2.4 化学反应的调控-【重难点手册】2024-2025学年高中化学选择性必修第一册（人教版2019）

第二章化学反应速率与化学平斋》么出组 第四节 化学反应的调控 重点和难点 课标要求 重点：合成氨反应中化学反应速率和化学平衡的 1.通过工业合成氨适宜条件的选择，认识化学反应速 综合调控 率和化学平衡知识在生产生活和科学探究中的重要作用。 难点：结合化工生产实际，形成多角度调控化学反 2.在合成氨适宜条件的讨论中，归纳总结多角度分析 应的思路。 化学反应和化工生产条件的方法。 -01必备知识梳理。 基础梳理 知识点1合成氨反应 1.合成氨反应 自敲黑板 (1)原理 合成氨反应N?(g)十 N2(g)+3H2(g)=2NH(g)△H=-92.4kJ·mol-1 3H(g)一2NH(g)在298K 时的平衡常数K=4.1×10°， (2)特点 只能说明该反应在此条件下 ①合成氨反应是放热反应（△H<O)。 向正反应方向进行得较完全， ②合成氨反应是熵减小的反应（△S<0),即反应过程中气体 不能说明反应速率的快慢。 分子总数减小的反应。 ③合成氨反应是可逆反应。 四记方法 2.增大合成氨反应速率和提高平衡转化率的条件比较 增大合成氨的反应速率 增大反应速率 提高平衡转化率 综合结果 和提高平衡混合物中氨的含 量，在压强方面采取的措施是 压强 高压 高压 高压 一致的，在温度方面采取的措 兼顾反应速率和平衡转化 温度 高温 低温 率，且考虑催化剂活性 施是不一致的。 催化剂 使用 使用 增大反应物(N)浓增大反应物(N)浓度，且不 浓度 增大反应物浓度 度，降低生成物浓度断将生成物及时分离出来 回诊考策 为提高价格较贵的H2的 例①下列有关工业合成氨的说法，正确的是( ). 转化率，工业生产中常适当提 A.N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越 高N2与H的投料比，当N 有利于NH的合成 与H的初始投料比为1：2.8 B.恒容条件下，充入稀有气体有利于NH的合成 时更能促进合成氨反应的 C.工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都 进行。 111 重滩手细高中化学选择性必修1化学反应原理) 可自发进行 D.工业合成氨的反应是嫡减小的放热反应，在低温时可自发 进行 解析A项，N2的量越多，H的转化率越大，但若加入过多 的N2,则未反应的N2会带走较多的热量，反而不利于NH3的合 成；B项，恒容条件下，充入稀有气体对平衡无影响；C、D两项 △H一T△S<0时反应自发进行，而合成氨反应的△H<0、△S< 0,故在低温条件下该反应能自发进行。 答案D 知识点2工业合成氨适宜条件的选择 1.合成氨反应条件的选择依据 国敲黑板 工业生产中，必须从反应限度和反应速率两个角度来选择合 工业合成氨中压强和温度的 成氨的适宜条件，既要考虑尽量提高反应物的转化率，充分利用 选择方法 原料，又要使反应速率较快，提高单位时间内的产量，同时还要考 (1)压强的选择 ①合成氨反应是气态物 虑设备和技术条件。 质化学计量数之和减小的反 2.工业合成氨的适宜条件 应，增大压强既可以增大反应 外界条件 工业合成氨的适宜条件 速率，又能使平衡正向移动， 压强 根据反应器使用的钢材质量及综合指标来选择压 所以理论上压强越大越好。 强(10~30MPa) ②压强越大，对设备的要 温度 适宜温度为400~500℃ 求越高，压缩H和N所需 催化剂 使用铁触媒作催化剂 要的动力越大，因此选择的压 N和H的物质的量之比为1：2.8的投料比，氨 强应符合实际条件 浓度 及时从平衡混合物中分离出去 综合以上两点，根据反应 器可使用的钢材质量及综合 例②工业合成氨反应为N(g)十3H2(g)=2NH(g) 指标来选择压强。 △H=一92.4kJ·mol1,一般采用500℃左右的温度，其原因是 (2)温度的选择 ( ①因为正反应放热，所以 ①提高H2的转化率②适当提高氨的合成速率③提高氨 降低温度有利于平衡正向移动。 的产率④催化剂在500℃左右时活性最大 ②温度越低，反应速率越 A.① B.②④ C.②③④ D.①② 小，达到平衡所需要的时间越 解析工业合成氨反应为N2(g)十3H2(g)=2NH(g) 长，因此温度也不宜太低。 ③催化剂的催化活性在 △H=一92.4kJ·mol-1,正反应为放热反应，温度越低，原料转 适宜温度下才最大。 化率越高，但是低温下反应速率较小，为提高氨的合成速率，温度 综合以上因素，实际生产 不能太低，且催化剂在500℃左右时活性最大，综合考虑转化率 中一般采用的温度为400~ 和反应速率，一般采用500℃左右的温度。 500℃（主要考虑催化剂的 答案B 活性)。 112 第二章化学反应速率与化学平斋收出组 易错点1合成氨反应条件分析中的常见误区 国纠错练1 (1)忽视合成氨反应的放热特点，误认为温度越高，平衡混 对于工业合成氨反应 合物中氨的含量越高。 (g)+3H(g)一2NH(g) △<0.下列判断正确的是 (2)忽视高压对生产设备的要求，误认为合成氨工业中采 用的压强越高越好。 A.3体积H2和足量N (3)不熟悉催化剂的催化原理是改变反应历程，降低反应 反应，必定生成2体积NH 的活化能，误认为催化剂可以提高原料的转化率，可以使反应 B.使用合适的催化剂，可 的焓变发生变化。 以提高原料的利用率 (4)忽视工业生产中循环利用某些原料的意义。 C,为了提高合成氨反应 的反应速率，应尽可能提高反 知识点3合成氨的生产流程 应温度 1.生产流程 D.及时使氯液化分离的 N出于燥NH压溶机加压风出 热交换 N+H 主要目的是提高N和H的 净化 10-30MPa 利用率 N,+H NH +N.+H. 铁触蝶 冷 400-500℃ 液态NH NH,+N,+H 冒敲黑板 2.流程分析 催化剂“中毒” (1)原料气干燥、净化：除去原料气中的水蒸气及其他气体杂 因吸附或沉积“毒物”而 质，防止与催化剂接触时，导致催化剂“中毒”而降低或丧失催化 使催化剂活性降低或丧失的 活性。 过程，称为催化剂“中毒”。催 (2)压缩机加压：增大压强。 化剂“中毒”后，往往会失去活 (3)热交换：合成氨反应为放热反应，反应体系温度逐渐升 性，严重影响生产的正常进 行。对于合成氨反应中的铁 高，为原料气反应提供热量，故热交换可充分利用能源，提高经济 触媒催化剂，O2、CO、C02和 效益。 水蒸气等都能使其“中毒”，工 (4)冷却：生成物NH的液化需较低温度，采取迅速冷却的 业上为了防止催化剂“中毒”， 方法，可使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出来，以 常把反应物加以干燥和净化， 促使平衡向生成NH3的方向移动 以除去“毒物” (5)循环使用原料气：因合成氨反应为可逆反应，平衡混合物 中含有原料气，将NH分离后的原料气循环利用，并及时补充 N和H2,使反应物保持一定的浓度，有利于合成氨反应的进行， 提高经济效益。 例3(2023·山西太原期中)如图为工业合成氨的流程图。 下列有关说法错误的是()。 113 重雕点手细高中化学选择性必修1化学反应原理 N ①干燥NH ②加压③催化 ④液化 回诊考策7 H J 净化 (2×10Pa) 反应 →NH 分离 合成氯反应中，反应物的 ⑤N和H再循环 转化率并不高，如果让N和 A.步骤①中N2和H2以体积比1：2.8混合，有利于提高 H的混合气体只一次通过合 H2的转化率 成塔发生反应是很不经济的， B.步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以加快反 应将NH分离后的原料气循 应速率 环使用，并及时补充N和H, 使反应物保持一定的浓度。 C.步骤③④⑤均有利于提高原料的平衡转化率 D.液态NH除可生产化肥外，还可作制冷剂 解析步骤③“催化反应”中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，C项错误。 答案C 重难拓展 重难点1工业生产中化学反应条件的优化 1,分析化学反应的特点：从可逆性、反应前后气体体积的变 冒敲黑板 化、焓变三个角度分析。 化学反应条件选择的三原则 2.根据反应特点具体分析外界条件对反应速率和平衡的 (1)既要注意外界条件对 影响。 化学反应速率和化学平衡影 3.从反应速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际 响的一致性，又要注意对二者 影响的矛盾性。 情况，选择适宜的外界条件。 (2)既要注意温度、催化 外界 有利于加快 有利于 剂对化学反应速率影响的一 条件 综合分析结果 反应速率 平衡正向移动 致性，又要注意催化剂的活性 增大反应物 增大反应物浓度， 不断补充反应物，及时分离出 浓度 对温度的要求 浓度 减小生成物浓度 生成物 (3)既要注意理论上的需 在设备等条件允许的前提下， 求，又要考虑化工生产中的动 △Vm<0 高压 高压（有气体 尽量采取高压 力、材料和设备条件。 压强 参加的反应)】 △V>0 低压 兼顾速率和平衡，选取适宜的 压强 △H<0 兼顾速率和平衡，考虑催化剂 低温 的适宜温度 温度 高温 在设备等条件允许的前提下， 国诊考策 △H>0 高温 尽量采取高温并考虑催化剂 的适宜温度 当不同因素对反应条件 的要求有明显差异时，应综合 选取合适 催化剂 无影响 考虑催化剂活性与温度的关系 考虑多种因素，选取适宜的条 的催化剂 件。如合成气反应，综合考虑 114 第二章化学反应速率与化学平衡酱型 例①(2023·海南中学期未)工业上生产硫酸时，利用催化 了高温可以加快合成氨的反 氧化反应将S)2转化为S)方是一个关键步骤。不同压强和温度 应速率，低温有利于合成氢反 下，反应达到平衡时，SO2的转化率如下表所示（原料气各成分的 应的平衡正向移动，催化剂在 体积分数为S02:7%,O2:11%,N2:82%) 500℃左右时活性达到最大 以及生产成本等多种因素，选 0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 10 MPa 择在400一500℃下进行反应. 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% (1)SO2的氧化反应是 (填“吸热”或“放热”)反应。 (2)根据表中信息，你认为工业上将SO2转化为S)的适宜 刀拓考点 条件是 化工生产的总体要求 (3)在合成SO的过程中，不需要分离出SO3的原因是 多：生产的产品尽量要 多，或平衡尽量正向移动。 (4)若保持温度和容器容积不变，平衡后通入氧气，再达到平 快：反应速奉要快。 好：反应原理要合理正 衡时SO2的浓度 (填“增大”或“减小”)。 确，也就是制备途径要好。 解析(1)由表中数据可知，压强一定时，升高温度，S)2的平 省：原料利用率要高，省 衡转化率降低，说明升高温度，平衡逆向移动，因此SO2的氧化反 料省时省能源。 应是放热反应。(2)400~500℃时，SO2的转化率都比较高，适当 升高温度虽然会降低S)2的转化率，但是可以显著地增大反应速 率：压强越大，SO2的转化率越高，但是10MP对生产设备的要 求较高，生产成本也会增加，产生的额外收益却不高，因此选 1MPa即可。(4)通入氧气相当于提高反应物的浓度，平衡正向 移动，因此SO2的浓度减小。 答案(1)放热。(2)1MPa、400~500℃。(3)SO,的转 化率比较高，达到平衡后的混合气体中SO2的余量很少，故不需 要分离出SO。 (4)减小 口-02关律能力提升-◆ 题型】合成氨适宜生产条件的选择 NH的反应为号N(g)+H,(g)一NH(g) 例①（经典·浙江选考节选）合成氨工艺 △H(298K)=-46.2kJ·mol1。 是人工固氮最重要的途径。 该反应在Fe催化剂作用下的反应历程如 2o18年是合成氨工业先驱哈伯(F·Haber)》 下(“”表示吸附态)。 获得诺贝尔奖100周年。N2和H2反应生成 化学吸附：N2(g)→2N°：H(g)一→2H。 115 重滩食手册高中化学选择性必修1化学反应原理®) 表面反应：N十H一NH;NH十 恒压条件下，向体系中充入少量惰性气体，平 H'=NH:NH+H*NH。 衡逆向移动，不利于提高反应物的平衡转化 脱附：NH=NH(g)。 率，C项错误；不断将氨气液化，生成物浓度降 其中，N2的吸附分解反应活化能高、速率 低，有利于平衡正向移动，D项正确；通过天然 慢，决定了合成氨的整体反应速率。请回答下 气和水蒸气转化制得的H2中含有CH、CO等 列问题： 易燃易爆气体，容易爆炸，且CH:、CO可能使 (1)有利于提高合成氨平衡产率的条件有 催化剂“中毒”，造成催化剂活性降低，所以必 须经过净化处理，E项正确。 A.低温 B.高温 C.低压 答案(1)AD。(2)①原料气中N2相对 D.高压 E.催化剂 易得，适度过量有利于提高H2的转化率：N (2)实际生产中，常用工艺条件为Fe作催 在Fe催化剂上的吸附分解是决速步骤，适度 化剂，控制温度773K、压强3.0×102Pa,原料 过量有利于提高整体反应速率。②ADE 气中N2和H2的物质的量之比为1：2.8。 名而支用 化工生产中反应条件的选择 ①分析说明原料气中N过量的理由： (1)选择温度应考虑三个因素：反应速 率、产率（反应物的转化率）、催化剂的活性。 ②下列对合成氨工艺的理解，正确的是 (2)选择压强应考虑三个因素：反应速 率、产率（反应物的转化率）、对动力和生产设 A.合成氨反应的△H和△S都小于0 备的要求。 B.控制温度(773K)远高于室温，是为了 (3)浓度：常采用增大廉价反应物的浓 保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率 度、分离生成物、循环利用反应物等措施」 C.当温度、压强一定时，在原料气(N和 (4)催化剂：选用合适的催化剂，以增大 H2的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于 反应速率，提高生产效率。 提高反应物的平衡转化率 ◆跟踪练1下列有关化学工业的说法，正 D.由于NH有较强的分子间作用力，故 确的是( 在生产中可将NH液化，不断将液氨移去，有 A.合成氨工业中增大N2的浓度，活化分 利于反应正向进行 子的百分数增大，有效碰撞的次数增多，反应 E.分离空气可得N2,通过天然气和水蒸 速率加快 气转化可得H2,原料气须经过净化处理，以防 B.将NH液化，并使原料气循环使用可 止催化剂“中毒”和安全事故发生 提高合成氨反应中NH的产率 解析(2)②合成氨反应为放热反应，△H< C.我国合成氨厂采用的压强是10~ 0,该反应为气体分子数减少的反应，则△S< 30MPa,因为该压强下铁触媒的活性最大 0,A项正确；合成氨反应为放热反应，温度升 D.在硫酸工业中，寻找合适的催化剂来提 高，反应物的平衡转化率降低，B项错误：恒温 高原料的转化率 116 第二章化学反应速率与化学平斋么组 题型2工业生产中反应条件的分析 答案(1)BC。 (2)提高苯的转化率。 例2(2021·辽宁选择考节选)苯催化加 (3)HS、CO等杂质也可以被催化剂表面活性 氢制备环己烷是化工生产中的重要工艺，一定 中心吸附且不能及时脱离，使氢原子和苯分子 吸附在催化剂表面活性中心的机会减少，从而 条件下发生如下反应。 导致反应I的产率降低。 I.主反应： (g)十3H(g) (g） 名师支细 △H1<0 化工生产中反应条件的控制 (1)控制的目的 Ⅱ.副反应： (g)- CH.(g) 促进有利的化学反应，抑制有害的化学 △H2>0 反应。 回答下列问题： (2)控制的措施与效果 (1)有利于提高平衡体系中环己烷体积分 ①加快或减慢反应速率（改变温度，浓 数的措施有 度、压强，使用催化剂等)。 ②提高或降低反应物的转化率（控制温 A.适当升温 B.适当降温 度、浓度、压强等)。 C.适当加压 D.适当减压 ③减少甚至消除有害物质的生成。 (2)反应I在管式反应器中进行，实际投 ①控制副反应的发生。 料往往在n(H2):n(CH)=3:1的基础上 (3)化工生产中控制反应条件的原则 适当增大H的用量，其目的是 在化工生产中，为了提高反应进行的程 度而调控反应条件时，需要考虑控制反应条件 (3)氢原子和苯分子吸附在催化剂表面活 的成本、安全操作，环境保护和实际可能性等。 性中心时才能发生反应，机理如图所示。当 ●跟踪练2（经典·天津卷节选）CO2是 H中混有微量HS或C)等杂质时，会导致 一种廉价的碳资源，其综合利用具有重要意 反应I的产率降低，推测其可能的原因为 义。回答下列问题： CO2与CH经催化重整，制得合成气： CH(g)+C0.(g)雀化别2C0g)+2H(g) 按一定体积比加入CH,和CO2,在恒压下 。金属催化剂 发生反应，温度对CO和H2产率的影响如图 、载体 所示。此反应优选温度为900℃的原因是 解析(1)合成环己烷的反应为气体物质 的量减小的放热反应，故降低温度、适当增大 100 体系压强均有利于平衡正向移动，提高平衡体 80 系中环己烷的体积分数。(2)实际投料时，适 60. CO 女H 当增大H2的用量，有利于平衡正向移动，提高 40 8008509009501000 苯的转化率。 反应温度/℃ 117 重雕点国册高中化学选择性必修1化学反应原理) 03学业质量测评◆ A基础过关练 测试时间：15分钟 4.合成氨工艺（流程如图所示）是人工固氮重 1.(2023·广东佛山一中月考)在密闭容器中， 要的途径。请回答下列问题： 0 当反应N(g)+3H(g)=2NH(g)(△0) H.+ 压缩机 达到平衡时，下列措施能提高N2的转化率 冷却 的是( ) 未反应的 ①降低温度②恒压条件下通入惰性气体 H和N 催化剂 ③增大N2的浓度④通过缩小容器体积来 加热 增大压强 A.①④ B.①② C.②③ D.③④ 不断移去 液氨加压原料气 2.合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与 (1)合成塔中生成氨气的化学方程式为 温度、压强的关系如图所示。据此分析合成 氨工业中最有前途的研究方向是( ）。 (2)合成氨时压强越大越好，我国合成氨厂 采用的压强为10~30MPa,没有采用过 HN) 1.0×10°Pa 1.0×10P2 L.0×10'P 大的压强的原因是 (至少答出两点)。 (3)合成氨工艺流程中，为提高原料转化率 A.提高分离技术 采取的措施有 B.研制耐高压的合成塔 C.研制低温催化剂 (任写两条)。 D.探索不用N2和H合成氨的新途径 (4)合成氨工艺中普遍使用的催化剂为 3.(2023·广东深圳期末)纳米钴常作为C0加 。 实际工业合成氨中选择反应 氢反应的催化剂：CO(g)十3H2(g)一 温度为500℃有三个方面的原因：第一 CH(g)十HO(g)△H<0。下列说法正 是保证尽可能高的平衡转化率：第二是 确的是( :第三是 A.纳米技术的应用，优化了催化剂的性能， (5)合成氨的原料N2可以通过 得 提高了反应的转化率 到，H2可以通过天然气和二氧化碳转化 B.缩小容器的容积，平衡向正反应方向移 制备，已知CH(g)、H2(g)和CO(g)的 动，CO的浓度增大 燃烧热△H分别是一890.3k·mol1、 C.从平衡体系中分离出H2(O(g)能加快正反 -285.8kJ·mol1、-283.0kJ·mol1, 应速率 则制备H的热化学方程式为 D.工业生产中采用高温条件，其目的是提高 C)的平衡转化率 合成氨前，原料气必须经过净化处理，以 118 第二章化学反应速率与化学平斋么 防止 :工业上使用亚铜 D.生产过程中及时将水分离出去，可以加快 氨溶液除去CO来净化原料气，反应为 反应Ⅱ的正反应速率 [Cu(NH )2](aq)+CO(g)+NH(g) 3.北京航空航天大学教授团队与中科院高能 一[Cu(NH3)CO]+(ag)△H<0,吸 物理研究所合作，合成了Y1/NC和Sc/C 收后经适当处理可恢复亚铜氨溶液吸收 催化剂，用于常温常压下电化学催化氢气还 C)的能力，则亚铜氨溶液再生的适宜条 原氮气的反应。反应历程与相对能量模拟 件是 计算结果如图所示（表示单原子催化剂， N?表示被吸附于单原子催化剂表面的 B综合提能练 测试时间：12分钟 N)。下列说法正确的是( )。 1.下列化学平衡原理的应用正确的是( -o-Y/NC -Se/NC A.工业生产S)的反应是2SO)2(g)+O2(g) =2SO方(g)△H<0,实际生产中可采 用高压低温的生产条件 0 1.826 B.关节滑液由于形成尿酸钠品体[Ur(aq)十 N,'NNH'NNHH'N'NH'NHH'NHHH Na+(aq)=NaUr(s)△H<0]而引发 反应历程 关节炎，治疗时可进行冷敷 A.Sc/NC比Y1/NC更有利于吸附氮气 C,CO中毒是因为CO被吸人肺中发生反应 B.实际生产中将催化剂处理成纳米级颗粒 CO+HbO,(氧合血红蛋白)三O2+ 可提高氮气的平衡转化率 HbCO(碳氧血红蛋白)，治疗时可把病人 C.使用催化剂Y/NC或Sc/NC可改变该 放入高压氧舱 反应的△H D.自来水厂用液氯进行自来水的消毒时会 D.升高温度一定可以提高单位时间内氨气 加入少量液氨，反应中生成比HCIO稳定 的产率 NH,CI:NH+HCIO=HO+NHCl, 4.近年来，我国大力加强温室气体CO催化氢 其目的是降低HCIO的毒性 化合成甲醇技术的工业化量产研究，实现可 2.工业上利用NH和CO制取尿素CO(NH)2], 持续发展。回答下列问题： 有关反应的热化学方程式如下： (1)已知：C)2(g)+H(g)一HO(g)+ 反应I:2NH(1)+CO2(g)= CO(g)△H1=+41.1kJ·mol- H2 NCOONH (D △H=akJ·mol-i CO(g)+2H2 (g)=CHOH(g)AH2 反应Ⅱ：H2 NCOONH(1)=HO(1)+ =-90.0kJ·mol CO(NH2)2(1) △H=bkJ·molI 写出CO催化氢化合成甲醇的热化学方 下列有关说法正确的是( ）。 程式： 0 A.反应2NH(1)+CO2(g)=HO(1)+ (2)为提高CHOH(g)的产率，理论上应采 CONH)2()的△H=(a-b)kJ·mol 用的条件是 (填序号) B.反应I在一定温度下能自发进行，则a>0 a.高温高压 b.低温低压 C.采用高压条件既能加快反应速率，又能提 c.高温低压 d.低温高压 高原料的平衡转化率 (3)250℃时，在恒容密闭容器中由C)2(g) 119 国随食手细高中化学选择性必修1化学反应原理 u 催化氢化合成CHOH(g),如图为不同 类科学技术的一项重大突破，N(g)十3H(g) 投料比[思]时某反应物X的平衡 =2NH3(g)△H=-92.4kJ·mol- △S=一200J·mol1·K1。回答下列问题： 转化率的变化曲线。 (1)合成氨反应在常温下 (填“能” 或“不能”)自发进行。 药5 (2)工业合成氨反应中， (填“高温” 或“低温”，下同)有利于提高反应速率， 有利于提高平衡转化率，综合 5 10 考虑催化剂（铁触媒）活性等因素，工业 n(H,) 上常采用400500℃的反应温度。 CO) 反应物X是 (填“CO2”或“H”)。 (3)针对反应速率与平衡产率对反应条件的 (4)250℃时，在体积为2.0L的恒容密闭容器 不同要求，我国科学家提出了两种解决 中加人6molH、2 mol CO.和催化剂， 方案，其一是MIH复合催化剂法，有 l0min时反应达到平衡，测得c(CHOH) 关反应速率的变化曲线如图所示 =0.75mol·L.。 ①前l0min内H的平均反应速率 解·100 ·有LiH (H2)= mol·L-1·minl。 本无LiH 温度为 ②化学平衡常数K 300℃ ③催化剂和反应条件与反应物的转化率 V Cr Mn Fe Co Ni催化剂 和产物的选择性高度相关。控制相同投 10000 料比和相同反应时间，测得四组实验数 8000 06000 据如下： +Fe-LiH 4000 Mn-LiH 2000 Cr-LiH 实验 C)的转 温度/K 催化剂 甲醇的选 编号 化率/% 择性/% 50100150200250300350400温度/℃ Cu/ZnO 下列说法正确的是 543 42.3 纳米棒 12.3 a.300℃时，复合催化剂比单一催化剂效 Cu/ZnO) B 543 11.9 72.7 率更高 纳米片 b.同温同压下，复合催化剂有利于提高 Cu/ZnO 553 纳米棒 15.3 39.1 氨的平衡产率 Cu/ZnO ℃，温度越高，复合催化剂的活性一定越高 D 553 12.0 70.6 纳米片 (4)在合成氨过程中，需要不断分离出氨的 根据上表所给数据，用C)2生产甲醇的 原因为 最优条件为 (填实验编号)。 a.有利于平衡正向移动 C培优突破练 测试时间：5分钟 b.防止催化剂“中毒” 1.(2022·辽宁选择考改编)工业合成氨是人 c,提高正反应速率 120第四节 化学反应的调控 反应速率,缩短达到平衡所需的时间,D项错误。 【必备知识梳理】 高温,高压 1 1)N 3H 一2NH. [纠错练1]D 催化剂 (2)压强越大,对材料的强度和设备的制造要求越高 【关键能力提升】 需要的动力也越大,增加生产成本和能耗,降低综合经 [跟踪练1] B [合成氛工业中增大N:的浓度,单位体 济效益。 积内活化分子总数目增多,活化分子百分数不变,单位 (3)不断分离出氛气、未反应的氢气和氢气循环使用 时间内、单位体积内有效碰撞次数增多,反应速率加 对原料气加压(写出两条即可) 快,A项错误;增大压强有利于氛的合成,但所需的动 (4)铁触媒;加快反应速率;500C左右催化剂的活性 力大,对材料,设备等要求高,因此工业上一般采用 最大。 的压强是10~30MPa.不是因为该压强下铁触媒的活 (5)分离空气;CH.(g)+CO.(g)-2CO(g)+2H(g) 性大,C项错误;在疏酸工业中,寻找合适的催化剂 AH一+247.3kI·mol;催化剂“中毒”;高温低压 来提高化学反应速率,但不能提高原料的转化率,D项 错误。] (5)已知CH(g)、H(g)和COg)的燃烧热AH分别为 [跟踪练2] -80. 3kJ·mol .-285 8kJ·mol -283. 0 kJ·mol. 900C时,合成气产率已经较高,再升高温 度,产率增幅不大,但能耗升高,经济效益降低 则有热化学方程式:①CH.(g)+20(g)CO(g)十 [由题图可知,随着温度的升高,C0)H:的产率逐渐增 $HO(1) AH--890.3kJ·mol,②H.(g)+O(g) 大,而900C时,合成气的产率已经较高,继续升高温 --HO()) △H=-285.8kJ·mol.③CO(g)+ 度,合成气的产率增幅不大,但能耗升高,导致经济效 益降低,故优选温度为900C。] 【学业质量测评】 盖斯定律,由①-②×2-③×2可得CH.(g)+C0(g) -2CO(g)+2H.(g) 基础过关练 △H-+247.3kJ·mol。为 1.A [合成氛反应是放热反应,降低温度,平衡向正反 使亚铜氢溶液再生,该反应的平衡应逆向移动,由热化 应方向移动,氮气的转化率增大,①正确;该反应是反 学方程式可知,该反应的正反应是气体分子数减少的 放热反应,高温低压有利于反应逆向进行。 应前后气体分子数减少的反应,恒压条件下通入情性 气体,容器的容积增大,相当于减小压强,平衡向逆反 综合提能练 应方向移动,氢气的转化率减小,②错误;增大氢气的 1.C [由勒夏特列原理知高压虽然有利于SO。生成,但 浓度,平衡向正反应方向移动,但氢气的转化率减小 在常压下S0,的平衡转化率已经很高,加压会增大成 ③错误;增大压强,平衡向正反应方向移动,氢气的转 本和能量消耗,故实际生产中通常采用常压操作,A项 化率增大,④正确。] 错误:反应Ur(ao)+Na'(aa)-NaUr(s)的正反应 2.C [由题图可知,c(NH)随着温度的升高而显著下降 是放热反应,冷敷有利于平衡向正反应方向移动,产生 即在低温条件下,NH。的体积分数较高,但目前所用 更多的尿酸纳,加重病情,B项错误;把病人放人高压 化剂--铁触媒的活性最大时的温度在500C左右, 氧舱,增大氧气的浓度,平衡逆向移动,减少CO与H 故最有前途的研究方向是研制低温催化剂。 (血红蛋白)的结合,C项正确:加液氛后,使部分HCIC 3.B [催化剂可加快反应速率,但不能使平衡发生移动, 转化为较稳定的NH.Cl.随着HCIO被消耗,题述平衡 A项错误:该反应的正反应是气体分子数减少的反应 向左移动,又产生HC1O起杀菌作用,加入液氛的目的 缩小容器的容积,平衡正向移动,但CO的浓度增大 是延长杀菌时间,D项错误。 B项正确:从平衡体系中分离出H.O(g),达到新的平 2.C [根据盖斯定律,由反应I十反应II可得反应 衡,正、逆反应速率比原平衡的慢,C项错误;该反应的 2NH(1+CO(g)-H.OCD+CO(NH)( △H- 正反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,反应物 (a十b)kJ·mol,A项错误;反应I是一个煸减小的 的转化率会降低,工业生产中采用高温条件,能提高化学 反应,△S<0,由反应I在一定温度下能自发进行可 19 知,△H-T△S<0.则△H<0.即a<0.B项错误;NH 多个产物,其中某一产物是目标产物,若目标产物的产 和CO.制取尿素[CO(NH。):]的总反应为2NH。(1)十 率越高,说明该反应的选择性越好。观察四组数据,相 CO.(g)H.O(D+CO(NH).().该反应是气体分 比之下,B、D中甲醇的选择性好,虽然B中CO.的转 子数减少的反应,增大压强,化学反应速率加快,平衡 化率比D中的稍低,但是B中甲醇的选择性比D中的 向正反应方向移动,原料的平衡转化率增大,C项正 好,故B为最优条件。 确;生产过程中及时将水分离出去不能加快反应lI的 培优突破练 反应速率,D项错误。] 1.(1)能。 (③)a。 (2)高温;低温。 (4)a。 3.A[由题图可知,使用Sc/NC吸附N:后相对能量较 [(1)常温下,合成氛反应的△G=△H一T△S- 低,则Sc/NC更有利于吸附N,A项正确;催化剂只 -924k·mol-28Kx(-20x10k·mol·K-) 能改变化学反应速率,不能使化学平衡移动,故实际生 产中将催化剂处理成纳米级颗粒不能提高N。的平衡 =-32.8k·mol<0,故合成氢反应在常温下能自 发进行。(2)高温有利于提高反应速率,而合成氢反应 转化率,B项错误;催化剂只改变反应的历程,不改变 反应的恰变,C项错误;由题图可知,合成氛的反应为 是放热反应,低温可使平衡正向移动,有利于提高平衡 放热反应,升高温度,平衡逆向移动,且温度越高,催化 转化率。(3)由题图可知,300C下,使用复合催化剂 剂吸附N。越困难,故升高温度虽然一定程度上可增大 比使用单一催化剂时的反应速率快,催化效率高,a项 反应速率,但不一定能提高单位时间内NH。的产率,D 正确;催化剂不能改变平衡状态,故不能提高氛的平衡 项错误。] 产率,b项错误;催化剂在一定的温度范围内具有较好 4.(1)3H(g)+CO(g)CHOH(g)+HO(g 的活性,而不是温度越高,催化剂的活性越高,c项错 AH--48.9kJ·mol. 误。(4)分离出氛使产物的浓度降低,平衡正向移动,a (2)d。 (③)CO。 项正确;氛不会使催化剂“中毒”,b项错误;分离出氛不 会提高正反应速率,c项错误。] [(1)根据盖斯定律,将题述两个热化学方程式相加可 得目标热化学方程式。(2)根据热化学方程式可知,生 单元学能测评 成CHOH(g)的反应是放热反应,也是气体分子数减 1.B [A项,氢气溶于水发生反应Cl。十HO--H+ 少的反应,故要想提高CHOH(g)的产率,需要低温高 CI十HCIO.次氢酸不稳定,见光容易发生分解,次氢 压的条件,d项合理。(3)观察题图中的横坐标,其表示 酸浓度减小.平衡正向移动,c(C)减小.氢水颜色变 浅,符合勒夏特列原理;B项,合成氛反应为放热反应, 率随n(H)的增大而增大,可推知反应物X为CO。 高温不利于合成氢,温度控副在400~500C左右是为 (4)①CHOH(g)的浓度变化量为0.75mol·L-. 了提高催化剂的活性,不能用勒夏特列原理来解释;C 则有: 项,根据勒夏特列原理可知,升高温度,平衡向吸热反 3H.(g)+C0.(g)-CH.OH(g)+H.Og 应方向移动,二氧化氢浓度增大,气体颜色加深;D项 起始浓度 0 3 根据勒夏特列原理可知,增大压强,平衡向气体分子数 (mol·L) 减少的方向移动,即向生成三氧化疏的方向移动。] 转化浓度/ 0.75 0.75 2.25 0.75 2.D [增大压强,单位体积内活化分子数增多,反应速率 (mol·L) 增大,但活化分子百分数不变,D项错误。] 平衡浓度/ 0.75 0.75 0.75 0.25 3.A [将0.2mol·L-的K1溶液和0.05mol·L的 (mol·L) Fe。(SO.)。溶液等体积混合后,1过量,若不是可逆反 H. 的浓度变化量为2. 25mol·L,则前10min内H 应,Fe全部转化为Fe,则溶液中无Fe,故只需证 的平均反应速率v(H)=0.225mol·L-·min ②K-(CH:OH)·c(HO)0.75X0. 75 明溶液中含Fe”即可证明此反应为可逆反应。向混合 16 (H)·c(CO) 0.75X0.25 溶液中滴入KSCN溶液,溶液变红,说明含有Fe,故 ③选择性是指产物的专一性,在一个化学反应中若有 ①正确:向溶液中滴入AgNO.溶液,有黄色沉淀生成 20