第11章 第47讲 化学反应的方向及调控-【优化探究】2025年高考化学一轮复习高考总复习配套课件（人教版2019 双选版）

第47讲 化学反应的方向及调控 优化探究 大单元四　化学反应原理 第十一章　化学反应速率与化学平衡 考点1　化学反应的方向 考点2　化学反应的调控——工业合成氨 探究真题 素养提升 课时作业 考点1　化学反应的方向 掌握必备知识 筑牢应试根基 1.自发过程 (1)含义：在一定条件下，不需要借助光、电等外力作用就能自动进行的过程。 (2)特点 2．熵、熵变 (1)熵是度量体系中________程度的物理量，符号为______。 (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。 混乱 S ＞ ＞ 3.化学反应方向的判断依据 降低 ＜ ＞ 能 不能 能 能 [易错加练] 能自发进行的反应一定能实际发生吗？ 答案：不一定，化学反应方向的判断依据指出的仅仅是在一定条件下化学反应能自发进行的趋势，并不能说明在该条件下反应一定能实际发生，还要考虑化学反应的快慢等问题。 √ √ × × × 提升关键能力 应对命题方式 1.（2023·平原段考）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所示。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 D 由化学方程式可知，该反应的ΔS<0，由题图可知该反应的ΔH<0，D项正确。 2.已知气体分子总数增多的反应一定是熵增的反应。任何条件下，下列反应不能自发进行的是(　　) A．2O3(g)===3O2(g)　ΔH<0 B．2CO(g)===2C(s)＋O2(g)　ΔH>0 C.N2(g)＋3H2(g)===2NH3(g)　ΔH<0 D．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)　ΔH>0 B 满足ΔG＝ΔH－TΔS<0，反应能自发进行。A项，ΔH<0，ΔS>0，反应能自发进行；B项，ΔS<0，ΔH>0，ΔG＝ΔH－TΔS>0，反应不能自发进行；C项，ΔS<0，ΔH<0，低温下反应能自发进行；D项，ΔS>0，ΔH>0，高温下反应能自发进行。 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(　　) A．会 B．不会 C．不能确定 D．升高温度才会 A 在0 ℃、100 kPa条件下，白锡转化为灰锡的ΔG＝ΔH－TΔS＝[－2.18－273×(－6.61×10-3)] kJ·mol-1≈－0.375 kJ·mol-1<0，因此在该条件下白锡会变为灰锡而不能继续使用。 4.下列说法不正确的是(　　) A．焓变是反应能否自发进行的相关因素之一，放热反应具有自发进行的倾向 B．在不同条件下同一物质有不同的熵值，其体系的混乱程度越大，熵值越大 C．自发反应是指不需要条件就能发生的反应 D．一个反应能否自发进行是焓变和熵变共同影响的结果 C 根据ΔH－TΔS<0时反应能自发进行可知，一个反应能否自发进行是焓变和熵变共同影响的结果，焓变是反应能否自发进行的相关因素之一，放热反应具有自发进行的倾向，但不一定能自发进行，A、D正确；根据熵增原理，体系的混乱程度越大，熵值越大，B正确；自发反应是指在温度和压强一定的条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的反应，C错误。 D 反应自发进行的前提条件是反应的ΔH－TΔS<0。A项，ΔH>0，ΔS<0，在任何温度下都有ΔH－TΔS>0，即在任何温度下反应都不能自发进行；B项，ΔH<0，ΔS<0，在较低温度下ΔH－TΔS<0，即反应只有在较低温度时能自发进行；C项，ΔH>0，ΔS>0，若使反应自发进行，需要求ΔH－TΔS<0，必须提高温度，即反应只有在较高温度时能自发进行；D项，ΔH<0，ΔS>0，在任何温度下都有ΔH－TΔS<0，即在任何温度下反应均能自发进行。 重要点拨：焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响 ΔH ΔS ΔH－TΔS 反应情况 <0 >0 <0 在任何温度下反应均能自发进行 >0 <0 >0 在任何温度下反应均不能自发进行 >0 >0 高温时<0 高温下反应能自发进行 <0 <0 低温时<0 低温下反应能自发进行 考点2　化学反应的调控——工业合成氨 掌握必备知识 筑牢应试根基 1．工业合成氨的条件控制 (1)反应原理：N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol-1。 (2)根据反应特点可选择的条件 ①增大合成氨反应速率的措施有___________、___________、________________和_____________。 ②提高平衡混合物中NH3含量的措施有________、________和________________。 升高温度 增大压强 增大反应物浓度 使用催化剂 降低温度 增大压强 增大反应物浓度 (3)反应条件的控制 ①压强：10 MPa～30 MPa。压强越大，转化率越大，对材料的强度、设备的制造要求就越高，需要的动力也越大。 ②温度：400～500 ℃。温度要适宜，既要保证有较快的反应速率，又不能使反应物的转化率太低，并且该反应的催化剂在该温度下活性最大。 ③催化剂：铁触媒作为催化剂可提高反应的速率。 ④浓度：迅速冷却使NH3液化，降低c(NH3)，平衡向右移动。 ⑤循环操作：将NH3分离后的原料气循环使用，提高原料的利用率。 2．化工生产适宜条件选择的一般原则 (1)从化学反应速率分析，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，既不能过快，又不能太慢。 (2)从化学平衡移动分析，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，从而提高平衡转化率。既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性。 (3)从原料的利用率分析，增加易得的廉价原料，提高难得的高价原料的利用率，从而降低生产成本。 (4)从实际生产能力分析，如设备承受高温、高压的能力等。 (5)注意催化剂的活性受温度的限制。 [正误判断] (1)工业合成氨的过程中，温度越低越好，一是节约能源，二是得到氨的高产率。(　　) (2)工业合成氨的过程中，压强越大越好，压强越大，得到氨的产率越高。(　　) (3)工业合成氨中选择400～500 ℃的合成温度，主要是考虑平衡因素。(　　) × × × 提升关键能力 应对命题方式 1.有关合成氨工业的说法正确的是(　　) A．增大H2的浓度，可提高H2的转化率 B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中可循环使用，所以总体来说氨的产率很高 C．工业合成氨的反应温度控制在700 K左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动 D．工业合成氨采用的压强是10 MPa～30 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大 B A项，增大H2的浓度，H2的转化率减小，错误；C项，温度控制在700 K左右，主要是为了兼顾速率与平衡，且500 ℃时催化剂活性最大，错误；D项，压强采用10 MPa～30 MPa主要是考虑对设备材料的要求，错误。 2.合成氨工业中，原料气（N2、H2及含少量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]CH3COO＋CO＋NH3⥫⥬[Cu(NH3)3]CH3COO·CO　ΔH<0。 (1)必须除去原料气中CO的原因是　　　　　　　　　　　　。 (1)合成氨流程中的除杂，是为了除去能使催化剂中毒的物质。 防止CO使催化剂中毒 (2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)吸收CO的适宜条件应是　　　　　　　　。 (2)从吸收CO的化学方程式中可得，该反应是正反应气体体积缩小的放热反应，因此为了使CO最大可能地被吸收，应采取低温、高压的条件使平衡正向移动。 低温、高压 (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)溶液再生的生产适宜条件应是___________________。 (3)要使醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液再生，即使平衡逆向移动，故应采取高温、低压的条件。 高温、低压 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 C (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，因此控制的反应条件为300 ℃、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 ________________________________________________________________________。 300 ℃时反应速率慢，700 ℃时副反应的转化率大于丁烯转化成丙烯的转化率 (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 ℃时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。 聚焦新情境 应对新信息 资料2．CO2催化加氢法 反应原理为2CO2(g)＋6H2(g)⥫⥬C2H4(g)＋4H2O(g)　ΔH＝－127.8 kJ·mol-1。向2 L的恒容密闭容器中加入1 mol CO2和3 mol H2，在催化剂的作用下发生反应，测得平衡时体系中各气体的物质的量随温度的变化关系如图3所示。 资料3．柴油裂解法 实验测得柴油裂解得到乙烯和丙烯的收率与温度、柴油在裂解设备内的停留时间的关系如图4所示。 认真阅读上述文献资料，回答下列问题： (1)①图1反应的决速步骤是　　　　（填“反应a”或“反应b”），写出乙烷裂解制乙烯的热化学方程式： ____________________________________________________。 ②依据图2分析工业上一般选择温度在1 000 K左右的原因可能是____________________________________________________________ _____________________________________________。 反应a C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g)　ΔH＝＋129.6 kJ·mol-1 温度太低，乙烷裂解制乙烯的反应平衡常数K太小，反应速率太慢；反应温度太高，副反应增多，容易产生积碳 (1)①活化能越大，反应速率越小，故该反应的决速步骤是反应a；由图1可知，乙烷裂解制乙烯的反应是吸热反应，故该反应的热化学方程式为C2H6(g)===C2H4(g)＋H2(g)　ΔH＝＋129.6 kJ·mol-1； ②工业上一般选择温度在1 000 K左右，因为温度太低，乙烷裂解制乙烯的反应平衡常数K太小，反应速率太慢；反应温度太高，副反应增多，容易产生积碳。 (2)①图3中曲线代表乙烯的物质的量随温度的变化关系的是 　　　　（填字母，后同）。 (2)①题给反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动，则图3中随温度升高，物质的量增大的曲线m、n表示反应物随温度的变化关系，随温度升高，物质的量减小的曲线p、q表示生成物随温度的变化关系，结合化学计量数关系可知，m代表H2的物质的量随温度的变化，n代表CO2的物质的量随温度的变化，p代表H2O的物质的量随温度的变化，q代表C2H4的物质的量随温度的变化； q ②依据资料2及图3分析，下列说法正确的是　　　　。 A.使用催化剂，可降低反应的活化能，加快反应速率，提高平衡产率 B．其他条件不变时，若扩大容器容积，则平衡逆向移动，v正减小，v逆增大 C.若容器内混合气体的密度不再随时间改变时，说明反应已达到平衡状态 D．保持温度不变，再通入3 mol H2，达到平衡时的CO2转化率增大，平衡常数K保持不变 D ②使用催化剂，可降低反应的活化能，加快反应速率，但不能提高平衡产率，选项A错误；扩大容器容积相当于减小压强，则v正和v逆均减小，选项B错误；容器体积不变，气体的总质量不变，混合气体的密度一直不变，无法判断反应是否已达到平衡状态，选项C错误；再通入3 mol H2，平衡正向移动，达到平衡时CO2的转化率增大，但平衡常数K只与温度有关，故K保持不变，选项D正确； ③T1 ℃时，化学平衡常数K＝　　　　，H2的平衡转化率为 　　　　%。 33.3 ③设T1℃，反应达到平衡时生成x mol C2H4，根据反应方程式，列三段式： 　 　 　 　 2CO2(g)＋6H2(g)⥫⥬C2H4(g)＋4H2O(g) 起始(mol) 1 3 0 0 变化(mol) 2x 6x x 4x 平衡(mol) 1－2x 3－6x x 4x (3)依据资料3及图4分析，工业上应选择的温度和停留时间分别为 　　　　K和　　　　s。 (3)由图4可知，停留时间在0.4 s时乙烯的收率最高，在1 120 K附近，乙烯的收率较高，且此温度下丙烯的收率较低。 1 120 0.4 阅读点拨：1.分析上述资料可知，其核心内容为图像信息，因此，阅读提取信息时要特别关注每一个图像的含义。 2.阅读图1时，需关注总反应的每个基元反应，同时要关注图中每个数字的含义，理解基元反应的活化能，基元反应的焓变以及总反应的焓变等。 3.阅读图2、3、4时，首先明确图像描述的化学含义，即纵坐标、横坐标的物理意义，图中每一条线的含义、变化趋势等，并实时关联相关的化学反应原理进行解读。 探究真题 素养提升 1.（2021·湖南卷，节选）氨气中氢含量高，是一种优良的小分子储氢载体，且安全、易储运，可通过下面两种方法由氨气得到氢气。 方法Ⅰ.氨热分解法制氢气 相关化学键的键能数据 化学键 N≡N H—H N—H 键能E/(kJ·mol-1) 946 436.0 390.8 在一定温度下，利用催化剂将NH3分解为N2和H2。回答问题： (1)反应：2NH3(g)⥫⥬N2(g)＋3H2(g)　ΔH＝　　　　　kJ·mol-1。 (1)ΔH＝反应物总键能－生成物总键能＝[2×3×390.8－(946＋436.0×3)] kJ·mol-1＝＋90.8 kJ·mol-1。 ＋90.8 (2)已知该反应的ΔS＝198.9 J·mol-1·K-1，在下列哪些温度下反应能自发进行？　　　　　（填字母）。 A.25 ℃　　　　　　　 B．125 ℃ C.225 ℃ D．325 ℃ CD 2. （2022·湖南卷，节选）钛(Ti)及其合金是理想的高强度、低密度结构材料。以钛渣（主要成分为TiO2，含少量V、Si和Al的氧化物杂质）为原料，制备金属钛的工艺流程如下： 已知“降温收尘”后，粗TiCl4中含有的几种物质的沸点： 物质 TiCl4 VOCl3 SiCl4 AlCl3 沸点/℃ 136 127 57 180 回答问题： 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。根据下图判断：600 ℃时，下列反应不能自发进行的是　　　　（填字母）。 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) C 若ΔG<0，则该反应可以自发进行，由题图可知600 ℃时，反应：TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)的ΔG>0，不能自发进行；TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)的ΔG等于反应：C(s)＋O2(g)===CO2(g)的ΔG与反应：TiO2(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋O2(g)的ΔG相加，由题图可知TiO2(s)＋C(s)＋2Cl2(g)===TiCl4(g)＋CO2(g)的ΔG<0，可以自发进行。 3.（2022·辽宁卷，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”）自发进行。 (1)对于合成氨反应，常温下，ΔG＝ΔH－TΔS＝[－92.4－298×(－0.2)] kJ·mol-1＝－32.8 kJ·mol-1<0，故合成氨反应在常温下能自发进行。 能 (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 ℃。 (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。 高 低 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：M­LiH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 a (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，c错误。 (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 c(N2)/ (mol·L-1) c(H2)/ (mol·L-1) c(NH3)/ (mol·L-1) v/(mol·L-1·s-1) 1 m n p q 2 2m n p 2q 3 m n 0.1p 10q 4 m 2n p 2.828q －1 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 a (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，即降低体系中的c(NH3)，生成物浓度下降，平衡向正反应方向移动，但不会提高正反应速率，a正确、c错误；反应主产物即氨不能使催化剂中毒，b错误。 课时作业47　化学反应的方向及调控 2 3 4 5 6 7 8 1 一、选择题 1.（双选）已知298 K下，反应：2Al2O3(s)＋3C(s)===4Al(s)＋3CO2(g)　ΔH＝＋2 171.0 kJ·mol-1，ΔS＝＋635.5 J·(mol·K)-1，则下列说法正确的是(　　) A．由ΔH可知，该反应是一个吸热反应 B．ΔS>0表明该反应是一个熵减的反应 C．该反应在室温下能自发进行 D．该反应可以自发进行的最低温度为3 416.2 K AD 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 2.一定条件下：2NO2(g)⥫⥬N2O4(g)　ΔH<0。在测定NO2的相对分子质量时，下列条件中，测定结果误差最小的是(　　) A．温度0 ℃、压强50 kPa B．温度130 ℃、压强300 kPa C．温度25 ℃、压强100 kPa D．温度130 ℃、压强50 kPa D 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 测定NO2的相对分子质量时，要使平衡逆向移动，且逆向移动的程度越大，测定结果的误差越小。该反应的正反应是气体分子数减少的放热反应，因此温度越高、压强越小时，平衡逆向移动的程度越大，故选D。 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 3.在密闭容器中投入一定量的反应物发生储氢反应：LaNi5(s)＋3H2(g)⥫⥬LaNi5H6(s)　ΔH＝－301 kJ·mol-1。在某温度下达到平衡状态，测得氢气的压强为2 MPa。下列说法不正确的是(　　) A．当LaNi5的浓度不再变化时，该反应达到平衡状态 B．若温度不变，缩小容器的容积至原来的一半，重新达到平衡时H2的压强仍为2 MPa C．扩大容器的容积，重新达到平衡时n(H2)增大 D．增大压强，降低温度，有利于储氢 A 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 4.焦炭常用于冶炼工业。已知反应①：2C(s)＋O2(g)===2CO(g)；反应②：2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)，反应①②的反应趋势与温度的关系如图所示。下列说法错误的是(　　) A．反应②的ΔS＜0，ΔH＜0 B．983 K是反应趋势变化的转折点 C．L1对应反应① D．当温度低于983 K时，过量焦炭的氧化产物以CO2为主 C 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 A项，反应②生成物的气体化学计量数之和小于反应物的气体化学计量数之和，所以ΔS＜0，燃烧反应属于放热反应，所以ΔH＜0，A正确；B项，ΔG越小，说明反应的趋势越大，983 K时两反应的ΔG相等，所以983 K是反应趋势变化的转折点，B正确；C项，反应①的ΔS＞0，则－ΔS＜0，ΔG和T成反比，所以斜率小于0，L2对应反应①，C错误；D项，当温度低于983 K时，L1的ΔG更小，所以以反应②为主，产物以CO2为主，D正确。 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 5.工业制硫酸的一步重要反应是SO2在400～600 ℃下的催化氧化：2SO2(g)＋ O2(g)⥫⥬2SO3(g)，这是一个正反应放热的可逆反应。如果反应在密闭容器中进行，下列有关说法不正确的是(　　) A．使用催化剂可加快反应速率，但不会提高SO3产率 B．其他条件保持不变，温度越高，速率越快，生产效益越好 C．实际生产中选定400～600 ℃作为操作温度，其原因是在此温度下催化剂的活性最高 D．增大压强可以提高SO3产率，但高压对动力和设备要求太高，会增加生产成本 B 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 A.使用催化剂加快了反应速率，缩短反应时间，提高反应效率，平衡不移动，SO3产率不变，故A正确；B.升高温度，活化分子百分数增大，化学反应速率加快，但该反应的正反应为放热反应，其他条件保持不变时，升高温度，平衡逆向移动，所以生产效益不一定好，故B错误；C.正反应为放热反应，操作温度应考虑催化剂的活性以及反应速率，故C正确；D.增大压强，平衡正向移动，则可提高SO3产率，但高压会对动力和设备要求太高，从而增加生产成本，为了降低成本，应该适当增大压强，故D正确。 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 6.（双选）已知反应：2NO2（红棕色）⥫⥬N2O4（无色）　ΔH<0。将一定量的NO2充入注射器中并密封，改变活塞位置的过程中，气体透光率随时间的变化如图所示（气体颜色越深，透光率越小）。下列说法不正确的是(　　) A．b点时，反应达到平衡状态 B．b点与a点相比，c(NO2)、c(N2O4)均减小 C．d点：v（正）>v（逆） D．若在c点将温度降低，其透光率将增大 BC 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 曲线中a→b段透光率不变，说明c(NO2)保持不变，故b点时反应达到平衡状态，A正确；a、b两点的透光率相等，说明这两点中c(NO2)、c(N2O4)分别相等，且保持不变，B错误；由题图可知，d点后透光率逐渐下降，说明c(NO2)逐渐增大，即平衡逆向移动，则v（正）<v（逆），C错误；c点降低温度，平衡正向移动，c(NO2)减小，则透光率将增大，D正确。 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 7.工业上用丁烷催化脱氢制备丁烯：C4H10(g)⥫⥬C4H8(g)＋H2(g)（正反应吸热），将丁烷和氢气以一定的配比通过填充有催化剂的反应器（氢气的作用是活化催化剂），反应的平衡转化率、产率与温度、投料比有关。下列判断不正确的是(　　) 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 下列说法正确的是(　　) A．其他条件不变，升高温度，NH3的平衡转化率增大 B．其他条件不变，在175～300 ℃范围内，随温度的升高，出口处N2和氮氧化物的量均不断增大 C．催化氧化除去尾气中的NH3，选择的反应温度应高于250 ℃ D．高效除去尾气中的NH3，需研发低温下使NH3转化率高和N2选择性高的催化剂 D 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 A.NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向进行，氨气的平衡转化率降低，故A错误；B.根据题图，在175～300 ℃范围内，随温度的升高，N2的选择性降低，即产生氮气的量减少，故B错误；C.根据题图，温度高于250 ℃，N2的选择性降低，且氨气的转化率变化不大，浪费能源，根据题图，温度应略小于225 ℃，此时氨气的转化率、氮气的选择性较大，故C错误；D.氮气对环境无污染，氮的氧化物污染环境，因此高效除去尾气中的NH3，需研发低温下使NH3转化率高和N2选择性高的催化剂，故D正确。 9 10 二、非选择题 9.科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。曾有实验报道：在常温、常压、光照的条件下，N2在催化剂（掺有少量Fe2O3的TiO2）表面与水发生反应，生成的主要产物为NH3。进一步研究NH3生成量与温度的关系，部分实验数据见表（光照、N2压力为1.0×105 Pa、反应时间为3 h）： T/K 303 313 323 353 NH3生成量/10-6 mol 4.8 5.9 6.0 2.0 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 回答下列问题： (1)请画出上述反应在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化的示意图，并进行必要标注。 答案：(1) 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 (1)催化剂能降低反应的活化能，改变反应历程，使一个高能量过程变为几个能量相对低的过程，使反应易发生。要点是有催化剂时能量低且反应过程中阶段变多了。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 (2)与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应速率慢。请提出可提高其反应速率且增大NH3生成量的建议：___________________________________________ （写出一点即可）。 (2)加快反应速率且增大NH3生成量的方法是升温、增大N2浓度、不断移出生成物。 升温（或增大N2浓度或不断移出生成物） 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 66.7% 5.0×10-3 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 (1)当SO2(g)、O2(g)和N2(g)起始的物质的量分数分别为7.5%、10.5%和82%时，在0.5 MPa、2.5 MPa和5.0 MPa的压强下，SO2平衡转化率α随温度的变化如图(a)所示。反应在5.0 MPa、550 ℃时的α＝　　　　，判断的依据是____________________________________________________ _____________________________________________________________________。影响α的因素有　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。 0.975 该反应为气体分子数减少的反应，增大压强，α提高。所以，该反应在550 ℃、压强为5.0 MPa的α大于2.5MPa的α，所以p1＝5.0 MPa 温度、压强和反应物的起始浓度（组成） 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 (2)将组成（物质的量分数）为2m% SO2(g)、m% O2(g)和q% N2(g)的气体通入反应器，在温度t、压强p的条件下进行反应。平衡时，若SO2转化 率为α，则SO3压强为　　　　　　　　　　　，平衡常数Kp＝ 　　　　　　　　　　（以分压表示，分压＝总压×物质的量分数）。 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 曲线上v最大值所对应温度称为该α′下反应的最适宜温度tm。t<tm时，v逐渐提高；t>tm时，v逐渐下降，原因是___________________________ _____________________________________________________________________________________________________。 升高温度，k增大使v逐渐提高，但α降低使v逐渐下降。t<tm时，k增大对v的提高大于α引起的降低；t>tm时，k增大对v的提高小于α引起的降低 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 2 3 4 5 6 7 8 1 9 10 $$