专题04 化学反应的方向和工业合成氨（考题猜想）（5大题型）-2024-2025学年高二化学上学期期中考点大串讲（沪科版2020选择性必修1）

专题04 化学反应的方向和工业合成氨 题型1 自发过程和自发反应 题型2 化学反应方向的判定 题型3 工业合成氨 题型4 工业生产中反应条件的分析 题型5 结合工业生产的化学平衡综合题 ▉题型1 自发过程和自发反应 【例1】下列说法正确的是 A．自发反应是指不需要条件就能发生的反应 B．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程 C．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 D．常温下，反应C(s)+CO2(g)2CO(g)不能自发进行，则该反应的△H＞0 【变式1-1】下列反应属于非自发反应的是 A．钠与水反应 B．氢气在氧气中燃烧生成水 C．水分解变成氢气和氧气 D．氨气和氯化氢相遇变成氯化铵 【变式1-2】化学与生活息息相关。下列不属于自发进行的变化是 A．墨汁加到清水中使整杯水变黑 B．水在0℃以下结为冰 C．石灰石转化为生石灰 D．铁器在潮湿的空气中生锈 ▉题型2 化学反应方向的判定 【例2】下列说法错误的是 A．在不同状态时的熵值： B．在常温下能自发进行，则该反应的 C．  能否自发进行与温度有关 D．常温下，反应不能自发进行，则该反应的 【例3】化学反应方向的综合判据是判断反应能否白专进行的关键。由于反应的焓变、熵变随温度的变化较小，假设它们不随温度变化，根据下表数据。 化学反应 AH/kJ·mol—1 ① -98 57.2 ② 393.5 -2.86 ③ -176 -285 （1）根据表中数据可知：反应①在 下(填“高温”、“低温”、“任何温度)正向能自发进行。 （2）有人提出采用适当的催化剂，用热分解法分解CO2，以减少CO2的排放，你认为是否可行？ (填“是”或“否”)。阐述判断的理由 。 （3）利用综合判据，计算反应③能正向自发进行的温度范围 。(写出过程) 【变式2-1】CO2经催化加氢可合成甲醇(CH3OH)：  ，下列说法正确的是 A．该反应是放热反应，所以可以自发进行 B．1molH2O在不同状态下的熵值为S(g)<S(s) C．选择合适的催化剂，有可能使该反应在常温常压下以较快的速度进行 D．一定条件下，若观察不到水蒸气的产生，则说明该条件下反应不能自发进行 【变式2-2】下列说法错误的是 A．水汽化的过程中，、 B．绝热状态下体系会自发趋向混乱度增大方向进行 C．恒温恒压下，且的反应一定不能自发进行 D．低温有利于合成氨反应的自发进行 【变式2-3】某一化学反应　，一定条件下反应过程中的能量变化如图所示。 请回答下列问题： （1）Q 0(填“>”“<”或“=”)。 （2）熵变 0(填“>”“<”或“=”)。 （3）该反应 自发进行；若改为其他不变，该反应 自发进行。(填“能”、“不能”或“可能”)。 （4）反应物键能之和数值 生成物键能之和(填“>”“<”或“=”) （5）该反应 氧化还原反应(填“是”“不是”或“可能是”) ▉题型3 工业合成氨 【例4】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．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 B．合成氨一般选择400~500℃进行，主要是让铁触媒的活性最大，平衡转化率高 C．热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离 D．新型锰系催化剂将合成氨的温度、压强分别降到了350℃、1MPa，显著降低合成氨的能耗 【变式3-1】下列有关合成氨工业的说法正确的是 A．原料气必须经过净化的主要目的是为了防止合成的氨不纯 B．实际生产中，将氨气液化分离后的原料气循环使用，可提高经济效益 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．合成氨厂采用的压强越大，产率越高，无须考虑设备、条件 【变式3-2】已知 ，工业上采用铁触媒作该反应的催化剂。下列说法错误的是 A．1 mol与3 mol混合后充分反应放出的热量小于92.4 kJ B．铁触媒能改变合成氨的反应历程，也能改变反应的焓变 C．工业上选择温度为400~500 ℃，是因为该温度下铁触媒的活性最大 D．铁触媒能加快合成氨的反应速率，是因为单位体积内活化分子数目增多 【变式3-2】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 【变式3-3】合成氨工艺是人工固氮最重要的途径。回答下列问题： （1）工业合成氨的反应为。在容积为2L的密闭容器中，通入amolN2和bmolH2，若在一定条件下tmin后反应达到平衡，平衡后容器中剩余cmolN2. ①该反应的平衡常数表达式 。 ②达到平衡时，H2的转化率为 。 ③在tmin内以NH3的浓度变化表示的化学反应速率为 。 ④若把容器的容积缩小一半，则正反应速率 (填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，N2的转化率 。 （2）在合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前需经过铜氨液处理，目的是除去其中的CO，其反应为：。铜氨液吸收CO适宜的生产条件是 。 （3）合成氨工业中采用循环操作，主要是为了 (填序号)。 a．增大化学反应速率b．提高平衡混合物中氨的含量 c．降低氨的沸点d．提高氮气和氢气的利用率 （4）合成氨气的氢气可由天然气制备。 ①其反应为　，该反应自发的条件是 (填“低温自发”、“高温自发”或“任意温度自发”)。 ②为提高CH4的平衡转化率，可采用的措施是 (填序号)。 a．使用合适的催化剂b．采用较高的温度 c．采用较高的压强d．延长反应时间 ▉题型4 工业生产中反应条件的分析 【例5】煤气化的一种方法是在气化炉中给煤炭加氢，发生的主要反应为C(s)＋2H2(g)⇌CH4(g)。在V L的密闭容器中投入a mol碳(足量)，同时通入2a mol H2，控制条件使其发生上述反应，实验测得碳的平衡转化率随压强及温度的变化关系如图所示。下列说法正确的是 A．上述正反应为放热反应 B．在4 MPa、1 200 K时，图中X点v(H2)正＜v(H2)逆 C．在5 MPa、800 K时，该反应的平衡常数为 D．工业上维持6 MPa、1 000 K而不采用10 MPa、1000 K，主要是因为前者碳的转化率高 【变式4-1】下列关于硫酸工业的叙述正确的是 A．从燃烧炉出来的炉气不一定要净化 B．SO2转化为SO3时采用高温，不仅能加快反应速率还能提高SO2的转化率 C．SO2转化为SO3时采用常压，是因为增大压强不会提高SO2的转化率 D．从上图中A口逸出气体的主要成分是：SO2、SO3、O2 【变式4-2】环戊烯(C5H8)是一种重要的有机化工原料，可用环戊二烯(C5H6)制备。T℃时，将环戊二烯和HI按物质的量之比1：2充入容积为2L的恒容密闭容器中，仅发生反应：，下列有关该反应的说法正确的是 已知： 反应Ⅰ： 反应Ⅱ： 反应Ⅲ： A．该反应在高温下可自发进行 B．升高温度，有利于提高环戊烯的平衡产率 C．反应达到平衡时，环戊二烯和碘化氢的转化率相等 D．降低温度，正反应速率改变程度大于逆反应速率改变程度 【变式4-3】CO常用于工业冶炼金属，如图是在不同温度下CO还原四种金属氧化物达平衡后气体中lg[c(CO)/c(CO2)]与温度(T)的关系曲线图。下列说法正确的是    A．工业上可以通过增高反应装置来延长矿石和CO接触的时间，减少尾气中CO的含量 B．CO适用于高温冶炼金属铬(Cr) C．工业冶炼金属铜(Cu)时较低的温度有利于提高CO的利用率 D．CO还原PbO2的反应ΔH>0 ▉题型5 结合工业生产的化学平衡综合题 【例6】一碳化学是以分子中只含一个碳原子的化合物为原料生产化工产品的方法。合成气(和的混合气体)是一碳化学的重要原料，焦炭与水蒸气在恒容密闭容器中会发生如下三个反应： I： II： III： （1）当反应I达到平衡后，下列措施可提高正反应速率的是_______(填标号)。 A．加入焦炭 B．通入CO C．升高温度 D．分离出氢气 （2）若在恒温恒容容器中仅发生反应II，则下列能说明反应达到平衡状态的是_______。 A．容器内气体的压强不变 B．容器内气体的总质量不变 C．容器内气体的平均相对分子质量不变 D．单位时间内，每有2 mol 键断裂，同时有1 mol 键断裂 （3）向容积为的密闭容器中加入活性炭(足量)和，发生反应，和的物质的量变化如下表所示。 条件 保持温度为/℃ 时间 0 5min 10min 15min 20min 25min 30min 物质的量 2.0 1.4 1.0 0.70 0.50 0.40 0.40 物质的量 0 0.3 0.50 0.65 0.75 0.80 0.80 ①内，以表示的该反应速率 ，最终达平衡时的转化率 ，该温度℃下的平衡常数 。 ②保持温度℃不变，向该密闭容器中加入该四种反应混合物各，该时刻，正、逆反应速率的大小关系为： (填“>”“<”或“=”)。 （4）已知4CO(g) +2NO2(g)4CO2(g)+N2 (g) ΔH1 = -1200kJ•mol-1 ，该反应在 (填“高温”、“低温”或“任何温度”)下能自发进行。 【变式5-1】通常在乙苯蒸汽中掺混水蒸气，控制温度600℃，并保持总压为常压。不同温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)如图： （1）掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实 。 （2）控制反应温度为600℃的理由是 。 （3）某机构用代替水蒸气开发了乙苯-二氧化碳催化脱氢制苯乙烯。保持常压和原料气比例不变，与掺水蒸气工艺相比，在相同的生产效率下，可降低操作温度；该工艺中还能够发生反应：CO2＋H2=CO＋H2O，CO2＋C=2CO。新工艺的特点有 ①CO2与H2反应，使乙苯脱氢反应的化学平衡右移 ②不用高温水蒸气，可降低能量消耗 ③有利于减少积炭 ④有利用CO2资源利用 【变式5-2】随着我国碳达峰、碳中和目标的确定，二氧化碳资源化利用倍受关注。 Ⅰ．以和为原料合成尿素。 （1）有利于提高平衡转化率的措施是 （填序号）。 A．高温低压    B．低温高压    C．高温高压 （2）研究发现，合成尿素反应分两步完成，其能量变化如下图甲所示： 第一步： 第二步： ①图中 。 ②反应速率较快的是 反应（填“第一步”或“第二步”）。 Ⅱ．以和催化重整制备合成气：。 （3）在密闭容器中通入物质的量均为的和，在一定条件下发生反应，的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图乙所示。 ①若反应在恒温、恒容密闭容器中进行，下列叙述能说明反应到达平衡状态的是 （填序号）。 A．容器中混合气体的密度保持不变 B．容器内混合气体的压强保持不变 C．反应速率： D．同时断裂键和键 ②由图乙可知，压强 （填“＞”“＜”或“＝”，下同）；Y点速率 。 ③已知气体分压＝气体总压×气体的物质的量分数，用平衡分压代替平衡浓度可以得到平衡常数，则X点对应温度下的 （用含的代数式表示）。 （4）同温下，某研究小组分别在容积相等的两个恒容密闭容器中加入一定量的反应物，控制反应条件使其仅发生重整反应，获得如下效据： 容器编号 起始时各物质的物质的量/mol 平衡转化率 达到平衡时体系的压强 达到平衡时体系能量的变化 i 1 2 0 0 吸收热量： ii 2 4 0 0 ①容器i中反应达到平衡时，生成的物质的量为 ，容器ii中反应达到平衡状态过程中吸收的热量 （填“＞”、“＜”或“＝”）。 ②容器i的容积变为原来的一半，则平衡转化率 （填“＞”“＜”或“＝”）。 【变式5-3】回答下列问题。 （1）已知下列反应的热化学方程式： ① ② ③ i．反应①中，正反应活化能 逆反应活化能(填“大于”“小于”或“等于”)。 ii．反应③的反应热 。 iii．若某温度下反应①的平衡常数为，反应②的平衡常数为，则反应③的平衡常数 (用含、的式子表示)。 （2）硫酸在国民经济中占有极其重要的地位，下图是工业接触法制硫酸的简单流程图，试回答下列有关问题。 ①生产时先将黄铁矿粉碎再投入沸腾炉，目的是 。 ②25℃，101 kPa时，每燃烧0.12 kg FeS2就会放出853 kJ热量，写出此状况下FeS2燃烧的热化学方程式： 。 ③一定温度下，在容积固定的密闭容器中发生反应：。下列选项能充分说明此反应已达到平衡状态的是 。 A．密闭容器中SO2、SO3的物质的量之比为1∶1 B．密闭容器中压强不随时间变化而变化 C． D．密闭容器中混合气体的平均相对分子质量不随时间变化而变化 ④在实际生产过程中，控制进入接触室的气体中O2的体积分数是SO2体积分数的1.5倍，其目的是： 。 ⑤实验测得反应中SO2平衡转化率与温度、压强有关，请根据下表信息，结合工业生产实际，选择最合适的生产条件是 。(注：1 MPa约等于10个大气压)         压强/MPa 温度/℃ 0.1 0.5 1 10 400 99.2% 99.6% 99.7% 99.9% 500 93.5% 96.9% 97.8% 99.3% 600 73.7% 85.8% 89.5% 96.4% 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！19 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题04 化学反应的方向和工业合成氨 题型1 自发过程和自发反应 题型2 化学反应方向的判定 题型3 工业合成氨 题型4 工业生产中反应条件的分析 题型5 结合工业生产的化学平衡综合题 ▉题型1 自发过程和自发反应 【例1】下列说法正确的是 A．自发反应是指不需要条件就能发生的反应 B．非自发过程在任何条件下都不可能变为自发过程 C．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 D．常温下，反应C(s)+CO2(g)2CO(g)不能自发进行，则该反应的△H＞0 【答案】D 【解析】A．自发反应是指在一定温度和压强下，不需要外界帮助即可发生的化学反应，故A错误；B．非自发过程在一定条件下可能变为自发过程，如碳酸钙受热分解的反应是熵增的吸热反应，属于在高温下进行的非自发过程，故B错误；C．使用催化剂只能降低反应的活化能，加快反应速率，但不能改变化学反应进行的方向，故C错误；D．碳与二氧化碳生成一氧化碳的反应是熵增的反应，由常温下该反应不能自发进行可知，反应ΔH—TΔS＞0，则该反应的焓变ΔH＞0，故D正确；故选D。 【变式1-1】下列反应属于非自发反应的是 A．钠与水反应 B．氢气在氧气中燃烧生成水 C．水分解变成氢气和氧气 D．氨气和氯化氢相遇变成氯化铵 【答案】C 【解析】A．钠与水在常温下能够发生反应，A错误；B．虽然需要点燃或加热，但反应一旦发生，就能自发地进行下去，B错误；C．水分解变成氢气和氧气需要持续不断的通电，所以水分解变成氢气和氧气是非自发的反应，C正确；D．氨气与氯化氢相遇变成氯化铵，在常温条件下能够发生，D错误；故选C。 【变式1-2】化学与生活息息相关。下列不属于自发进行的变化是 A．墨汁加到清水中使整杯水变黑 B．水在0℃以下结为冰 C．石灰石转化为生石灰 D．铁器在潮湿的空气中生锈 【答案】C 【解析】A．墨汁浓度大于水，微粒向浓度低的方向分散是自发进行的物理变化，A不符合题意；B．水的凝固点为0℃，水在常温下是液体，冰在室温下融化成水，是自发进行的物理变化，B不符合题意；C．石灰石转化为生石灰需要在高温条件下进行，该变化过程在常温下不是自发进行的，C符合题意；D．铁在潮湿的空气中生锈是发生了电化腐蚀，发生了吸氧腐蚀，是自发进行的变化，D不符合题意。故选C。 ▉题型2 化学反应方向的判定 【例2】下列说法错误的是 A．在不同状态时的熵值： B．在常温下能自发进行，则该反应的 C．  能否自发进行与温度有关 D．常温下，反应不能自发进行，则该反应的 【答案】B 【解析】A．物质聚集状态不同熵值不同，同种物质，气体>液体>固体，的熵值：，A正确；B．该反应为气体体积减少的反应，，若该反应，则在任何条件下反应都不能自发进行，而在常温下能自发进行，说明该反应的，B错误；C．该反应的、，则反应自发进行需要，该反应在高温能自发进行，反应能否自发进行与温度有关，C正确；D．反应为，若该反应为，则在任何温度下反应都能自发进行，常温下，不能自发进行，说明反应不是，则则该反应的，D正确；答案选B。 【例3】化学反应方向的综合判据是判断反应能否白专进行的关键。由于反应的焓变、熵变随温度的变化较小，假设它们不随温度变化，根据下表数据。 化学反应 AH/kJ·mol—1 ① -98 57.2 ② 393.5 -2.86 ③ -176 -285 （1）根据表中数据可知：反应①在 下(填“高温”、“低温”、“任何温度)正向能自发进行。 （2）有人提出采用适当的催化剂，用热分解法分解CO2，以减少CO2的排放，你认为是否可行？ (填“是”或“否”)。阐述判断的理由 。 （3）利用综合判据，计算反应③能正向自发进行的温度范围 。(写出过程) 【答案】（1）任何温度 （2）否 该反应为吸热、墒减的化学反应，在任何温度下都不能正向自发进行 （3），则，解得，即低于时反应③能正向自发进行 【解析】（1）由表中数据可知，反应①的H0，S0，在任何温度下都有H-TS0，所以反应①在任何温度下，都能正向自发进行，故答案为:任何温度都能； （2）由表中数据可知，反应②的H0，S0，在任何温度下都有H-TS0，所以在任何温度下都不能正向自发进行，故答案为:不可行，该反应为吸热、熵减的化学反应，在任何温度下都不能正向自发进行； （3）反应③的H=-176kJmol-1，S=285Jmol-1，H-TS0，则-176+0.285T<0，T617.5K 344.5，即低于344.5时反应③能正向自发进行，故答案为:低于344.5时反应③能正向自发进行。 【变式2-1】CO2经催化加氢可合成甲醇(CH3OH)：  ，下列说法正确的是 A．该反应是放热反应，所以可以自发进行 B．1molH2O在不同状态下的熵值为S(g)<S(s) C．选择合适的催化剂，有可能使该反应在常温常压下以较快的速度进行 D．一定条件下，若观察不到水蒸气的产生，则说明该条件下反应不能自发进行 【答案】C 【解析】A．由方程式可知，该反应为熵减的放热反应，反应△H<0、△S<0，低温时△H—T△S<0，则该反应低温时可以自发进行，故A错误；B．1molH2O在不同状态下的熵值为S(g)＞S(l)＞S(s)，故B错误；C．选择合适的催化剂，可以降低反应的活化能，加快反应速率，故C正确；D．能否观察到水蒸气的产生，除了与反应能否自发进行有关，还与反应速率的快慢有关，则观察不到水蒸气的产生，不能说明该条件下反应不能自发进行，故D错误；故选C。 【变式2-2】下列说法错误的是 A．水汽化的过程中，、 B．绝热状态下体系会自发趋向混乱度增大方向进行 C．恒温恒压下，且的反应一定不能自发进行 D．低温有利于合成氨反应的自发进行 【答案】C 【解析】A．水汽化的过程是一个气体体积增大的吸热过程，即、，A正确；B．反应倾向于向熵增方向进行，故绝热状态下体系会自发趋向混乱度增大方向进行，B正确；C．根据自由能变判据可知，恒温恒压下，且的反应一定能自发进行，C错误；D．已知合成氨反应是一个气体体积减小的放热反应，根据自由能变判据可知，低温有利于合成氨反应的自发进行，D正确；故答案为：C。 【变式2-3】某一化学反应　，一定条件下反应过程中的能量变化如图所示。 请回答下列问题： （1）Q 0(填“>”“<”或“=”)。 （2）熵变 0(填“>”“<”或“=”)。 （3）该反应 自发进行；若改为其他不变，该反应 自发进行。(填“能”、“不能”或“可能”)。 （4）反应物键能之和数值 生成物键能之和(填“>”“<”或“=”) （5）该反应 氧化还原反应(填“是”“不是”或“可能是”) 【答案】（1）< （2）> （3）能 可能 （4）< （5）可能是 【分析】通过比较反应物总能量和生成物总能量的大小可以看出反应是吸热反应还是放热反应，图中反应物的总能量大于生成物的总能量，该反应是放热反应，，E1代表反应物断键吸收的总能量，E2代表形成生成物时成键释放的总能量。 【解析】（1）根据反应过程的能量变化可以看出反应物的总能量大于生成物的总能量，该反应是放热反应，，所以Q<0. （2）根据方程式可以看出反应后气体总分子数大于反应前气体总分子数，是熵增加的反应，所以熵变大于0。 （3）由于该反应，，所以，反应能自发进行；若改为其他不变，，当温度低时可以使，所以该反应可能自发进行。 （4）由图可知，E1代表反应物断键吸收的总能量，E2代表形成生成物时成键释放的总能量，所以反应物键能之和数值小于生成物键能之和。 （5）该反应没有给出具体元素种类，无法进行明确判断，可能是氧化还原反应。▉题型3 工业合成氨 【例4】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．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 B．合成氨一般选择400~500℃进行，主要是让铁触媒的活性最大，平衡转化率高 C．热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离 D．新型锰系催化剂将合成氨的温度、压强分别降到了350℃、1MPa，显著降低合成氨的能耗 【答案】B 【分析】氮气和氢气混合气体净化干燥后经过压缩机加压，进入热交换加热后在催化剂作用下发生反应生成氨气，再经过热交换后冷却分离出液态氨，未反应完的氮气和氢气可循环利用。 【解析】A．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，A正确；B．合成氨一般选择400~500℃进行，主要是让铁触媒的活性最大，反应速率增大，温度升高，该反应的平衡转化率降低，B错误；C．热交换将氨气的热量转给N2和H2，目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离，C正确；D．新型锰系催化剂将合成氨的温度、压强分别从400~500℃、10-30MPa降到了350℃、1MPa，显著降低合成氨的能耗，D正确；故选B。 【变式3-1】下列有关合成氨工业的说法正确的是 A．原料气必须经过净化的主要目的是为了防止合成的氨不纯 B．实际生产中，将氨气液化分离后的原料气循环使用，可提高经济效益 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．合成氨厂采用的压强越大，产率越高，无须考虑设备、条件 【答案】B 【解析】A．原料气必须经过净化的主要目的是为了防止合成氨的催化剂“中毒”，A错误；B．实际生产中，将氨气液化分离后提高产率，分离后的原料气循环使用，可提高经济效益，B正确；C．采用 400°C∼500°C ，可加快反应速率，不利于平衡正向移动，不能增大反应物的平衡转化率，C错误；D．合成氨厂采用的压强越大，产率越高，对设备要求高，D错误； 故选B。 【变式3-2】已知 ，工业上采用铁触媒作该反应的催化剂。下列说法错误的是 A．1 mol与3 mol混合后充分反应放出的热量小于92.4 kJ B．铁触媒能改变合成氨的反应历程，也能改变反应的焓变 C．工业上选择温度为400~500 ℃，是因为该温度下铁触媒的活性最大 D．铁触媒能加快合成氨的反应速率，是因为单位体积内活化分子数目增多 【答案】B 【解析】A．氮气和氢气反应生成氨气的反应为可逆反应，因此1 mol N2与3 mol H2混合后充分反应放出的热量小于92.4 kJ，A正确；B．催化剂降低反应活化能，不能改变反应的焓变，B错误；C．选择400~500 ℃的原因之一是铁触媒在该温度下活性最大，C正确；D．催化剂能降低反应的活化能，增大活化分子百分数，加快反应速率，D正确；故选B。 【变式3-2】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。 【变式3-3】合成氨工艺是人工固氮最重要的途径。回答下列问题： （1）工业合成氨的反应为。在容积为2L的密闭容器中，通入amolN2和bmolH2，若在一定条件下tmin后反应达到平衡，平衡后容器中剩余cmolN2. ①该反应的平衡常数表达式 。 ②达到平衡时，H2的转化率为 。 ③在tmin内以NH3的浓度变化表示的化学反应速率为 。 ④若把容器的容积缩小一半，则正反应速率 (填“增大”、“减小”或“不变”，下同)，N2的转化率 。 （2）在合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前需经过铜氨液处理，目的是除去其中的CO，其反应为：。铜氨液吸收CO适宜的生产条件是 。 （3）合成氨工业中采用循环操作，主要是为了 (填序号)。 a．增大化学反应速率b．提高平衡混合物中氨的含量 c．降低氨的沸点d．提高氮气和氢气的利用率 （4）合成氨气的氢气可由天然气制备。 ①其反应为　，该反应自发的条件是 (填“低温自发”、“高温自发”或“任意温度自发”)。 ②为提高CH4的平衡转化率，可采用的措施是 (填序号)。 a．使用合适的催化剂b．采用较高的温度 c．采用较高的压强d．延长反应时间 【答案】（1） 增大 增大 （2）低温和高压 （3）d （4）高温自发 b 【解析】（1）①该反应的平衡常数表达式；②根据已知条件列出“三段式” 达到平衡时，H2的转化率为；③在tmin内以NH3的浓度变化表示的化学反应速率为=；④若把容器的容积缩小一半，反应物浓度增大，则正反应速率增大，平衡正向移动，N2的转化率增大。 （2）是气体体积减小的放热反应，则铜氨液吸收CO适宜的生产条件是低温和高压。 （3）合成氨工业中采用循环操作，主要是为了提高氮气和氢气的利用率，故选d。 （4）①的、，当时，反应能自发进行，该反应自发的条件是高温自发；②a．催化剂不改变平衡状态，使用合适的催化剂不能提高CH4的平衡转化率，故a不选；b．该反应为吸热反应，采用较高的温度，平衡正向移动，能提高CH4的平衡转化率，故b选；c．该反应是气体体积增大的反应，采用较高的压强，平衡逆向移动，CH4的平衡转化率减小，故c不选；d．延长反应时间，不能提高CH4的平衡转化率，故d不选；故选b。 ▉题型4 工业生产中反应条件的分析 【例5】煤气化的一种方法是在气化炉中给煤炭加氢，发生的主要反应为C(s)＋2H2(g)⇌CH4(g)。在V L的密闭容器中投入a mol碳(足量)，同时通入2a mol H2，控制条件使其发生上述反应，实验测得碳的平衡转化率随压强及温度的变化关系如图所示。下列说法正确的是 A．上述正反应为放热反应 B．在4 MPa、1 200 K时，图中X点v(H2)正＜v(H2)逆 C．在5 MPa、800 K时，该反应的平衡常数为 D．工业上维持6 MPa、1 000 K而不采用10 MPa、1000 K，主要是因为前者碳的转化率高 【答案】C 【解析】A．升高温度，碳的平衡转化率增大，则平衡正向移动，上述正反应为吸热反应，A不正确；B．在4 MPa、1 200 K时，图中X点未达平衡，碳的转化率应不断升高，直至达到平衡，所以v(H2)正＞v(H2)逆，B不正确；C．在5 MPa、800 K时，碳的平衡转化率为50%，则平衡时H2的物质的量为amol，CH4的物质的量为0.5amol，该反应的平衡常数为=，C正确；D．从图中可以看出，从6 MPa、1 000 K到10 MPa、1000 K，碳的平衡转化率增大，但幅度不大，而对消耗的动力增加、对设备的要求提高，经济上不合算，所以工业上维持6 MPa、1 000 K而不采用10 MPa、1000 K，D不正确；故选C。 【变式4-1】下列关于硫酸工业的叙述正确的是 A．从燃烧炉出来的炉气不一定要净化 B．SO2转化为SO3时采用高温，不仅能加快反应速率还能提高SO2的转化率 C．SO2转化为SO3时采用常压，是因为增大压强不会提高SO2的转化率 D．从上图中A口逸出气体的主要成分是：SO2、SO3、O2 【答案】A 【解析】A．若以黄铁矿为原料生产SO2，因为所含的杂质会使催化剂中毒，所以必须要净化炉气，若以硫磺为原料生产SO2，因为其中所含的杂质很少，不需要净化，故A正确；B．SO2转化为SO3是放热反应，SO2转化为SO3时采用高温，平衡会逆向移动，降低了SO2的转化率，故B错误；C．SO2转化为SO3时增大压强，平衡将正向移动，会提高SO2的转化率，故C错误，之所以SO2转化为SO3时采用常压，是因为高压条件比较苛刻，一般不采用。故C错误；D．从上图中A口逸出气体的主要成分是：SO2、O2，故D错误；答案为A。 【变式4-2】环戊烯(C5H8)是一种重要的有机化工原料，可用环戊二烯(C5H6)制备。T℃时，将环戊二烯和HI按物质的量之比1：2充入容积为2L的恒容密闭容器中，仅发生反应：，下列有关该反应的说法正确的是 已知： 反应Ⅰ： 反应Ⅱ： 反应Ⅲ： A．该反应在高温下可自发进行 B．升高温度，有利于提高环戊烯的平衡产率 C．反应达到平衡时，环戊二烯和碘化氢的转化率相等 D．降低温度，正反应速率改变程度大于逆反应速率改变程度 【答案】C 【解析】A．据盖斯定律：Ⅰ-Ⅲ得C5H6(g)+2HI(g)⇌C5H8(g)+I2(g)ΔH=(-100.5+11)kJ•mol-1=-89.54kJ•mol-1，该反应ΔH＜0，ΔS＜0，根据ΔG=ΔH-TΔS，在低温时ΔG＜0，该反应能自发进行，故A错误；B．该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，不利于提高环戊烯的产率，故B错误；C．起始将环戊二烯和HI物质的量之比1：2，根据方程式，转化环戊二烯和HI物质的量之比1：2，则反应达到平衡时，C5H6和HI的转化率相等，故C正确；D．反应为放热反应，降低温度，平衡正向进行，逆反应速率改变程度大于正反应速率改变程度，故D错误；故选：C。 【变式4-3】CO常用于工业冶炼金属，如图是在不同温度下CO还原四种金属氧化物达平衡后气体中lg[c(CO)/c(CO2)]与温度(T)的关系曲线图。下列说法正确的是    A．工业上可以通过增高反应装置来延长矿石和CO接触的时间，减少尾气中CO的含量 B．CO适用于高温冶炼金属铬(Cr) C．工业冶炼金属铜(Cu)时较低的温度有利于提高CO的利用率 D．CO还原PbO2的反应ΔH>0 【答案】C 【解析】A．增高炉的高度，增大CO与矿石的接触，不能影响平衡移动，CO的利用率不变，A错误；B．由图像可知用CO工业冶炼金属铬时，lg[c(CO)/c(CO2)]一直很高，说明CO转化率很低，且高温耗能多，故CO不适合用于冶炼金属铬，B错误；C．由图像可知还原氧化铜或氧化铅时，温度越高，lg[c(CO)/c(CO2)]越高，说明CO转化率越低，平衡逆向移动，则降温平衡正向移动，低温有利于提高CO利用率，C正确；D．由图像可知还原氧化铜或氧化铅时，温度越高，lg[c(CO)/c(CO2)]越高，说明CO转化率越低，平衡逆向移动，则逆反应是吸热反应，CO还原PbO2的反应ΔH＜0，D错误；故选C。 ▉题型5 结合工业生产的化学平衡综合题 【例6】一碳化学是以分子中只含一个碳原子的化合物为原料生产化工产品的方法。合成气(和的混合气体)是一碳化学的重要原料，焦炭与水蒸气在恒容密闭容器中会发生如下三个反应： I： II： III： （1）当反应I达到平衡后，下列措施可提高正反应速率的是_______(填标号)。 A．加入焦炭 B．通入CO C．升高温度 D．分离出氢气 （2）若在恒温恒容容器中仅发生反应II，则下列能说明反应达到平衡状态的是_______。 A．容器内气体的压强不变 B．容器内气体的总质量不变 C．容器内气体的平均相对分子质量不变 D．单位时间内，每有2 mol 键断裂，同时有1 mol 键断裂 （3）向容积为的密闭容器中加入活性炭(足量)和，发生反应，和的物质的量变化如下表所示。 条件 保持温度为/℃ 时间 0 5min 10min 15min 20min 25min 30min 物质的量 2.0 1.4 1.0 0.70 0.50 0.40 0.40 物质的量 0 0.3 0.50 0.65 0.75 0.80 0.80 ①内，以表示的该反应速率 ，最终达平衡时的转化率 ，该温度℃下的平衡常数 。 ②保持温度℃不变，向该密闭容器中加入该四种反应混合物各，该时刻，正、逆反应速率的大小关系为： (填“>”“<”或“=”)。 （4）已知4CO(g) +2NO2(g)4CO2(g)+N2 (g) ΔH1 = -1200kJ•mol-1 ，该反应在 (填“高温”、“低温”或“任何温度”)下能自发进行。 【答案】（1）BC （2）D （3）0.03mol/(L•min) 80% 4 ＞ （4）低温 【解析】（1）A．焦炭是固体，加入焦炭，反应速率几乎不变，故不选A；B．通入CO，生成物浓度增大，平衡逆向移动，逆反应速率先增大后减小，正反应速率增大，故选B；C．升高温度，反应速率加快，故选C；D．分离出氢气，生成物浓度减小，平衡正向移动，逆反应速率先减小后增大，正反应速率减小，故不选D；选BC。 （2）A．反应前后气体系数和相同，压强是恒量，容器内气体的压强不变，反应不一定平衡，故不选A；B．根据质量守恒定律，气体总质量是恒量，容器内气体的总质量不变，反应不一定平衡，故不选B；C．气体总质量不变、气体总物质的量不变，平均相对分子质量是恒量，容器内气体的平均相对分子质量不变，反应不一定平衡，故不选C；D．单位时间内，每有2mol 键断裂，同时有1mol 键断裂，正、逆反应速率相等，反应一定达到平衡状态，故选D；选D。 （3）①0～5min内，Δn(NO)=2.0mol-1.4mol=0.6mol，则Δn(CO2)=0.5×0.6mol=0.3mol，浓度变化量是0.15mol/L，则v(CO2)=0.15mol/L÷5min=0.03mol/(L•min)；根据表格数据，25min时，反应已达到平衡，列化学平衡三段式（单位是mol），则 最终达平衡时NO的转化率a=×100%=80%，K==4；②保持温度T℃不变，向该2L密闭容器中加入该四种反应混合物各2mol，浓度均是1mol/L，Qc=＝1＜4，所以反应正向进行，v正(NO)＞v逆(NO)。 （4）已知4CO(g) +2NO2(g)4CO2(g)+N2 (g) ΔH1 = -1200kJ•mol-1，该反应为放热的，熵减的反应，根据ΔG=ΔH-TΔS＜0能自发进行分析，在低温下能自发进行。 【变式5-1】通常在乙苯蒸汽中掺混水蒸气，控制温度600℃，并保持总压为常压。不同温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)如图： （1）掺入水蒸气能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实 。 （2）控制反应温度为600℃的理由是 。 （3）某机构用代替水蒸气开发了乙苯-二氧化碳催化脱氢制苯乙烯。保持常压和原料气比例不变，与掺水蒸气工艺相比，在相同的生产效率下，可降低操作温度；该工艺中还能够发生反应：CO2＋H2=CO＋H2O，CO2＋C=2CO。新工艺的特点有 ①CO2与H2反应，使乙苯脱氢反应的化学平衡右移 ②不用高温水蒸气，可降低能量消耗 ③有利于减少积炭 ④有利用CO2资源利用 【答案】（1）加入水蒸气导致乙苯的分压降低，平衡向气体分子数大的方向移动，即正方向移动，乙苯的平衡转化率提高 （2）600℃，乙苯的平衡转化率和苯乙烯的选择性均较高，温度过低，乙苯转化率降低，温度过高，苯乙烯选择性下降，高温可能使催化剂失活，耗能大 （3）①②③④ 【解析】（1）该反应为气体分子数增大的反应，加入水蒸气，导致乙苯的分压降低，平衡 (g) (g)+H2(g)正向移动，乙苯的平衡转化率提高； （2）由图得出，600℃，乙苯的平衡转化率和苯乙烯的选择性均较高，温度过低，乙苯转化率降低，反应速率也减慢，温度过高，苯乙烯选择性下降，而且高温可能使催化剂失活，耗能大； （3）①CO2消耗H2，使乙苯脱氢反应的化平衡正向移动，提高产率，①合理； ②保持常压和原料气比例不变，与掺水蒸气工艺相比，在相同的生产效率下，可降低操作温度，不用高温水蒸气，可降低能量消耗，②符合； ③该工艺发生反应：CO2＋H2=CO＋H2O，CO2＋C=2CO，将C消耗，有利于减少积炭，③符合； ④CO2能与H2反应，有利用CO2资源利用，④符合； 综上所述，①②③④均合理，故选①②③④。 【变式5-2】随着我国碳达峰、碳中和目标的确定，二氧化碳资源化利用倍受关注。 Ⅰ．以和为原料合成尿素。 （1）有利于提高平衡转化率的措施是 （填序号）。 A．高温低压    B．低温高压    C．高温高压 （2）研究发现，合成尿素反应分两步完成，其能量变化如下图甲所示： 第一步： 第二步： ①图中 。 ②反应速率较快的是 反应（填“第一步”或“第二步”）。 Ⅱ．以和催化重整制备合成气：。 （3）在密闭容器中通入物质的量均为的和，在一定条件下发生反应，的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图乙所示。 ①若反应在恒温、恒容密闭容器中进行，下列叙述能说明反应到达平衡状态的是 （填序号）。 A．容器中混合气体的密度保持不变 B．容器内混合气体的压强保持不变 C．反应速率： D．同时断裂键和键 ②由图乙可知，压强 （填“＞”“＜”或“＝”，下同）；Y点速率 。 ③已知气体分压＝气体总压×气体的物质的量分数，用平衡分压代替平衡浓度可以得到平衡常数，则X点对应温度下的 （用含的代数式表示）。 （4）同温下，某研究小组分别在容积相等的两个恒容密闭容器中加入一定量的反应物，控制反应条件使其仅发生重整反应，获得如下效据： 容器编号 起始时各物质的物质的量/mol 平衡转化率 达到平衡时体系的压强 达到平衡时体系能量的变化 i 1 2 0 0 吸收热量： ii 2 4 0 0 ①容器i中反应达到平衡时，生成的物质的量为 ，容器ii中反应达到平衡状态过程中吸收的热量 （填“＞”、“＜”或“＝”）。 ②容器i的容积变为原来的一半，则平衡转化率 （填“＞”“＜”或“＝”）。 【答案】（1）B （2）72.5 第一步 （3）BD < > （4）1mol ＜ = 【解析】（1）由可知，该正反应方向为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，二氧化碳的转化率提高，故选B。 （2）①已知，由图可知，=72.5kJ/mol； ②由图可知，第一步的活化能比第二步小，活化能越小，反应速率越快，则反应速率较快的是第一步反应。 （3）①A．在恒温、恒容密闭容器中发生，参加反应的各组分都是气体，密度不变不能说明反应达到平衡，A错误；B．反应正向气体体积增大，恒容容器中，压强随着反应正向进行而增大，压强不变时说明各组分的含量不再变化反应达到平衡，B正确；C．和均表示正反应速率，化学反应速率之比等于化学计量数之比，任意时刻都有，不能说明反应达到平衡，C错误；D．断裂2molC-H键时生成1molH-H键，同时又断裂1molH-H键，正反应速率等于逆反应速，反应达到平衡，D正确；故选BD； ②反应正向气体体积增大，增大压强，平衡逆向移动，甲烷的转化率减小，结合图中信息可知，p1<p2；Y点甲烷转化率低于平衡时转化率，反应正向进行，v正>v逆； ③X点对应温度下甲烷的平衡转化率为50%，可列三段式： 平衡常数Kp=。 （4）①已知，即生成2molCO时放出247kJ热量，容器ⅰ放出热量123.5kJ，即生成的CO为1mol；容器ii的投料为容器ⅰ的2倍，在恒温恒容的容器中相当于增大压强，平衡会逆向移动，即生成CO小于2mol，所以放出的热量会小于247kJ； ②容器ⅰ的体积若变成原来的一半，则与容器ii的压强相等，二者为等效平衡，故转化率等于容器ii。 【变式5-3】回答下列问题。 （1）已知下列反应的热化学方程式： ① ② ③ i．反应①中，正反应活化能 逆反应活化能(填“大于”“小于”或“等于”)。 ii．反应③的反应热 。 iii．若某温度下反应①的平衡常数为，反应②的平衡常数为，则反应③的平衡常数 (用含、的式子表示)。 （2）硫酸在国民经济中占有极其重要的地位，下图是工业接触法制硫酸的简单流程图，试回答下列有关问题。 ①生产时先将黄铁矿粉碎再投入沸腾炉，目的是 。 ②25℃，101 kPa时，每燃烧0.12 kg FeS2就会放出853 kJ热量，写出此状况下FeS2燃烧的热化学方程式： 。 ③一定温度下，在容积固定的密闭容器中发生反应：。下列选项能充分说明此反应已达到平衡状态的是 。 A．密闭容器中SO2、SO3的物质的量之比为1∶1 B．密闭容器中压强不随时间变化而变化 C． D．密闭容器中混合气体的平均相对分子质量不随时间变化而变化 ④在实际生产过程中，控制进入接触室的气体中O2的体积分数是SO2体积分数的1.5倍，其目的是： 。 ⑤实验测得反应中SO2平衡转化率与温度、压强有关，请根据下表信息，结合工业生产实际，选择最合适的生产条件是 。(注：1 MPa约等于10个大气压)         压强/MPa 温度/℃ 0.1 0.5 1 10 400 99.2% 99.6% 99.7% 99.9% 500 93.5% 96.9% 97.8% 99.3% 600 73.7% 85.8% 89.5% 96.4% 【答案】（1）大于 -316 或 （2）增大黄铁矿与氧气的接触面积，加快反应速率，使燃烧更充分，提高原料利用率 BD 提高SO2的转化率，从而提高经济效益 0.1MPa，400℃ 【分析】工业接触法制硫酸中，黄铁矿在沸腾炉中燃烧生成三氧化二铁和二氧化硫，化学方程式为，二氧化硫在接触室被氧化为三氧化硫，三氧化硫在吸收塔中与水反应生成硫酸，实际吸收剂为浓硫酸，得到发烟硫酸； 【解析】（1）i．反应①为吸热反应，则正反应活化能大于逆反应的活化能； ii．由盖斯定律可知，则=； iii．由可得或； （2）①生产时先将黄铁矿粉碎再投入沸腾炉，其目的是大黄铁矿与氧气的接触面积，加快反应速率，使燃烧更充分，提高原料利用率； ②每燃烧0.12 kg即1mol FeS2就会放出853 kJ热量，则热化学方程式为： ； ③A．密闭容器中SO2、SO3的物质的量之比为1∶1，并不能说明其物质的量保持不变，故A错误；B．对于该反应前后气体体积不等，容器内压强不变可判断平衡状态，故B正确；C．当正逆反应速率符合化学计量数之比，即，反应达到平衡状态，故C错误；D．对于该反应前后气体体积不等，混合气体的平均相对分子质量不随时间变化而变化可判断平衡状态，故D正确；故选BD； ④该反应为可逆反应，控制进入接触室的气体中O2的体积分数是SO2体积分数的1.5倍，可以提高SO2的转化率，从而提高经济效益； ⑤由表中数据可以看出，SO2平衡转化率随温度升高而降低，故宜选用400℃，400℃时，SO2平衡转化率随压强变化不明显，则从节能角度，宜选用400℃、0.1MPa。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！19 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$