的反应速率 ，的转化率为 。 ②已知300℃时，则(3)中的反应温度T 300(填“>”“<”或“=”)。 ③若向平衡后的体系中同时加入、、，该反应是否处于平衡状态 (填“是”或“否”)，此时 。(填“>”或“<”或“=”) 3．（23-24高二上·河北·期末）近年来我国大力加强温室气体催化氢化合成甲醇技术的工业化量产研究，实现可持续发展。回答下列问题。 (1)已知： 写出催化氢化合成甲醇的热化学方程式： ；形成甲醇中的键需要 （填“吸收”或“释放”）能量。 (2)为提高的产率，理论上应采用的条件是 （填字母）。 a.高温、高压    b.低温、低压    c.高温、低压    d.低温、高压 (3)在时，在某恒容密闭容器中进行由催化氢化合成的反应。如图为不同投料比时某反应物的平衡转化率的变化曲线，则反应物是 （填“”或“”）。 (4)在时，在的恒容密闭容器中加入、及催化剂，时反应达到平衡，测得。 ①前内的平均反应速率 。 ②化学平衡常数 。 ③下列描述中能说明上述反应已达平衡的是 （填字母）。 a. b.单位时间内生成的同时生成 c. d.容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化 ④催化剂和反应条件与反应物的转化率和产物的选择性高度相关。控制相同投料比和相同反应时间，得到如下表四组实验数据。 实验编号 温度 催化剂 的转化率 甲醇的选择性 543 纳米棒 12.3 42.3 543 纳米片 11.9 72.7 553 纳米棒 15.3 39.1 553 纳米片 12.0 70.6 根据上表所给数据，用生产甲醇的最优条件为 （填实验编号）。 4 ．（23-24高二上·上海静安·期中）合成氨工业在20世纪初期形成，随着科学技术的发展，对氦的需要量日益增长。现代化学工业中，我是化肥工业和基本有机化工的主要原料。 (1)工业合成氨的简易流程如下： ①通过循环Ⅰ可以利用的物质是 A．催化剂     B．只有     C．只有     D．和 ②合成氨采用左右的温度，其原因是 ①提高的平衡转化率；②适当提高氨的合成速率；③催化剂在左右时活性最大 A．只有①     B．②③     C．①②③     D．①② ③结合速率、平衡、成本等因素，阐述合成氨采用的原因： 。 ④原料气体在进入合成塔前，必须要有净化流程，该流程的目的是 。 (2)在恒容的密闭容器中模拟工业合成氨，下列说法能确定该反应已经达到平衡的是_____ A．容器内气体的压强不变 B．容器内气体的密度不变 C．反应的平衡常数保持不变 D．单位时间内，断裂键，同时生成键 (3)一定温度和压强下，将一定量的氢气和氮气的混合气体充入等压密闭容器进行反应，达到平衡时，保持与反应前温度一致，测得混合气体的密度是反应前的1.25倍，则平衡时，氨气的体积分数为_____ A．25% B．27.5% C．30% D．37.5% (4)合成氨工业涉及固体燃料的气化，需要研究与之间的转化。为了弄清其规律，让一定量的与足量碳在体积可变的密闭容器中反应：，测得压强、温度对、的平衡组成的影响如图所示，则的大小关系是 ，欲提高C与反应中的平衡转化率，可以采取的措施为 (任写一条)。图中a、b、c三点对应的平衡常数大小关系是 。 一、单选题（本题共16题，共44分，第1-10题，每题2分；第11-16题，每题4分。每题只有一个选项为正确答案） 1．（23-24高二下·广东东莞·期末）化学反应广泛联系生活、生产及研究领域。下列叙述与化学反应调控无关的是 A．油锅起火，盖上锅盖灭火 B．生产糖果，加入食用色素 C．鲜牛奶冷藏，冷链运输 D．工业合成氨，研发新型催化剂 2．（23-24高二下·江苏常州·期末）氮及其化合物的转化具有重要应用。下列说法正确的是 A．固氮菌能把空气中的转化为或铵态氮肥作为自身的养料 B．升高温度、增大压强，并使用合适催化剂，可使合成氨反应完全进行 C．“雷雨发庄稼”涉及的物质转化：硝酸盐 D．用稀处理做过银镜反应的试管： 3．（23-24高二上·江苏连云港·阶段练习）氨是一种重要的化工原料，主要用于化肥工业，也广泛用于硝酸、纯碱、制药等工业；合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)   ΔH=-92.4 kJ/mol。下列有关合成氨反应的说法正确的是 A．高温条件下该反应可以自发 B．反应的ΔH=E(N-N)＋3E(H-H)-6E(N-H) (E表示键能) C．反应中每消耗1 mol H2转移电子的数目约等于2×6.02×1023 D．该反应采用高温高压条件是为了增大H2的平衡转化率 4．（23-24高二上·天津·期末）下列关于工业合成氨的叙述错误的是 A．合成氨没有选择更大的压强是因为压强过大会增加生产投资，降低综合经济效益 B．使用铁触媒能降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快地发生反应 C．工业合成氨温度为是因为升高温度有利于提高反应物的平衡转化率 D．及时从反应体系中分离出氨气有利于平衡向正反应方向移动 5．（23-24高二上·天津宁河·期末）已知合成氨反应，既要使合成氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的方法是 ①减压；②加压；③升温；④降温；⑤及时从平衡混合气中分离出；⑥补充或⑦加催化剂； A．③④⑤⑦ B．②④⑥ C．仅②⑥ D．②③⑥⑦ 6．（23-24高二上·福建厦门·期中）下图为工业合成氨流程图，该反应速率方程为，原料气(及少量的混合气体)在进入合成塔前可经过铜氨液净化处理，其反应为：，有关说法错误的是 A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B．步骤②中“加压”既可以提高合成氨原料的转化率，又可以加快反应速率 C．为保证足够高的反应速率，反应达到一定转化率时需及时将氨从体系中分离 D．“净化”时适当升高温度，可增大反应速率和的平衡转化率 7．（23-24高二上·四川眉山·期末）如下图所示为工业合成氨的流程图。下列说法不正确的是 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④、⑤均有利于提高原料的利用率 D．将氨从混合气中分离出去可以提高氨在平衡体系中的百分含量 8．（23-24高二上·四川成都·阶段练习）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。下的合成氨反应： 下列关于工业合成氨条件选择的说法，正确的是 A．下该反应的，必须降低温度以保证合成氨顺利进行 B．增压有利于合成氨平衡正向移动，因此实际工业中反应压强越大越好 C．通过液化分离的方式不断移除产品，有利于增大反应平衡常数，促进反应正向进行 D．原料气进入合成塔之前，须经过干燥净化，以防止催化剂中毒 9．（2024江苏苏州·期中）下列有关合成氨工业的说法正确的是 A．、的投料比采用1∶2.8(物质的量比)而不是1∶3，是为了提高的转化率 B．反应温度控制在700K左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动 C．压强采用10~30MPa，是因为该条件下催化剂的活性最好 D．不断将氨液化并移去液氨，目的之一是使平衡正向移动 10（2023·上海徐汇·模拟预测）有关工业合成氨的说法错误的是 A．不断移去液氨，有利于反应正向进行 B．400~500℃时，原料的平衡转化率最大 C．增大压强，氨的分解速率增加 D．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒 11（2024浙江舟山·期末）下列关于工业合成氨反应的调控说法正确的是 A．合成氨时，常采用迅速冷却的方法将氨液化，提高平衡转化率 B．合成氨时为提高平衡转化率，温度越高越好 C．增大浓度，可以提高活化分子百分数，从而加快反应速率 D．合成氨选择100～300MPa的压强，目的是为了加快反应速率，并提高转化率 12．（22-23高二上·甘肃天水·期中）下列有关合成氨工业的说法正确的是 A．合成氨工业的反应温度控制在400～500℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动 B．合成氨厂一般采用的压强为10MPa～30MPa，因为该压强下铁触媒的活性最高 C．增大压强，正反应速率和逆反应速率均增大，但对正反应的反应速率影响更大 D．的量越多，的转化率越大，因此，充入的越多越有利于的合成 13．（2024吉林·阶段练习）合成氨工业中控制的反应条件应为 A．温度越高越好 B．压强越大越好 C．混合气体中氢气的含量越高越好 D．所选的催化剂活性越大越好 15（22-23高二上·山西太原·阶段练习）德国化学家哈伯发明了以低成本制造氨的方法，大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列是哈伯法的流程图，其中为提高原料平衡转化率而采取的措施是 A．①②③④ B．②③④ C．②④⑤ D．②⑤ 16（23-2 浙江 ）工业上用和合成：，下列有关说法不正确的是 A．使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率 B．在上述条件下，不可能100%地转化为 C．通过调控反应条件，可以提高该反应进行的程度 D．达到平衡时，的浓度和的浓度之比一定为1：3 二、非选择题（本大题共4小题，共56分） 17．（2023高三·全国·专题练习）氨是人类科学技术发展史上的一项重大突破，目前工业上用氢气和氨气直接合成氨。 (1)固氮一直是科学家致力研究的重要课题，有关热力学数据如下： 反应 大气固氮 N2(g)＋O2(g) 2NO(g) 工业固氮 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) 温度/℃ 25 2 000 25 350 400 450 平衡常数K 3.84×10-31 0.1 5×108 1.847 0.504 0.152 常温下，大气固氮的倾向 工业固氮(填“大于”或“小于”)。 (2)N2(g)与H2(g) 反应的能量变化如图所示，则N2(g)与H2(g)反应制备NH3(l)的热化学方程式为： 。 (3)T ℃时，在2 L恒容密闭容器中加入1.2 mol N2和2 mol H2模拟一定条件下工业固氮[N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)]，体系中n(NH3)随时间的变化如图所示： ①前2分钟内的平均反应速率v(NH3)= mol·L-1·min-1； ②有关工业固氮的说法正确的是 (选填序号)。 A．使用催化剂可提高反应物的转化率 B．循环使用N2、H2可提高NH3的产率 C．温度控制在500 ℃左右有利于反应向正方向进行 D．增大压强有利于加快反应速率，所以压强越大越好 ③T ℃时，该反应的平衡常数为 ； (4)研究表明某些过渡金属催化剂可以加速氨气的分解，某温度下，用等质量的不同金属分别催化等浓度的氨气，测得氨气分解的初始速率(单位：mmol/min)与催化剂的对应关系如表所示。 催化剂 Fe Pd Ru Rh Pt Ni 初始速率 0.5 1.8 7.9 4.0 2.2 3.0 在不同催化剂的催化作用下，氨气分解反应中的活化能最大的催化剂是 (填化学式)。 18（23-24高三下·河南·阶段练习）氨是重要的化工原料，我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题： (1)工业上通常采用铁触媒作催化剂，在400℃～500℃、10～30MPa，原料气中和物质的量之比为1.08：3的条件下合成氨，分析说明原料气中过量的理由是 。 (2)若在1L的密闭容器中，一定量的氮气和氢气进行如下反应：，其化学平衡常数K与温度T的关系如下表所示。 T/℃ 200 300 400 K 0.5 ①试比较、的大小， (填“>”“<”或“=”)。 ②400℃时，反应中，当测得、和物质的量分别为3mol、2mol和1mol时，则该反应 (填“达到平衡状态”“正向进行”或“逆向进行”)。 (3)若在不同压强下，以投料比的方式进料，反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如图所示：(物质i的摩尔分数：) ①图中压强由小到大的顺序为 <20MPa< ，判断依据是 。 ②当时，某温度下。则该温度下，反应的平衡常数 (化为最简式，为以平衡分压代替平衡浓度表示的平衡常数，分压=总压×摩尔分数)。 (4)二十世纪初，工业上以和为原料在一定温度和压强下合成尿素。反应分两步：a．和生成；b．分解生成尿素，结合反应过程中能量变化示意图(如图)，回答问题： ①根据活化能判断，合成尿素的决速反应为反应 (填“a”或“b”)。 ②　 kJ/mol(用含“、、、”的代数式表示)。 19．（2024福建厦门·期中）合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。 (1)在不同温度、压强和相同催化剂条件下，初始、分别为0.1mol、0.3mol时，平衡后混合物中氨的体积分数()如图所示。 ①其中， (填“>”或“<”)，其原因是 。 ②A、B两点的反应速率： (填“>”、“<”或“=”)。 ③若在250℃、条件下，反应达到平衡时容器的体积为0.06L，则该条件下合成氨的平衡常数 (保留一位小数)。 (2)工业合成氨生产流程示意图如下： ①X为 。 ②上述流程中，有利于提高原料利用率的措施是 (填标号)。 A．“净化干燥”    B．“压缩机加压”    C．“铁触媒400~500℃”    D．原料气循环利用 ③“干燥净化”中采用铜氨溶液除去CO：如何处理吸收CO后的铜氨溶液，请提出你的建议 。 20．（23-24高二上·四川攀枝花·期末）合成氨是人工固氮最重要的途径，反应为：  。回答下列问题： (1)下列关于合成氨工艺的说法中，正确的是______。 A．控制温度远高于室温，是为了提高平衡转化率 B．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生 C．不断将液氨移去，利于反应正向进行同时提高逆反应速率 D．实际生产中，适度过量有利于提高的转化率同时有利于提高整体反应速率 (2)为降低合成氨的能耗，我国科学家提出使用复合催化剂，催化效果如图1所示，若一定压强下，以相同的投料，用作催化剂、用作催化剂和用作催化剂，氨气的产率随时间变化如图2，用作催化剂的曲线是 ，理由是 。 (3)压强为下，以，、（代表物质的量分数）进料，反应达平衡时氮气的转化率与温度的结果如下图3中曲线所示： ①若保持压强不变，以、、进料，则平衡时氮气的转化率与温度的结果是曲线 （选填“”或“”），判断的依据是 。 ②已知：反应，，其中、、分别表示、、的分压。 若保持压强不变，仍以，进料，达平衡时，则该温度下，反应平衡常数 （化为最简式）。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2.4 化学反应的调控 考点一 合成氨的适宜条件的选择 【例1-1】（23-24 上海·期中）关工业合成氨的说法错误的是 A．及时从反应体系中分离出氨气有利于平衡向正反应方向移动 B．使用铁触媒能降低反应的活化能，使反应物能较快地发生反应 C．工业合成氨温度为，此时原料的平衡转化率最大 D．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒 【答案】C 【解析】A．及时从反应体系中分离出氨气，降低生成物浓度，有利于平衡向正反应方向移动，A正确； B．使用铁触媒能降低反应的活化能，增大单位体积内活化分子数，使反应物能较快地发生反应，B正确； C．合成氨反应是放热反应，工业合成氨温度为时原料的平衡转化率不是最大，C错误； D．原料气需要经过净化处理，目的是防止催化剂中毒，D正确； 答案选C。 【例1-2】（23-2 浙江 ）工业上用和合成：，下列有关说法不正确的是 A．使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率 B．在上述条件下，不可能100%地转化为 C．通过调控反应条件，可以提高该反应进行的程度 D．达到平衡时，的浓度和的浓度之比一定为1：3 【答案】D 【解析】A．使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率，有利于缩短反应时间，A正确； B．因为是可逆反应，氢气不可能全部转化，B正确； C．通过调控反应外界条件，如增大压强，让反应正向移动，可以提高该反应进行的程度，C正确； D．未告诉反应前加入的反应物的量，不能判断，D错误；答案选D 【变式】 1．（23-24 河南濮阳·阶段练习）下图所示为工业合成氨的流程图。下列有关生产条件的调控作用分析错误的是 A．步骤①中“净化”可以防止杂质对催化剂产生影响 B．步骤②中“加压”可以加快反应速率，因此压强越大越好 C．步骤③一般选择控制反应温度为400～500℃左右 D．步骤④⑤有利于提高原料的利用率，能节约生产成本 【答案】B 【解析】A．步骤①中“净化”可除去杂质，防止催化剂中毒，故A正确； B．加压有利于平衡正向移动，提高原料转化率和氨的产率，也可以提高反应速率，但压强越大对动力和生产设备的要求也越高，因此压强不是越大越好，故B错误； C．400~500℃时催化剂的活性最大，催化效果最佳，因此步骤③一般选择控制反应温度为400~500℃，故C正确； D．液化分离出NH3以及N2、H2的循环再利用均可以使平衡正向移动，所以步骤④、⑤有利于提高原料的利用率，能节约生产成本，故D正确； 故选B。 2．（23-24高二上·海南·阶段练习）下图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率而采取的措施是 A．①②③ B．①③⑤ C．②④⑤ D．②③④ 【答案】C 【解析】工业合成氨的化学方程式为N2+3H22NH3，反应是可逆反应，反应前后气体体积减小，反应是放热反应；依据合成氨的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施为：增大压强，平衡向体积减小的方向进行，提高反应物的转化率；液化分离出氨气，促进平衡正向进行，提高反应物的转化率；氮气和氢气的循环使用，也可提高原料的转化率，故答案为：C。 3．（23-24高二上·四川宜宾·期末）下列有关合成氨工业的说法正确的是 A．由于氨易液化，、在实际生产中可循环使用，所以总体来说合成氨的产率很高 B．铁触媒作催化剂可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动 C．合成氨工业的反应温度控制在400~500℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动 D．从合成塔出来的混合气体中只占15%，故合成氨厂的产率都很低 【答案】A 【解析】A．由于氨易液化，N2和H2在实际生产中循环使用，所以总体来说，氨的产率很高，故A正确； B．催化剂只能改变反应速率，不能使平衡移动，故B错误； C．控制反应温度为400~500℃，一是为了使反应速率不至于很低，二是为了使催化剂活性最大，故C错误； D．虽然从合成塔出来的混合气体中NH3只占15%，但由于原料气N2和H2循环使用和不断分离出液氨，所以生产NH3的效率还是很高的，故D错误； 故选A。 4．（23-24高二上·云南曲靖·阶段练习）氨对发展农业有着重要意义，也是重要的化工原料。合成氨的生产流程示意如下。 下列说法不正确的是 A．为防止原料气中混有的杂质使催化剂“中毒”而丧失催化活性，原料气必须经过净化 B．压缩机加压过程，既要考虑平衡移动的问题，又要考虑加压对设备材料的强度设备的制造要求的问题 C．合成氨反应的温度控制在500℃左右，此温度下反应物的平衡转化率最大 D．冷却过程，及时将NH3从平衡混合物中分离除去，促使合成氨反应向生成氨气的方向移动 【答案】C 【解析】A．催化剂“中毒”会丧失催化活性，所以原料气必须经过净化处理，故A正确； B．加压,合成氨平衡向右移动，但加压又要考虑对设备材料的强度、设备的制造要求的问题，故B正确； C．合成氨反应为放热反应，温度越低，平衡转化率越高，所以温度控制在500℃左右，不是因为此温度下反应物的平衡转化率最大，故C错误； D．冷却过程，及时将NH3分离除去，减小生成物浓度，可促使平衡向生成氨气的方向移动，故D正确； 故答案为：C。 考点二 化学反应调控 【例2-1】（23-24高二上·北京·阶段练习）历史上诺贝尔化学奖曾经3次颁给研究合成氨的化学家。合成氨的原理为 。回答下列问题。 (1)t℃时，向填充有催化剂、体积为2L 的刚性容器中充入一定量的 和N2合成氨，实验中测得 c(NH3)随时间的变化如表所示： 时间/min 5 10 15 20 25 30 c(NH3)/mol·L⁻¹ 0.08 0.14 0.18 0.20 0.20 0.20 5~15min内 N2的平均反应速率 = 下列情况能说明反应达到平衡状态的是    (填标号)。 A．             B． 混合气体的相对分子质量不再变化 C． N2体积分数不再变化         D． 混合气体的密度保持不变 (2)如表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时) 的百分含量 。 压强/MPa 温度/℃ 0.1 10 20 30 60 100 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.2 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.4 25.1 38.2 47.0 65.5 79.8 500 0.1 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.5 9.1 13.8 23.1 31.4 ①从表中数据得出，最优的条件是 。 ②工业上通常选择在400~500℃和10~30MPa条件下合成氨， 原因是 。 【答案】(1) 0.005 BC (2) 200℃、100MPa 温度太低，反应速率太慢，不利于工业生产，温度太高，反应反应逆向进行；压强太小，反应太慢，压强过大，对设备要求高、损伤大，因此工业上通常选择在400～500℃和10～30MPa条件下合成氨。 【解析】（1）①5～15min内NH3的变化量为(0.18﹣0.08)mol·L-1＝0.10mol·L-1，则v(NH3)＝=0.01mol·L-1·min-1，速率之比等于对应物质的化学计量数之比，则v(N2)＝v(NH3)=0.005mol•L-1•min-1； ②A．速率之比等于对应物质的化学计量数之比，且没有标明正逆反应速率，则不能说明反应已达到平衡， A错误； B．由反应方程式可知，都为气体，气体的总物质的量随反应进行会发生变化，气体的总质量不变，则气体的相对分子质量会发生变化，则气体的相对分子质量不再变化时，说明反应已达到平衡，B正确； C．N2体积分数不再变化，N2的浓度不再改变，说明反应已达到平衡，C正确； D．气体的总质量和容器容积为定值，则气体的密度为定值，故气体的密度保持不变，不能说明反应已达到平衡，D错误； （2）①由表格中数据可知，温度越高NH3的百分含量越小，压强越大NH3的百分含量越大，即温度越低，平衡时NH3的百分含量越大，最优的条件是200℃，100MPa； ②温度太低，反应速率太慢，不利于工业生产，温度太高，反应反应逆向进行；压强太小，反应太慢，压强过大，对设备要求高、损伤大，因此工业上通常选择在400～500℃和10～30MPa条件下合成氨。 【变式】 1．（23-24高二上·河北保定·阶段练习）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。回答下列问题： (1)合成氨工业中采用循环操作，主要是为了 (填选项字母)。 A．增大化学反应速率 B．提高氮气和氢气的利用率 C．降低氨的沸点 D．提高平衡混合物中氨的含量 (2)在密闭容器中通入amolN2和6molH2，若在一定条件下反应达到平衡状态，容器中剩余cmolN2。 ①达到平衡时，H2转化率为 。 ②若把容器的体积扩大一倍，则正反应速率 (填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，逆反应速率 ，H2的转化率 。 (3)研究发现铁催化剂表面上合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在铁催化剂表面上的微粒用*标注。 该反应历程中最大活化能对应步骤的化学方程式为 。合成氨反应：N2(g)+H2(g)NH3(g)的△H= kJ/mol(用图中字母表示)。 【答案】(1)B (2) ×100% 减小 减小 减小 (3) NH+H*=NH (b-a) 【解析】（1）将未完全反应的氮气和氢气再循环可以提高氮气和氢气的利用率，对反应速率和平衡时氨的含量无影响，故答案选B。 （2）①据所给信息可知消耗N2的物质的量为(a-c)mol，则消耗H2的物质的量为3(a-c)mol，H2的转化率为。 ②容器体积扩大一倍，各物质浓度减小，压强减小，正逆反应速率均减小，平衡向逆反应方向移动，H2的转化率减小。 （3）由反应历程和相对能量图可知，活化能最大的是过渡态4的反应，因此化学方程式为NH+H*=NH；从相对能量上看，合成氨反应是放热反应，反应焓变=生成物总能量-反应物总能量=(b-a) -0=(b-a) kJ/mol。 2．（23-24高二上·江西景德镇·期中）合成氨工艺是人工固氮最重要的途径。下图是合成氨的简要流程和反应方程式：    (1)图中X的主要成分是 ，这样操作的目的是 。 (2)有利于提高合成氨平衡产率的条件为 A．低温　　　B．高温　　　C．低压　　　D．高压　　　E．催化剂 (3)T℃时，若在容积为的密闭恒容容器中充入和，后达到平衡，测得的浓度为。 ①计算此段时间的反应速率 ，的转化率为 。 ②已知300℃时，则(3)中的反应温度T 300(填“>”“<”或“=”)。 ③若向平衡后的体系中同时加入、、，该反应是否处于平衡状态 (填“是”或“否”)，此时 。(填“>”或“<”或“=”) 【答案】(1) N2、H2 循环利用N2、H2，提高原料的利用率 (2)AD (3) 75％ < 否 > 【解析】（1）反应可逆，氮气、氢气不能完全转化为氨气，冷凝器中氨气液化，分离出液氨后剩余氮气和氢气，X的主要成分是N2、H2，N2、H2循环利用，有利于提高原料的利用率。 （2）正反应放热，降低温度，平衡正向移动；正反应气体系数和减小，增大压强，平衡正向移动，催化剂对平衡无影响，有利于提高合成氨平衡产率的条件为低温、高压，选AD； （3）T℃时，若在容积为的密闭恒容容器中充入和，后达到平衡，测得的浓度为，则此段时间内消耗0.4mol氮气，根据反应方程式可知，反应消耗1.2molH2，生成0.8mol氨气； ①反应速率 ，的转化率为。 ②已知300℃时， (3)中k=，正反应放热，温度越高平衡常数越小，反应温度T<300。 ③若向平衡后的体系中同时加入、、，Q=<K=100，该反应没有达到平衡状态，反应正向进行，此时>。 3．（23-24高二上·河北·期末）近年来我国大力加强温室气体催化氢化合成甲醇技术的工业化量产研究，实现可持续发展。回答下列问题。 (1)已知： 写出催化氢化合成甲醇的热化学方程式： ；形成甲醇中的键需要 （填“吸收”或“释放”）能量。 (2)为提高的产率，理论上应采用的条件是 （填字母）。 a.高温、高压    b.低温、低压    c.高温、低压    d.低温、高压 (3)在时，在某恒容密闭容器中进行由催化氢化合成的反应。如图为不同投料比时某反应物的平衡转化率的变化曲线，则反应物是 （填“”或“”）。 (4)在时，在的恒容密闭容器中加入、及催化剂，时反应达到平衡，测得。 ①前内的平均反应速率 。 ②化学平衡常数 。 ③下列描述中能说明上述反应已达平衡的是 （填字母）。 a. b.单位时间内生成的同时生成 c. d.容器中气体的平均相对分子质量不随时间而变化 ④催化剂和反应条件与反应物的转化率和产物的选择性高度相关。控制相同投料比和相同反应时间，得到如下表四组实验数据。 实验编号 温度 催化剂 的转化率 甲醇的选择性 543 纳米棒 12.3 42.3 543 纳米片 11.9 72.7 553 纳米棒 15.3 39.1 553 纳米片 12.0 70.6 根据上表所给数据，用生产甲醇的最优条件为 （填实验编号）。 【答案】(1) 释放 (2)d (3) (4) 0.225 【解析】（1）①， ②， 利用盖斯定律，①＋②得，。形成化学键需要释放能量。 （2），正反应是气体分子数减小的放热反应，要提高平衡转化率，需使平衡正向移动。降低温度使平衡向放热的正反应方向移动，增大压强使平衡向气体分子数减小的正反应方向移动，故选d； （3）对于同一反应，增加其中一种反应物的量，能提高另一种反应物的转化率。图示中横坐标增大，相当于不变时，增大，平衡正向移动，使二氧化碳的平衡转化率增大，而氢气的平衡转化率降低，所以为。 （4）①      前的平均反应速率。 ②化学平衡常数。 ③在中，时正逆反应速率比不等于系数比，则此时反应不是平衡状态，故不选a； 单位时间内生成的同时生成，正逆反应速率比等于系数比，反应达到平衡状态，故选b； 不存在的情况，故不选c； 正反应气体物质的量减少，气体总质量不变，容器中气体的平均相对分子质量是变量，平均相对分子质量不随时间变化而变化时，说明反应达到平衡状态，故选d； 选bd。 （4）分别对比与、与，在相同温度下，纳米片催化剂对应甲醇选择性更高，所以选择B与D进行比较，B的反应收率为，的反应收率为，的收率更高，说明消耗在生产甲醇上的量更多，反应的效率更高，所以用生产甲醇的最优条件为选项B。 4 ．（23-24高二上·上海静安·期中）合成氨工业在20世纪初期形成，随着科学技术的发展，对氦的需要量日益增长。现代化学工业中，我是化肥工业和基本有机化工的主要原料。 (1)工业合成氨的简易流程如下： ①通过循环Ⅰ可以利用的物质是 A．催化剂     B．只有     C．只有     D．和 ②合成氨采用左右的温度，其原因是 ①提高的平衡转化率；②适当提高氨的合成速率；③催化剂在左右时活性最大 A．只有①     B．②③     C．①②③     D．①② ③结合速率、平衡、成本等因素，阐述合成氨采用的原因： 。 ④原料气体在进入合成塔前，必须要有净化流程，该流程的目的是 。 (2)在恒容的密闭容器中模拟工业合成氨，下列说法能确定该反应已经达到平衡的是_____ A．容器内气体的压强不变 B．容器内气体的密度不变 C．反应的平衡常数保持不变 D．单位时间内，断裂键，同时生成键 (3)一定温度和压强下，将一定量的氢气和氮气的混合气体充入等压密闭容器进行反应，达到平衡时，保持与反应前温度一致，测得混合气体的密度是反应前的1.25倍，则平衡时，氨气的体积分数为_____ A．25% B．27.5% C．30% D．37.5% (4)合成氨工业涉及固体燃料的气化，需要研究与之间的转化。为了弄清其规律，让一定量的与足量碳在体积可变的密闭容器中反应：，测得压强、温度对、的平衡组成的影响如图所示，则的大小关系是 ，欲提高C与反应中的平衡转化率，可以采取的措施为 (任写一条)。图中a、b、c三点对应的平衡常数大小关系是 。 【答案】(1) D B 压强越大越有利于氨气的合成，但考虑到压强增大后对设备的要求也提高，故采用 防止催化剂中毒 (2)A (3)A (4) 升高温度、减小压强、及时分离出产物CO(任写一条) 【解析】（1）①N2 和H2在高温、高压和催化剂的作用下反应生成氨气，这是一个可逆反应，可逆反应不会反应完全，两种反应物都会有剩余，与产物氨气分离之后可通过循环Ⅰ循环使用，答案选D； ②合成氨发生：N2+3H22NH3 △H＜0，升高温度可增大反应速率，故②正确；该反应的正反应为放热反应，升高温度不是为了提高氢气的转化率或氨气的产率，故①错误；该温度时，催化剂的活性最大，有利于增大反应速率，故③正确；故选B； ③压强越大越有利于氨气的合成，但考虑到压强增大后对设备的要求也提高，故采用； ④原料气中的一些物质能使催化剂中毒，故要通过净化除去。 （2）A．合成氨反应是气体体积减小的反应，反应过程中压强减小，当容器内气体的压强不变时，说明反应达到平衡，故A选； B．因为反应前后均为气体，所以气体总质量m一定，恒容容器体积v一定，故混合气体的密度恒定不变，所以密度不再发生变化不能作为判断是否达到化学平衡状态的依据，故B不选； C．温度不变时，反应的平衡常数是定值，当反应的平衡常数保持不变时，不能说明反应达到平衡，故C不选； D．单位时间内，断裂键，同时生成键，不能说明正逆反应速率相等，不能说明反应达到平衡，故D不选； 正确答案是A。 （3）设原混合气体为100L，氮气的体积为aL，则氢气的体积为(100-a)L，令参加反应的氮气为xL，则： 混合气体的质量不变，则密度与体积成反比，则有： =1.25，解得x=10，混合气体体积减少量等于氨气的体积，所以氨气的体积分数为×100%=25%，答案选A。 （4）反应是气体分子数增多的反应，随着反应进行，体系压强增大，减小压强有助于化学平衡正向移动，表明低压强对应着高的CO体积分数，则的大小关系是：，，升温则CO的平衡组成增大说明反应吸热，平衡正向移动，欲提高C与反应中的平衡转化率，可以采取的措施为：升高温度、减小压强、及时分离出产物CO(任写一条)；化学平衡常数只随温度的改变而改变，升高温度，正反应趋势增大，化学平衡常数增大，则a、b、c三点对应的平衡常数大小关系是：。 一、单选题（本题共16题，共44分，第1-10题，每题2分；第11-16题，每题4分。每题只有一个选项为正确答案） 1．（23-24高二下·广东东莞·期末）化学反应广泛联系生活、生产及研究领域。下列叙述与化学反应调控无关的是 A．油锅起火，盖上锅盖灭火 B．生产糖果，加入食用色素 C．鲜牛奶冷藏，冷链运输 D．工业合成氨，研发新型催化剂 【答案】B 【解析】A．油锅起火，盖上锅盖灭火，是隔绝空气灭火，与化学反应调控有关，A项正确； B．生产糖果，加入食用色素，与化学反应调控无关，B项错误； C．鲜牛奶冷藏，冷链运输，是降低温度，减缓反应速率，与化学反应调控有关，C项正确； D．工业合成氨，研发新型催化剂，加快反应速率，与化学反应调控有关，D项正确； 答案选B。 2．（23-24高二下·江苏常州·期末）氮及其化合物的转化具有重要应用。下列说法正确的是 A．固氮菌能把空气中的转化为或铵态氮肥作为自身的养料 B．升高温度、增大压强，并使用合适催化剂，可使合成氨反应完全进行 C．“雷雨发庄稼”涉及的物质转化：硝酸盐 D．用稀处理做过银镜反应的试管： 【答案】A 【解析】A．生物固氮是固氮菌把空气中的N2转化为NH3或铵态氮肥作为自身的养料，A正确； B．N2和H2合成NH3的反应是可逆反应，改变反应条件能一定程度提高反应物的转化率，但是可逆反应不能完全反应，B错误； C．“雷雨发庄稼”涉及的物质转化中，N2与O2在放电的条件下生成NO，但是NO和H2O不能反应，故C错误； D．用稀HNO3处理做过银镜反应的试管，通过硝酸和银的反应将银除去，稀硝酸被还原为NO，正确的离子方程式为：3Ag+4H++=3Ag++NO↑+2H2O，D错误； 故选A。 3．（23-24高二上·江苏连云港·阶段练习）氨是一种重要的化工原料，主要用于化肥工业，也广泛用于硝酸、纯碱、制药等工业；合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)   ΔH=-92.4 kJ/mol。下列有关合成氨反应的说法正确的是 A．高温条件下该反应可以自发 B．反应的ΔH=E(N-N)＋3E(H-H)-6E(N-H) (E表示键能) C．反应中每消耗1 mol H2转移电子的数目约等于2×6.02×1023 D．该反应采用高温高压条件是为了增大H2的平衡转化率 【答案】C 【解析】A．该反应气体体积减小，是熵减的过程，即，当时反应可以自发进行，则低温条件下该反应可以自发，A错误； B．N2中氮原子间形成氮氮三键，则反应的 (E表示键能)，B错误； C．反应中每消耗1molH2转移电子的数目为2NA，约等于2×6.02×1023，C正确； D．该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，不能增大H2的平衡转化率，但采用高温主要是考虑化学反应速率和催化剂的活性；该反应气体体积减小，增大压强，平衡正向移动，可以增大H2的平衡转化率，D错误； 故选C。 4．（23-24高二上·天津·期末）下列关于工业合成氨的叙述错误的是 A．合成氨没有选择更大的压强是因为压强过大会增加生产投资，降低综合经济效益 B．使用铁触媒能降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快地发生反应 C．工业合成氨温度为是因为升高温度有利于提高反应物的平衡转化率 D．及时从反应体系中分离出氨气有利于平衡向正反应方向移动 【答案】C 【解析】A．压强过大对设备的要求比较大，会增加生产投资，A正确； B．催化剂通过降低反应的活化能，提高反应速度，B正确； C．合成氨的反应为放热反应，温度越高， 平衡逆向移动，不利于提高反应物的平衡转化率，C错误； D．分离生成物，根据勒夏特列原理，减少生成物浓度，平衡正向进行，D正确； 故答案为：C。 5．（23-24高二上·天津宁河·期末）已知合成氨反应，既要使合成氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的方法是 ①减压；②加压；③升温；④降温；⑤及时从平衡混合气中分离出；⑥补充或⑦加催化剂； A．③④⑤⑦ B．②④⑥ C．仅②⑥ D．②③⑥⑦ 【答案】C 【解析】①减压，反应速率减慢，平衡逆向移动，的产率减小，①不可采取； ②加压，反应速率加快，平衡正向移动，的产率增大，②可采取； ③升温，反应速率加快，平衡逆向移动，的产率减小，③不可采取； ④降温，反应速率减慢，平衡正向移动，的产率增大，④不可采取； ⑤及时从平衡混合气中分离出，反应速率减慢，平衡正向移动，的产率增大，⑤不可采取； ⑥补充N2或H2，反应速率加快，平衡正向移动，的产率增大，⑥可采取； ⑦加催化剂，反应速率加快，但平衡不移动，的产率不变，⑦不可采取； 故选②⑥； 故选C。 6．（23-24高二上·福建厦门·期中）下图为工业合成氨流程图，该反应速率方程为，原料气(及少量的混合气体)在进入合成塔前可经过铜氨液净化处理，其反应为：，有关说法错误的是 A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B．步骤②中“加压”既可以提高合成氨原料的转化率，又可以加快反应速率 C．为保证足够高的反应速率，反应达到一定转化率时需及时将氨从体系中分离 D．“净化”时适当升高温度，可增大反应速率和的平衡转化率 【答案】D 【解析】N2和H2净化干燥除去含P、S、As的化合物等杂质后，加压既能提高反应速率，又能促进平衡正向移动，合成氨的反应为放热反应，低温有利于平衡正向移动，但是低温下，催化剂活性低，反应速率也低，因此综合考虑将温度设定在500℃并使用含铁催化剂进行催化反应，及时将产生的NH3液化分离出来以提高N2和H2的转 A．步骤①中“净化”是除去杂质，以防止铁催化剂中毒，A正确； B．合成氨的反应为气体分子数减小的反应，加压有利于平衡正向移动，提高原料转化率，加压也可以提高反应速率，B正确； C．在反应达到一定转化率时及时将氨从混合气中分离出去，可使平衡正向移动，能保持足够高的原料转化率，结合可知，分离出氨气也可以促使反应速率加快，C正确； D．“净化”时经过铜氨液净化处理反应为放热反应，适当升高温度，可增大反应速率，但是导致反应逆向进行，的平衡转化率降低，D错误； 故选D。 7．（23-24高二上·四川眉山·期末）如下图所示为工业合成氨的流程图。下列说法不正确的是 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④、⑤均有利于提高原料的利用率 D．将氨从混合气中分离出去可以提高氨在平衡体系中的百分含量 【答案】D 【解析】A．步骤①中“净化”是除去杂质以防止铁催化剂中毒，A正确； B．合成氨的反应为气体分子数减小的反应，加压有利于平衡正向移动，提高原料转化率，加压也可以提高反应速率，B正确； C．催化剂只能提高反应速率，不能提高平衡转化率，合成氨反应为放热反应，高温不利于平衡正向移动，而液化分离出和、H2的循环再利用均可以使平衡正向移动，所以步骤④、⑤有利于提高原料平衡的转化率，C正确； D．在反应达到一定转化率时及时将氨从混合气中分离出去，可使平衡正向移动，能保持足够高的原料转化率，不能提高氨在平衡体系中的百分含量，D错误； 故选D。 8．（23-24高二上·四川成都·阶段练习）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。下的合成氨反应： 下列关于工业合成氨条件选择的说法，正确的是 A．下该反应的，必须降低温度以保证合成氨顺利进行 B．增压有利于合成氨平衡正向移动，因此实际工业中反应压强越大越好 C．通过液化分离的方式不断移除产品，有利于增大反应平衡常数，促进反应正向进行 D．原料气进入合成塔之前，须经过干燥净化，以防止催化剂中毒 【答案】D 【解析】A．，但降低温度，会减小化学反应速率，不能保证合成氨顺利进行，故A错误； B．增压有利于合成氨平衡正向移动，理论上压强越大越好，但压强越大，对材料的强度和设备的制造要求就越高，需要的动力也越大，会大大增加生产投资，因此实际工业中反应一般采用的压强为10MPa～30MPa，故B错误； C．反应平衡常数只与温度有关，温度不变K值不变，故C错误； D．催化剂“中毒”是因吸附或沉积毒物而使催化剂活性降低或丧失的过程，因此为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化，故D正确； 故选D。 9．（2024江苏苏州·期中）下列有关合成氨工业的说法正确的是 A．、的投料比采用1∶2.8(物质的量比)而不是1∶3，是为了提高的转化率 B．反应温度控制在700K左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动 C．压强采用10~30MPa，是因为该条件下催化剂的活性最好 D．不断将氨液化并移去液氨，目的之一是使平衡正向移动 【答案】D 【解析】A．适当提高氮气的比例，即N2和H2物质的量之比为1∶2.8时更能提高H2的转化率，故A错误； B．氮气和氢气反应生成氨气的过程是放热的，反应温度控制在700K左右，目的是加快反应速率，并不是使化学平衡向正反应方向移动，B错误； C．氮气和氢气反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，合成氨工业采用10~30MPa，是因为再增大压强，平衡转化率不会提高太多，且增大压强对设备的要求更高，不能达到更好的经济效益，C错误； D．不断将氨液化并移去液氨，目的是降低氨气的浓度，使平衡正向移动，D正确； 故选D。 10（2023·上海徐汇·模拟预测）有关工业合成氨的说法错误的是 A．不断移去液氨，有利于反应正向进行 B．400~500℃时，原料的平衡转化率最大 C．增大压强，氨的分解速率增加 D．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒 【答案】B 【解析】A．如果改变可逆反应的条件(如浓度、压强、温度等)，化学平衡就被破坏，并向减弱这种改变的方向移动，不断将氨气液化，降低生成物浓度，有利于平衡正向移动，故A正确； B．合成氨是放热反应，升高温度平衡逆向移动，原料的平衡转化率降低，控制温度为400℃～500℃是因为此温度催化剂的活性最高，反应速率较大，生产效率较高，故B错误； C．增大压强，化学反应速率增大，氨的分解速率增加，故C正确； D．制备原料气过程中会产生其它杂质，为防止催化剂中毒和安全，原料气须经过净化处理，故D正确； 故答案选B。 11（2024浙江舟山·期末）下列关于工业合成氨反应的调控说法正确的是 A．合成氨时，常采用迅速冷却的方法将氨液化，提高平衡转化率 B．合成氨时为提高平衡转化率，温度越高越好 C．增大浓度，可以提高活化分子百分数，从而加快反应速率 D．合成氨选择100～300MPa的压强，目的是为了加快反应速率，并提高转化率 【答案】A 【解析】A．由于氨易液化，采用迅速冷却的方法将氨液化，使平衡正移，提高原料转化率，故A正确； B．合成氨的反应是放热反应，升高温度可以加快反应速率，但不利于平衡向合成氨的方向移动，故B错误； C．增大浓度，单位体积内活化分子数目增多，但活化分子百分数未改变，故C错误； D．合成氨的反应是分子数减小的反应，高压有利于向正反应方向移动，提高转化率，且能提高正反应速率，但压强越大，对设备的制造和材料的强度要求就越高，故D错误； 故选A。 12．（22-23高二上·甘肃天水·期中）下列有关合成氨工业的说法正确的是 A．合成氨工业的反应温度控制在400～500℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动 B．合成氨厂一般采用的压强为10MPa～30MPa，因为该压强下铁触媒的活性最高 C．增大压强，正反应速率和逆反应速率均增大，但对正反应的反应速率影响更大 D．的量越多，的转化率越大，因此，充入的越多越有利于的合成 【答案】C 【解析】A．工业合成氨是放热反应，低温有利于反应正向移动，反应温度控制在400～500℃，是为了兼顾速率和平衡，而且此温度下催化剂活性最高，故A错误； B．工业合成氨的催化剂铁触媒的活性受温度影响比较大，400～500℃活性最高，故B错误； C．工业合成氨，增大压强，反应物浓度和生成物浓度都增大，但反应物浓度增大的多，所以正反应速率和逆反应速率均增大，但对正反应的反应速率影响更大，故C正确； D．N2的量越多，H2的转化率越大，但加入过多的氮气，未反应的氮气会带走较多的热量，反而不利于氨气的合成，故D错误； 故选C。 13．（2024吉林·阶段练习）合成氨工业中控制的反应条件应为 A．温度越高越好 B．压强越大越好 C．混合气体中氢气的含量越高越好 D．所选的催化剂活性越大越好 【答案】D 【解析】A．升高温度，不利于平衡正向移动，且消耗更多的能量， A错误； B．增大压强，有利于平衡正向移动，但是压强过大，对于设备的耐高压承受能力有了较高的要求，成本较高，B错误； C．氢气的含量高，确实提高氨气产量，但是导致氢气的利用率不高，增加成本，C错误； D．催化剂活性越大，反应速率越快，加快氨气的合成，D正确； 故答案为：D。 15（22-23高二上·山西太原·阶段练习）德国化学家哈伯发明了以低成本制造氨的方法，大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列是哈伯法的流程图，其中为提高原料平衡转化率而采取的措施是 A．①②③④ B．②③④ C．②④⑤ D．②⑤ 【答案】C 【解析】合成氨的反应是气体体积减小的、放热的可逆反应。净化干燥的目的是提高产物纯度，不能提高转化率，①不符合；催化剂只改变反应速率，不影响平衡状态，不能提高转化率，③不符合；而②④⑤操作均使合成氨反应平衡向正反应方向移动，均能提高反应转化率；故选C。 16（23-2 浙江 ）工业上用和合成：，下列有关说法不正确的是 A．使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率 B．在上述条件下，不可能100%地转化为 C．通过调控反应条件，可以提高该反应进行的程度 D．达到平衡时，的浓度和的浓度之比一定为1：3 【答案】D 【解析】A．使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率，有利于缩短反应时间，A正确； B．因为是可逆反应，氢气不可能全部转化，B正确； C．通过调控反应外界条件，如增大压强，让反应正向移动，可以提高该反应进行的程度，C正确； D．未告诉反应前加入的反应物的量，不能判断，D错误；答案选D 二、非选择题（本大题共4小题，共56分） 17．（2023高三·全国·专题练习）氨是人类科学技术发展史上的一项重大突破，目前工业上用氢气和氨气直接合成氨。 (1)固氮一直是科学家致力研究的重要课题，有关热力学数据如下： 反应 大气固氮 N2(g)＋O2(g) 2NO(g) 工业固氮 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) 温度/℃ 25 2 000 25 350 400 450 平衡常数K 3.84×10-31 0.1 5×108 1.847 0.504 0.152 常温下，大气固氮的倾向 工业固氮(填“大于”或“小于”)。 (2)N2(g)与H2(g) 反应的能量变化如图所示，则N2(g)与H2(g)反应制备NH3(l)的热化学方程式为： 。 (3)T ℃时，在2 L恒容密闭容器中加入1.2 mol N2和2 mol H2模拟一定条件下工业固氮[N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)]，体系中n(NH3)随时间的变化如图所示： ①前2分钟内的平均反应速率v(NH3)= mol·L-1·min-1； ②有关工业固氮的说法正确的是 (选填序号)。 A．使用催化剂可提高反应物的转化率 B．循环使用N2、H2可提高NH3的产率 C．温度控制在500 ℃左右有利于反应向正方向进行 D．增大压强有利于加快反应速率，所以压强越大越好 ③T ℃时，该反应的平衡常数为 ； (4)研究表明某些过渡金属催化剂可以加速氨气的分解，某温度下，用等质量的不同金属分别催化等浓度的氨气，测得氨气分解的初始速率(单位：mmol/min)与催化剂的对应关系如表所示。 催化剂 Fe Pd Ru Rh Pt Ni 初始速率 0.5 1.8 7.9 4.0 2.2 3.0 在不同催化剂的催化作用下，氨气分解反应中的活化能最大的催化剂是 (填化学式)。 【答案】(1)小于 (2)N2(g)＋3H2(g) 2NH3(l)  ΔH=-132 kJ/mol (3) 0.112 5 B 6.25 (4)Fe 【解析】（1）根据表格数据可知：在相同温度下，大气固氮平衡常数远小于工业固氮，化学平衡常数越大，说明反应正向进行的程度越大，因此常温下，大气固氮的倾向小于工业固氮； （2）根据图示可知反应物总能量比生成物总能量高，因此该反应为放热反应，0.5 mol N2完全反应变为NH3(l)时放出热量为Q=300 kJ＋20 kJ-254 kJ=66 kJ，故该反应的热化学方程式可表示为：N2(g)＋3H2(g)2NH3(l) ΔH=-132 kJ/mol； （3）①在前2 min内NH3的物质的量增加了0.45 mol，反应容器为2 L，则根据v=Δc/t可得，用NH3表示的反应速率v(NH3)＝ mol·L-1·min-1=0.112 5 mol·L-1·min-1； ②A．使用催化剂对正、逆反应速率的影响相同，平衡不发生移动，因此不能提高反应物的转化率，A错误； B．循环使用N2、H2可使更多的反应物变为生成物，因此能够提高NH3的产率，B正确； C．该反应的正反应是放热反应，温度降低平衡正向移动有利于反应向正方向进行，温度控制在500 ℃左右，是因为在该温度下催化剂的活性最大，反应速率较快，C错误； D．该反应的正反应是气体体积减小的反应，从理论上讲增大压强有利于加快反应速率，提高物质平衡转化率，但压强越大，对设备的材料承受的压力要求也越高，所以不是压强越大就越好，D错误； 故选B； ③T ℃时平衡体系中氨气是0.8mol，消耗氮气是0.4mol、氢气是1.2mol，剩余氮气是0.8mol，氢气是0.8mol，该反应的平衡常数为=6.25。 （4）物质发生反应时的活化能越大，反应进行的化学速率就越小。根据表格数据可知：以Fe作催化剂时反应速率最小，则氨分解反应的活化能最大，故在不同催化剂的催化作用下，氨气分解反应中的活化能最大的催化剂是Fe。 18（23-24高三下·河南·阶段练习）氨是重要的化工原料，我国目前氨的生产能力位居世界首位。回答下列问题： (1)工业上通常采用铁触媒作催化剂，在400℃～500℃、10～30MPa，原料气中和物质的量之比为1.08：3的条件下合成氨，分析说明原料气中过量的理由是 。 (2)若在1L的密闭容器中，一定量的氮气和氢气进行如下反应：，其化学平衡常数K与温度T的关系如下表所示。 T/℃ 200 300 400 K 0.5 ①试比较、的大小， (填“>”“<”或“=”)。 ②400℃时，反应中，当测得、和物质的量分别为3mol、2mol和1mol时，则该反应 (填“达到平衡状态”“正向进行”或“逆向进行”)。 (3)若在不同压强下，以投料比的方式进料，反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如图所示：(物质i的摩尔分数：) ①图中压强由小到大的顺序为 <20MPa< ，判断依据是 。 ②当时，某温度下。则该温度下，反应的平衡常数 (化为最简式，为以平衡分压代替平衡浓度表示的平衡常数，分压=总压×摩尔分数)。 (4)二十世纪初，工业上以和为原料在一定温度和压强下合成尿素。反应分两步：a．和生成；b．分解生成尿素，结合反应过程中能量变化示意图(如图)，回答问题： ①根据活化能判断，合成尿素的决速反应为反应 (填“a”或“b”)。 ②　 kJ/mol(用含“、、、”的代数式表示)。 【答案】(1)原料气中相对易得，适度过量有利于提高的转化率 (2) > 逆向进行 (3) 该反应为气体分子数减小的反应，当温度不变时，压强越大，的摩尔分数越大 (4) b 或(或其他合理答案) 【解析】(1)从制备途径而言，原料气中氮气相对易得，适度过量有利于增大反应物浓度，使平衡向正反应方向移动，从而提高氢气的转化率。 (2)①合成氨反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，反应的平衡常数减小，则平衡常数大于。 ②400℃时，氨气、氮气和氢气物质的量分别为、和时，则容器中反应的浓度熵，则平衡逆向进行。 (3)①该反应为气体分子数减小的反应，当温度不变时，增大压强，平衡向正反应方向移动，氨气的摩尔分数增大，由图可知，、、条件下氨气的摩尔分数依次增大，则压强的大小顺序为，故答案为：。 ②设起始时氮气和氢气的物质的量分别为和，平衡时生成氨气为，由题意可建立如下三段式： 由氨气的摩尔分数为0.2可得：，解得，氮气、氢气、氨气的平衡分压分别为、、，反应的平衡常数。 (4)①由图可知，反应a活化能小于反应b，故反应b较难进行，为决速反应。 ②由图可知，反应a的反应热，反应b的反应热，由盖斯定律可知，反应得到反应，则。 19．（2024福建厦门·期中）合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。 (1)在不同温度、压强和相同催化剂条件下，初始、分别为0.1mol、0.3mol时，平衡后混合物中氨的体积分数()如图所示。 ①其中， (填“>”或“<”)，其原因是 。 ②A、B两点的反应速率： (填“>”、“<”或“=”)。 ③若在250℃、条件下，反应达到平衡时容器的体积为0.06L，则该条件下合成氨的平衡常数 (保留一位小数)。 (2)工业合成氨生产流程示意图如下： ①X为 。 ②上述流程中，有利于提高原料利用率的措施是 (填标号)。 A．“净化干燥”    B．“压缩机加压”    C．“铁触媒400~500℃”    D．原料气循环利用 ③“干燥净化”中采用铜氨溶液除去CO：如何处理吸收CO后的铜氨溶液，请提出你的建议 。 【答案】(1) > 反应为气体分子数减小的反应，增大压强平衡正向移动，氨气的物质的量增大，则平衡时氨气的体积分数增大，则 < 21.3 (2) 液氨 BD 在减压下，加热吸收CO后的铜氨废液，用硫酸吸收氨气，并收集纯净的CO 【解析】（1）①反应为气体分子数减小的反应，增大压强平衡正向移动，氨气的物质的量增大，则平衡时氨气的体积分数增大，故答案为：>；反应为气体分子数减小的反应，增大压强平衡正向移动，氨气的物质的量增大，则平衡时氨气的体积分数增大，则； ②温度越大，压强越大，反应速率越大，由①分析可知，，由图可知，B对应的温度、压强大，则反应速率大，故答案为：<； ③由图可知，平衡时氨气的体积分数为66.7%，设在250℃、条件下，生成氨气的物质的量为2x，由题意得到三段式： 由氨气的体积分数可得×100%=66.7%，解得x=0.08，则反应的平衡常数K===21.3，故答案为：21.3； （2）①氨气遇冷极易液化，则热交换得到的混合气体冷却得到液氨，故答案为：液氨； ②合成氨反应为气体体积减小的反应，压缩机加压和原料气循环利用可以使平衡向正反应方向移动，有利于提高原料利用率，故选BD； ③吸收一氧化碳的反应为气体体积减小的反应，则在减压和加热下，有利于反应逆向移动，从而用硫酸吸收氨气，并收集纯净的CO，故答案为：在减压下，加热吸收CO后的铜氨废液，用硫酸吸收氨气，并收集纯净的CO。 20．（23-24高二上·四川攀枝花·期末）合成氨是人工固氮最重要的途径，反应为：  。回答下列问题： (1)下列关于合成氨工艺的说法中，正确的是______。 A．控制温度远高于室温，是为了提高平衡转化率 B．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生 C．不断将液氨移去，利于反应正向进行同时提高逆反应速率 D．实际生产中，适度过量有利于提高的转化率同时有利于提高整体反应速率 (2)为降低合成氨的能耗，我国科学家提出使用复合催化剂，催化效果如图1所示，若一定压强下，以相同的投料，用作催化剂、用作催化剂和用作催化剂，氨气的产率随时间变化如图2，用作催化剂的曲线是 ，理由是 。 (3)压强为下，以，、（代表物质的量分数）进料，反应达平衡时氮气的转化率与温度的结果如下图3中曲线所示： ①若保持压强不变，以、、进料，则平衡时氮气的转化率与温度的结果是曲线 （选填“”或“”），判断的依据是 。 ②已知：反应，，其中、、分别表示、、的分压。 若保持压强不变，仍以，进料，达平衡时，则该温度下，反应平衡常数 （化为最简式）。 【答案】(1)BD (2) b 350℃用Cr-LiH作催化剂的反应速率慢于350℃用Fe-LiH作催化剂 (3) a 相同温度下，恒压充入稀有气体会使反应物分压减小，平衡逆向移动 【解析】（1）A．合成氨是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，氨气的产率降低，则控制温度远高于室温的目的是是为了提高催化剂的活性，加快反应速率，故错误； B．制备的氮气中含有能与氢气加热发生爆炸的氧气，且原料气中含有能使催化剂中毒的杂质，所以实际生产时原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生，故正确； C．不断将液氨移去，反应体系中氨气的浓度减小，反应速率降低，故错误； D．实际生产中，氮气适度过量，氮气的浓度增大，反应速率加快，平衡向正反应方向移动，有利于提高氢气的转化率，故正确； 故选BD； （2）合成氨是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，氨气的产率降低，使用催化剂，反应速率加快，化学平衡不移动，由图1可知，350℃用Cr-LiH作催化剂的反应速率慢于350℃用Fe-LiH作催化剂，所以图2中曲线b表示350℃用Cr-LiH作催化剂时氨气的产率随时间变化，故答案为：b；350℃用Cr-LiH作催化剂的反应速率慢于350℃用Fe-LiH作催化剂； （3）①若保持压强不变，以x(H2)=0.675、x(N2)=0.225、x(Ar)=0.1进料相当于减小压强，平衡向逆反应方向移动，氮气的转化率减小，所以平衡时氮气的转化率与温度的结果是曲线a，故答案为：a；相同温度下，恒压充入稀有气体会使反应物分压减小，平衡逆向移动； ②设起始充入反应物总量为1mol，平衡时消耗氮气amol，由题意可建立如下三段式： 由平衡时氨气的物质的量分数可得：=0.2，解得a=，则平衡时氮气、氢气和氨气的物质的量分数为0.2、0.6、0.2，反应的平衡常数为Kp==，故答案为：。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$