第7章 第44讲 化学反应的方向与调控（教师word）-【金版新学案】2025年高考化学高三总复习大一轮复习讲义（人教2019 单选版）

第44讲　化学反应的方向与调控 【课程标准】　1.了解熵、熵变的含义，会用复合判据判断反应进行的方向。2.了解化学反应的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。 考点一　化学反应的方向 1．自发反应 在一定条件下，无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。 2．熵、熵变 (1)熵是度量体系混乱程度的物理量，符号为S。 (2)影响熵大小的因素 ①相同条件下，物质不同熵不同。 ②同一物质：S(g)>S(l)>S(s)。 (3)熵变＝生成物的总熵－反应物的总熵。 3．化学反应进行方向的判据 ΔG＝ΔH－TΔS 当ΔG＜0时，反应能自发进行； 当ΔG＝0时，反应处于平衡状态； 当ΔG＞0时，反应不能自发进行。 [正误辨析] 1．在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向(　　) 2．因为焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为判断反应能否自发进行的判据(　　) 3．过程自发性不仅能用于判断过程的方向，还能确定过程发生的速率(　　) 4．ΔH<0，ΔS>0的反应，一定是自发反应(　　) 答案：1.×　2.×　3.×　4.√ 学生用书↓第242页 (2022·浙江1月选考)AB型强电解质在水中的溶解(可视作特殊的化学反应)表示为AB(s)===An＋(aq)＋Bn－(aq)，其焓变和熵变分别为ΔH和ΔS。对于不同组成的AB型强电解质，下列说法正确的是(　　) A．ΔH和ΔS均大于零 B．ΔH和ΔS均小于零 C．ΔH可能大于零或小于零，ΔS大于零 D．ΔH和ΔS均可能大于零或小于零 答案：D 解析：强电解质溶于水有的放热，如硫酸铜等；有的吸热，如碳酸氢钠等，所以在水中溶解对应的ΔH可能大于零或小于零。熵表示体系混乱程度。体系越混乱，则熵越大。AB型强电解质溶于水，存在熵的变化。固体转化为离子，混乱度是增加的，但离子在水中存在水合过程，这样会引发水的混乱度的变化，让水分子更加规则，即水的混乱度下降，所以整个溶解过程的熵变ΔS，取决于固体转化为离子的熵增与水合过程的熵减两个作用的相对大小关系。若是前者占主导，则整个溶解过程熵增，即ΔS＞0，反之，熵减，即ΔS＜0。综上所述，D项符合题意。 (2022·湖南卷)已知，ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略ΔH、ΔS随温度的变化。若ΔG＜0，则该反应可以自发进行。根据如图判断：600 ℃时，下列反应不能自发进行的是(　　) A．C(s)＋O2(g)===CO2(g) B．2C(s)＋O2(g)===2CO(g) C．TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g) D．TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g) 答案：C 解析：由题图可知，600 ℃时C(s)＋O2(g)===CO2(g)的ΔG＜0，反应自发进行，故A不符合题意；由题图可知，600 ℃时2C(s)＋O2(g)===2CO(g)的ΔG＜0，反应自发进行，故B不符合题意；由题图可知，600 ℃时TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)的ΔG＞0，反应不能自发进行，故C符合题意；根据盖斯定律，TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)可由C(s)＋O2(g)===CO2(g)与TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)相加得到，再根据题给图像中的数据可得，600 ℃时其ΔG＜0，反应自发进行，故D不符合题意。 1.实现“节能减排”和“低碳经济”的一项重要课题就是如何将CO2转化为可利用的资源。目前工业上有一种方法是用CO2来生产燃料甲醇。一定条件下发生反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)，该反应过程中能量的变化如图，下列关于该反应的说法正确的是(　　) A．ΔH>0，ΔS>0 B．ΔH>0，ΔS<0 C．ΔH<0，ΔS>0 D．ΔH<0，ΔS<0 答案：D 解析：由方程式可知，该反应的ΔS<0，由题图可知该反应的ΔH<0，D项正确。 2．在C和O2的反应体系中： 反应①：C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH1＝－394 kJ·mol－1 反应②：2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)　ΔH2＝－566 kJ·mol－1 反应③：2C(s)＋O2(g)===2CO(g)　ΔH3 设y＝ΔH－TΔS，反应①、②和③的y随温度T的变化关系如图所示。图中对应于反应③的线条是________(填“a”“b”或“c”)。 答案：a 解析：反应③为熵增反应，ΔS＞0，则直线y＝ΔH－TΔS的斜率为负值，图像线条为a。 3．灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以用于制造器皿。已知在0 ℃、100 kPa条件下，白锡转化为灰锡的ΔH＝－2.18 kJ·mol－1，ΔS＝－6.61 J·mol－1·K－1。现把由白锡制成的器皿在0 ℃、100 kPa的室内存放，它会不会变成灰锡而不能继续使用？ 答案：会变成灰锡而不能继续使用 解析：在0 ℃、100 kPa条件下，白锡转化为灰锡的ΔG＝ΔH－TΔS＝－2.18 kJ·mol－1－273 K×(－6.61×10－3 kJ·mol－1·K－1)≈－0.375 kJ·mol－1<0，因此在该条件下白锡会变为灰锡。 学生用书↓第243页 考点二　化学反应的调控——工业合成氨 1．化工生产适宜条件选择的一般原则 条件 原则 从化学反应速率分析 既不能过快，又不能太慢 从化学平衡移动分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性 从原料的利用率分析 增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本 从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压能力等 从催化剂的使用活性分析 注意催化剂的活性受温度的限制 2.控制反应条件的基本措施 (1)控制化学反应速率的措施 通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。 (2)提高转化率的措施 通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。 3．工业合成氨反应的适宜条件 (1)理论分析 增大合成氨的反应速率和提高平衡混合物中氨的含量对反应条件的要求不尽相同： 对合成氨反应的影响 影响因素 浓度 温度 压强 催化剂 增大合成氨的 反应速率 增大反应物浓度 高温 高压 使用 提高平衡混合 物中氨的含量 增大反应物浓度、减小生成物浓度 低温 高压 无影响 (2)实际工业合成氨反应的适宜条件 ①压强：1×107～1×108 Pa。 ②温度：700 K左右。 ③催化剂：以铁为主体的多成分催化剂。 ④浓度：N2与H2的投料比(物质的量之比)为1∶2.8。 (2023·辽宁卷)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化： SO2(g)＋O2(g)SO3(g)　ΔH＝－98.9 kJ·mol－1 为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如下图所示，下列说法正确的是_______(填字母)。 a．温度越高，反应速率越大 b．α＝0.88的曲线代表平衡转化率 c．α越大，反应速率最大值对应温度越低 d．可根据不同α下的最大速率，选择最佳生产温度 答案：cd 解析：由题图可知，温度高于一定值时，温度升高，反应速率减小，a错误；在相同温度下，转化率越低，反应速率越快，但在转化率小于88%时的反应速率图像并未给出，无法判断α＝0.88是否代表平衡转化率，b错误；由题图可知，α越大，反应速率最大值对应温度越低，c正确；可根据不同α下的最大速率选择最佳生产温度，d正确。 1．合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中的CO，其反应是[Cu(NH3)2]Ac＋CO＋NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO　ΔH<0。 (1)必须除去原料气中CO的原因是_________________________________________________ ________________________________________________________________________。 学生用书↓第244页 (2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液吸收CO的适宜生产条件应是________________________。 (3)吸收CO后的醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液再生的适宜生产条件应是________________________。 答案：(1)防止CO使催化剂中毒　(2)低温、高压　(3)高温、低压 解析：合成氨的流程中的除杂，是为了除去能使催化剂中毒的物质。题中指出：在合成氨的过程中必须除去CO，因此CO是属于使催化剂中毒的物质。从吸收CO的化学方程式可得：吸收CO的反应是正反应气体体积缩小的放热反应，因此为了使CO尽最大可能地被吸收，应采取高压、低温的办法使平衡正向移动，要使醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液再生，即使平衡逆向移动，故必须采取低压、高温的办法。 2．化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。 (1)利用“化学蒸气转移法”制备TaS2晶体，发生反应：TaS2(s)＋2I2(g)TaI4(g)＋S2(g)　ΔH>0(Ⅰ)。如图所示，反应(Ⅰ)在石英真空管中进行，先在温度为T2的一端放入未提纯的TaS2粉末和少量I2(g)，一段时间后，在温度为T1的一端得到了纯净TaS2晶体，则温度T1________T2(填“>”“<”或“＝”)。上述反应体系中循环使用的物质是______。 (2)CO可用于合成甲醇，反应方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。该反应ΔH____0(填“>”或“<”)。实际生产条件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，选择此压强的理由是______________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)<　I2　(2)<　在1.3×104 kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，同时生产成本增加，得不偿失 3．“丁烯裂解法”是另一种重要的丙烯生产法，在生产过程中会有生成乙烯的副反应发生。反应如下： 主反应：3C4H8(g)4C3H6(g)； 副反应：C4H8(g)2C2H4(g)。 测得上述两反应的平衡体系中，各组分的质量分数(w)随温度(T)和压强(p)变化的趋势分别如图甲和图乙所示： (1)平衡体系中的C3H6(g)和C2H4(g)的质量比是工业生产C3H6(g)时选择反应条件的重要依据之一，从产物的纯度考虑，该数值越高越好，据图甲和图乙判断，反应条件应选择________(填字母)。 A．300 ℃、0.1 MPa B．700 ℃、0.1 MPa C．300 ℃、0.5 MPa D．700 ℃、0.5 MPa (2)有研究者结合图甲数据并综合考虑各种因素，认为450 ℃的反应温度比300 ℃或700 ℃更合适，从反应原理角度分析其理由可能是_________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)C　(2)300 ℃反应速率慢，700 ℃副反应的转化率大于丁烯转化成丙烯的转化率 解析：(1)由图甲可知，300 ℃时C2H4(g)的质量分数接近于0，而温度升高，C2H4(g)的质量分数增大，故选择300 ℃；由图乙可知，压强增大，C2H4(g)的质量分数减小，C3H6(g)的质量分数增大，故选0.5 MPa，因此控制反应条件为300 ℃、0.5 MPa。(2)温度越低，反应速率越慢，由图甲可知，300 ℃时反应速率慢；温度升高，C2H4(g)的质量分数增大，700 ℃的副反应的转化率大于丁烯转化成丙烯的转化率。而450 ℃时，C3H6(g)的质量分数达到最大值，且C2H4(g)的质量分数在10%左右，产物中C3H6(g)的含量较高，故450 ℃更合适。 课时测评44　化学反应的方向与调控 (时间：45分钟　满分：100分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) (选择题1－9题，每题6分，第10题10分，第11题16分，第12题20分，共100分) 1．相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较合理的是(　　) A．1 mol CH4(g)<1 mol H2(g) B．1 mol H2O(g)<2 mol H2O(g) C．1 mol H2O(s)>1 mol H2O(l) D．1 mol C(金刚石，s)>1 mol C(石墨，s) 答案：B 解析：CH4(g)和H2(g)物质的量相同，且均为气态，CH4(g)含有的原子总数多，CH4(g)的摩尔质量大，所以熵值1 mol CH4(g)>1 mol H2(g)，A错误；相同状态的相同物质，物质的量越大，熵值越大，所以熵值1 mol H2O(g)<2 mol H2O(g)，B正确；等量的同种物质，熵值关系为S(g)>S(l)>S(s)，所以熵值1 mol H2O(s)<1 mol H2O(l)，C错误；从金刚石和石墨的结构组成上来看，金刚石的微观结构更有序，熵值更低，所以熵值1 mol C(金刚石，s)<1 mol C(石墨，s)，D错误。 2．下列对化学反应的预测正确的是(　　) 选项 化学方程式 已知条件 预测 A A(s)===B(g)＋C(s) ΔH>0 它一定是非自发反应 B A(g)＋2B(g)=== 2C(g)＋3D(g) 能自发反应 ΔH一定小于0 C M(s)＋aN(g)=== 2Q(g) ΔH<0，自发反应 a可能等于1、2、3 D M(s)＋N(g)=== 2Q(s) 常温下，自发进行 ΔH>0 答案：C 解析：A(s)===B(g)＋C(s)为气体系数增大的反应，ΔS＞0，ΔH＞0，在高温条件下能自发进行，故A错误；A(g)＋2B(g)===2C(g)＋3D(g)为气体系数增大的反应，ΔS＞0，所以当ΔH＜0时，一定满足ΔH－TΔS＜0，反应一定能够自发进行，当ΔH＞0时，高温下，ΔH－TΔS＜0成立，也可以自发进行，故B错误；M(s)＋N(g)===2Q(s)为气体系数减小的反应，ΔS＜0，当ΔH＞0时，ΔH－TΔS＞0，一定不能自发进行，故D错误。 3．恒容绝热的密闭容器中充入反应物，在一定条件下分别发生四个不同的反应，平衡常数与压强随反应进行变化情况合理，且在高温下能自发进行的是(　　) 答案：A 解析：若为吸热反应，ΔH>0，随着反应进行，温度降低，K减小；p增大，说明气体物质的量增多，ΔS>0，因此高温下能自发进行，p减小，反应不能自发进行。若为放热反应，ΔH<0，随着反应进行，温度升高，K减小；p增大，任何条件都能自发进行，p减小，低温下能自发进行。 4. 合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是(　　) A．提高分离技术 B．研制耐高压的合成塔 C．研制低温催化剂 D．探索不用N2和H2合成氨的新途径 答案：C 解析：由题图可知，NH3的体积分数随着温度的升高而显著下降，故要提高NH3的体积分数，必须降低温度，但目前所用催化剂铁触媒的活性最高时的温度为500 ℃，故最有前途的研究方向为研制低温催化剂。 5．将一定量纯净的氨基甲酸铵置于特制的密闭真空容器中(假设容器体积不变，固体试样体积忽略不计)，使其达到分解平衡：NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)。该条件下的平衡数据如下表，下列说法正确的是(　　) 温度/°C 15.0 20.0 25.0 30.0 35.0 平衡总压强/kPa 5.7 8.3 12.0 17.1 24.0 平衡气体总浓度/(×10－3 mol·L－1) 2.4 3.4 4.8 6.8 9.4 A. 该可逆反应达到平衡的标志之一是混合气体平均相对分子质量不变 B．因该反应熵变ΔS大于0，焓变ΔH大于0，所以在低温下正向自发进行 C．达到平衡后，若在恒温下压缩容器体积，氨基甲酸铵固体的质量增加 D．根据表中数据，计算15.0 ℃时的NH3平衡浓度为1.6 mol·L－1 答案：C 解析：根据化学方程式NH2COONH4(s)2NH3(g)＋CO2(g)可知，生成的气体的物质的量之比始终是2∶1，所以气体的平均相对分子质量始终不变，故不能作为达到平衡状态的判断依据，A项错误；从表中数据可以看出，随着温度升高，气体的总浓度增大，平衡正向移动，则该反应的正反应为吸热反应，ΔH＞0，反应中固体变为气体，混乱度增大，ΔS＞0，根据ΔG＝ΔH－TΔS可知反应在高温下正向自发进行，B项错误；压缩容器体积，气体压强增大，平衡逆向移动，氨基甲酸铵固体的质量增加，C项正确；反应中生成的氨和二氧化碳的浓度之比为2∶1，总浓度为2.4×10－3mol·L－1，所以氨的浓度为1.6×10－3mol·L－1，D项错误。 6．(2023·郑州二中模拟)硅是大数据时代的关键材料。工业上常在1 800～2 000 ℃时，用碳单质还原的方法制取单质硅。涉及反应的相关数据如表所示。下列说法正确的是(　　) 反应 ΔH/(kJ·mol－1) ΔS/(J·K－1 mol－1) 反应(1)：SiO2(s)＋2C(s) ===Si(s)＋2CO(g) ＋687.27 359.04 反应(2)：SiO2(s)＋C(s) ===Si(s)＋CO2(g) ＋514.85 183.35 A. 反应(1)可证明Si的还原性大于C B．生活中利用单晶硅良好的导光性能作光导纤维 C．工业生产条件下反应(2)无法自发进行 D．C(s)＋CO2(g)===2CO(g)　ΔH＝－172.42 kJ·mol－1 答案：C 解析：反应(1)：SiO2(s)＋2C(s)===Si(s)＋2CO(g)，C元素化合价升高，C作还原剂，Si是还原产物，由还原剂的还原性比还原产物的强，则C的还原性大于Si，A错误；单晶硅是良好的半导体材料，SiO2具有导光性能，可作光导纤维，B错误；反应若要自发进行，即ΔG＝ΔH－TΔS<0，对反应(2)：ΔG＝(＋514.85－T×183.35×10－3) kJ·mol－1<0，T>2 808 K，则反应(2)在工业1 800～2 000 ℃生产条件下无法自发进行，C正确；由盖斯定律，反应(1)－反应(2)得到C(s)＋CO2(g)===2CO(g)　ΔH＝＋172.42 kJ·mol－1，D错误。 7．(2023·湖南永州联考)α-萘磺酸()和β-萘磺酸()是重要的化工原料，合成时往往得到两者的混合物，工业上相关的合成反应如图。下列有关说法错误的是(　　) 反应①：H2O　ΔH1<0　K1 反应②：H2O　ΔH2<0　K2 A．若主要产物是α-萘磺酸，说明反应①的活化能比②的小 B．平衡时α-萘磺酸和β-萘磺酸的物质的量浓度关系为＝ C．在密闭容器中加入萘与硫酸，t min后反应达到平衡，用萘磺酸表示的反应速率为 D．α-萘磺酸与β-萘磺酸能相互转化 答案：B 解析：主要产物是α-萘磺酸，说明反应①比较容易实现，活化能低，故反应①的活化能比②的小，A正确；平衡常数K＝，反应①和②反应物相同，平衡时α-萘磺酸和β-萘磺酸的物质的量浓度关系为＝，B错误；t min后反应达到平衡，萘的浓度变化等于生成α-萘磺酸和β-萘磺酸浓度之和，故用萘磺酸表示的反应速率为，C正确；由反应①－②或②－①可知两者可以相互转化，D正确。 8．下图为工业合成氨的流程图，下列有关说法不正确的是(　　) 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，又可以增大反应速率 C．步骤③④⑤均有利于提高原料的平衡转化率 D．液态NH3除可生产化肥外，还可作制冷剂 答案：C 解析：步骤①中“净化”可以除去原料气中的杂质气体，防止杂质气体降低催化剂的催化效果，A项正确；合成氨反应是气体分子数减小的反应，则步骤②中“加压”可使平衡正向移动，即可提高原料转化率，增大压强，可增大反应速率，B项正确；步骤③为“催化反应”，催化剂只能改变反应速率，不能使平衡移动，故不能改变平衡转化率，升高温度降低了原料的转化率，C项错误；氨是制备氮肥的原料，液氨汽化时吸收热量，可以作为制冷剂，D项正确。 9．已知：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－197.8 kJ·mol－1。起始反应物为SO2和O2(物质的量之比为2∶1，且总物质的量不变)。SO2的平衡转化率(%)随温度和压强的变化如下表，下列说法不正确的是(　　) 温度/K 压强/(105 Pa) 1.01 5.07 10.1 25.3 50.7 673 99.2 99.6 99.7 99.8 99.9 723 97.5 98.9 99.2 99.5 99.6 773 93.5 96.9 97.8 98.6 99.0 A. 一定压强下降低温度，SO2的转化率增大 B．在不同温度、压强下，转化相同物质的量的SO2所需要的时间相等 C．使用催化剂可以缩短反应达到平衡所需的时间 D．工业生产通常不采取加压措施是因为常压下SO2的转化率已相当高 答案：B 解析：A.由表格数据及勒夏特列原理知，针对放热反应，一定压强下降低温度，平衡正向移动，反应物SO2的转化率增大，选项A正确；B.由于在不同温度、压强下，化学反应速率不一定相等，故转化相同物质的量的SO2所需要的时间不一定相等，选项B错误；C.催化剂对化学平衡移动无影响，但可以缩短到达平衡所需时间，选项C正确；D.由题表中数据可知，不同温度下，1.01×105 Pa(常压)下SO2的转化率分别为99.2%，97.5%，93.5%，已经相当高了，且加压后转化率升高并不明显，所以没有必要通过加压提高转化率，选项D正确。 10．(10分)已知在100 kPa、298.15 K时，石灰石发生分解反应： CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH＝＋178.3 kJ·mol－1　ΔS＝160.4 J·mol－1·K－1，则 (1)该反应________(填“能”或“不能”)正向自发进行。 (2)若温度能决定反应方向，则该反应正向自发进行的最低温度为________。 答案：(1)不能　(2)1 111.6 K 解析：(1)ΔG＝ΔH－TΔS＝＋178.3 kJ·mol－1－298.15 K×160.4×10－3 kJ·mol－1·K－1≈130.5 kJ·mol－1＞0，所以该反应不能正向自发进行。 (2)根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0时，反应可正向自发进行，则有T＞≈1 111.6 K。 11．(16分)(2023·重庆模拟节选)尿素[CO(NH2)2]是首个由无机物人工合成的有机物。 (1)一定条件下，向容积恒定为2 L的密闭容器中加入0.10 mol CO2和0.40 mol NH3，发生反应：2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(l)＋H2O(g)，60 min开始达到平衡。反应中CO2的物质的量随时间变化如下表所示： 时间/min 0 20 60 80 n(CO2)/mol 0.10 0.06 0.04 0.04 ①60 min内，上述反应的平均反应速率v(CO2)＝________。 ②NH3的平衡转化率为__________。 (2)一定条件下，恒容容器中，若原料气中的NH3和CO2的物质的量之比＝x，发生反应：2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(l)＋H2O(g)，x与CO2的平衡转化率(α)的关系如图所示： ①α随着x增大而增大的原因是__________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 ②A点平衡时容器内总压强为p0 kPa，则上述反应的平衡常数Kp＝________________(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压＝总压×物质的量分数)。 答案：(1)①5.00×10－4 mol·L－1·min－1　②30% (2)①如果c(CO2)不变，x增大，则c(NH3)增大，平衡正向移动，CO2平衡转化率增大 ② kPa－2[或 kPa－2] 解析：(1)①根据题表中数据可知，60 min内，上述反应的平均反应速率v(CO2)＝＝5.00×10－4 mol·L－1·min－1。②平衡时CO2的物质的量减少0.10 mol－0.04 mol＝0.06 mol，根据反应2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(l)＋H2O(g)可知NH3应该减少0.12 mol，故NH3的平衡转化率为×100%＝30%。 (2)②A点平衡时容器内总压强为p0 kPa，＝x＝3.0，α＝0.50，设NH3和CO2的物质的量分别为3 mol和1 mol，根据三段式有： 　　　　 　2NH3(g)＋CO2(g)H2O(g)＋CO(NH2)2(l) 初始/mol 3 1 0 转化/mol 1 0.5 0.5 平衡/mol 2 0.5 0.5 则上述反应的平衡常数Kp＝＝ kPa－2。 12．(20分)(2023·广西柳州模拟节选)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1　ΔS＝－200 J·K－1·mol－1。 回答下列问题： (1)合成氨反应在常温下__________(填“能”或“不能”)自发。 (2)__________温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率，__________温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用400～500 ℃。 针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。 (3)方案二：M-LiH复合催化剂。 下列说法正确的是__________(填字母)。 a．300 ℃时，复合催化剂比单一催化剂效率更高 b．同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率 c．温度越高，复合催化剂活性一定越高 (4)某合成氨速率方程为v＝kcα(N2)·cβ(H2)·cγ(NH3)，根据表中数据，γ＝__________； 实验 1 m n p q 2 2m n p 2q 3 m n 0.1p 10q 4 m 2n p 2.828q 在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为________(填字母)。 a．有利于平衡正向移动 b．防止催化剂中毒 c．提高正反应速率 答案：(1)能　(2)高　低　(3)a　(4)－1　ac 解析：(1)对于合成氨反应，常温下，ΔG＝ΔH－TΔS＝－92.4 kJ·mol－1－298 K×(－0.2 kJ·K－1·mol－1)＝－32.8 kJ·mol－1<0，故合成氨反应在常温下能自发。 (2)其他条件一定时，升高温度，可以提供更高的能量，使活化分子百分数增多，反应速率加快；合成氨反应是放热反应，要提高平衡转化率，即使反应平衡正向移动，应降低温度。 (3)由题图可知，300 ℃时，复合催化剂催化时合成氨反应的反应速率比单一催化剂催化时大很多，说明300 ℃时复合催化剂比单一催化剂效率更高，a正确；同温同压下，复合催化剂能提高反应速率，但不能使平衡发生移动，故不能提高氨的平衡产率，b错误；温度过高，复合催化剂可能会失去活性，催化效率反而降低，c错误。 (4)将实验1、3中数据分别代入合成氨的速率方程可得：①q＝k·mα·nβ·pγ，③10q＝k·mα·nβ·(0.1p)γ，两式联立可得γ＝－1。合成氨过程中，不断分离出氨，即降低体系中c(NH3)，生成物浓度下降，平衡向正反应方向移动，因为v＝kcα(N2)·cβ(H2)·cγ(NH3)，由速率方程可知，将NH3分离出去，使c(NH3)减小，速率加快，a、c正确；反应主产物即氨不能使催化剂中毒，b错误。 学生用书↓第245页 学科网（北京）股份有限公司 $$