2.4化学反应的调控【四大必考点+四大秒杀招+二大题型+分层训练】--2024-2025学年高二化学精品讲义+解题大招（人教版（2019））

2.4化学反应的调控【四大必考点+四大秒杀招+二大题型+分层训练】 课前预习+知识精讲 知识点01合成氨反应的原理、特点及反应的自发性 1．反应原理 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。 已知298k时，ΔＨ＝－92.2 kJ/mol，ΔS＝－198.2 J·K-1·mol-1。 2．反应特点 (1)ΔＨ＝－92.2 kJ/mol，该反应的正反应为放热反应。 (2)体积变化：所有的反应物和生成物都是气态，该反应为气体体积减小的反应； (3)ΔS＝－198.2 J·K-1·mol-1，该反应为熵减小的反应； (4)降低温度、增大压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动。 (5)在一定的温度和压强下，反应物中 N2和 H2 的体积比为 1:3时平衡混合物中氨的含量最高。 (6)常温(298 K)下，其平衡常数Ｋ＝4.1×10６ （mol•L-1）－２，只能说明反应在此条件下进行得较完全，不能说明反应速率的快慢。 3. 判断反应的自发性 ΔH－TΔS=－92.2 kJ/mol-298K×（－198.2×10-3 KJ·K-1·mol-1）≈-33.1kJ/mol＜0，所以该反应在298K的条件下能够自发进行。 知识点02合成氨反应的限度 1. 浓度的影响 ①增加N2和H2的浓度，化学平衡都会正向移动； ②减小NH3的浓度，会使化学平衡正向移动，工业上一般把生成的氨气及时从反应体系中分离出来，使更多的反应物转化为生成物。 1. 温度的影响 由于正反应是放热反应，故降低温度有利于化学平衡向生成氨的方向移动。 2. 压强的影响 正反应是为化学方程式中气态物质系数减小的反应，增大压强有利于平衡向生成氨的方向移动。工业上一般尽量选择高压来提高氨的产率。 3. 结论 ①降低温度、增大压强将有利于化学平衡向生成氨的方向移动； ②在一定的温度和压强下，反应物N2与H2的体积比为1：3时，平衡混合物中氨的含量最高。 知识点03合成氨反应的速率 1．速率方程 在特定条件下，合成氨反应的速率与参加反应的物质的浓度的关系式为v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，由速率方程可知：合成氨反应的速率与氮气浓度的 1次方成正比，与氢气浓度的 1.5次方成正比，与氨气浓度的1次方成反比。 因此在一定温度、压强下，增大N2或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于提高合成氨反应的速率。 【链接拓展】一个化学反应的速率与参与反应物质的浓度关系式是实验测定的结果，不能随意根据反应的化学方程式直接写出。 2．温度升温时，k增大，因此升温有利于提高合成氨的速率。 3．加入合适的催化剂能降低合成氨反应的活化能，使合成氨反应的速率提高上万亿倍，可通过降低反应的活化能来加快反应速率。 知识点04合成氨的适宜条件 １．合成氨反应条件的选择原则 工业生产中，必须从反应速率和反应限度两个角度选择合成氨的适宜条件。 （1）尽量增大反应物的转化率，充分利用原料； （2）选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量； （3）考虑设备的要求和技术条件。 ２．合成氨反应的适宜条件分析 （１）压强：压强越大越有利于合成氨，但在实际生产中，应根据反应设备可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。大致可分为低压（1×107Pa）、中压（2×107Pa～3×107Pa）和高压（8.5×107Pa～1×108Pa）三种类型。 （２）温度：温度越高，反应速率越大，但不利于氨的合成，在实际生产中一般控制反应温度在 700Ｋ左右，因为在此温度时催化剂的活性最大。 （３）催化剂：使用催化剂可以大幅度提高反应速率，合成氨生产一般选择铁触媒做催化剂。 （４）浓度：合成氨生产通常采用 N2和 H2物质的量之比为 1:2.8的投料比，并且及时将氨气从反应混合物中分离出去。此外，还应考虑原料的价格，未转化的合成气的循环使用、反应热的综合利用等问题。 3．合成氨的适宜条件 外部条件 工业合成氨的适宜条件 温度 适宜温度700 K左右 浓度 (1)N2与H2的投料比为1∶2.8 (2)使气态NH3变成液态NH3并及时从平衡混合物中分离出去，及时补充N2和H2 压强 根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强，大致分为低压（1×107Pa）、中压（2×107Pa～3×107Pa）和高压（8.5×107Pa～1×108Pa）三种类型。 催化剂 使用铁触媒做催化剂 4. 工业合成氨的主要生产流程 知识点05合成氨生产的工艺流程探究 1.生产流程：制气→净化除杂→压缩→合成→冷却分离→循环压缩（如图所示）。 2.原料气的制备 ①N2 ———物理方法：将空气液化蒸发分离出N2 。 ②H2———工业上用水蒸气与焦炭在高温下反应，吸收CO2后制得。C＋H2O(g)CO＋H2;CO＋H2O(g)CO2＋H2。 以天然气为原料时，反应可简单表示为： CH4+H2OCO+3H2、CO+H2OCO+H2 3.净化：消除造气过程中夹带的杂质，防止催化剂中毒。原料气净化、除杂、压缩后通入合成塔。 4.NH3的合成：在合成塔中进行。 从塔口进气，经热交换器与塔内反应后的高温气体逆流交换热量后，进入接触室与铁触媒接触反应，从塔下口出气。 5.NH3的分离：混合气经冷却后，进入氨分离器，只有氨气在该装置中液化得到液氨，而未反应的 N2和H2经循环压缩机压缩后，再通入合成塔中进行反应。 如果让 N2和H2的混合气体，只一次通过合成塔起反应也是很不经济的，应将与 NH3分离后的原料气循环使用，并及时补充 N2和H2，使反应物保持一定的浓度，以有利于合成氨反应。 解题大招 大招01合成氨反应的限度易错点 提高反应限度主要是为了提高原料的利用率，在实际生产过程中，为提高价格较高的原料的利用率，往往使价格低廉的原料配比稍高于理论值。 大招02合成氨反应的速率二级结论 增大反应物浓度、使用合适的催化剂、升高温度，都可增大合成氨反应的反应速率。 大招03合成氨的适宜条件易错点 （１）其他条件不变，减小 NH3的浓度既能提高反应速率又能提高转化率。 （２）使用催化剂，可显著降低反应的活化能，使反应速率提高上万亿倍。 （３）温度对合成氨反应的速率也有显著影响：温度越高，反应进行得越快。 大招04合成氨的适宜条件拓展 ①合成氨工业生产中，为什么采用未转化的合成气循环使用？ 合成氨反应中，反应物的转化率并不高，如果让N2和H2的混合气体只一次通过合成塔起反应是很不经济的，应将分离液氨后的未转化的合成气进行循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度，有利于合成氨反应的进行。 ②由于 N2在催化剂上的吸附为总反应中最难发生的步骤，适当提高 N2的比例更能加快合成氨反应的进行。 题型分类 题型01 合成氨的适宜条件的选择 【例1】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。 【变式1-1】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1-2】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 题型02 化学反应调控 【例2】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2-1】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)。 【变式2-2】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“=”) 跟踪训练 【基础过关】 1.对于任何一个化学反应平衡体系，采用以下措施，一定会使化学反应发生平衡移动的是(    ) A. 加入一种反应物 B. 升高温度 C. 对平衡体系增加压强 D. 使用催化剂 2.某密闭容器中发生反应：  ，下列措施既能加快反应速率又能使平衡正向移动的是(    ) A. 缩小容器体积 B. 升高反应温度 C. 恒容通入与反应无关的气体 D. 及时分离出 3.反应  ，在反应过程中，正反应速率随条件改变的变化如图。下列条件改变的结果与图像不符的是(    ) A. 时增大了生成物浓度 B. 时降低了温度 C. 时减小了压强 D. 时使用了催化剂 4.反应，在不同温度下的平衡体系中物质的体积分数随压强变化的曲线如图所示。下列说法错误的是(    ) A. B. 该反应的 C. B、两点化学平衡常数： D. A、两点的反应速率 5.在个初始温度均为的密闭容器中发生反应：正反应放热。下列说法正确的是(    ) 容器编号 容器类型 初始体积 起始物质的量 平衡时物质的量 Ⅰ 恒温恒容 Ⅱ 恒温恒压 A. B. 选择不同的催化剂，该反应的反应速率和平衡转化率都将不同 C. 随反应进行，的浓度逐渐减小，反应达到平衡时，正反应速率最小，此时 D. 若起始时向容器Ⅰ中充入、和，则反应将向正反应方向进行 6.在某密闭容器中，发生如下反应：下列研究目的和示意图相符的是(    ) 目 的 压强对反应的影响 温度对反应的影响 平衡体系增加对反应的影响 催化剂对反应的影响 图 示       A. B. C. D. 7.在时，密闭容器中、、三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表： 物质 初始浓度 平衡浓度  下列说法正确的是 (    ) A. 反应达到平衡时，和的转化率相等 B. 增大压强使平衡向生成的方向移动，平衡常数增大 C. 反应可表示为，其平衡常数为 D. 若该反应的正反应方向为放热反应，升高温度，化学反应速率增大，反应的平衡常数也增大 8.在溶液中进行反应：。下列说法正确的是(    ) A. 若溶液不再变化，则反应达到平衡状态 B. 达到平衡时 C. 平衡后混合物中各组分的物质的量浓度相等 D. 达到平衡后升温，正反应速率增大，逆反应速率减小 9.化学与社会、生活密切相关。下列说法不正确的是(    ) A. 锅炉水垢中含有的，可先用溶液处理，后用酸除去 B. 泡沫灭火器利用了硫酸铝溶液与碳酸氢钠溶液混合后能发生剧烈的双水解反应 C. 打开汽水瓶盖时有大量气泡冒出，可用勒夏特列原理解释 D. 明矾净水与自来水的杀菌消毒原理相同 10. 为探究外界条件对反应：的影响，以和物质的量之比为：开始反应，通过实验得到不同条件下达到平衡时的物质的量分数。实验结果如图所示，下列判断正确的是(    ) A. B. C. 升温，正、逆反应速率都增大，平衡常数减小 D. 在恒温恒容下，向已达到平衡的体系中加入少量，达到平衡后的含量减小 11.称为拟卤素，将几滴溶液加入到酸性的含有的溶液中，溶液变为红色，将该红色溶液分为两份：向其中一份溶液中加入适量溶液，红色褪去；向另一份溶液中通入，红色也褪去。下列说法中不正确的是(    ) A. 与反应的离子方程式是： B. 中红色褪去的原因是将还原 C. 中现象说明与相似，有还原性 D. 在适当条件下可失去电子被氧化剂氧化为 12.在密闭容器中，将一定量、气体混合后发生反应：平衡时测得的浓度为，保持温度不变，将容器的容积扩大到原来的两倍，再达平衡时，测得的浓度为则下列有关判断正确的是(    ) A. B. 的转化率一定减小 C. 平衡向正反应方向移动 D. 混合气体的密度一定减小 13.下列事实能用平衡移动原理解释的是(    ) A. 左右比室温更有利于合成的反应 B. 用排饱和食盐水的方法收集氯气 C. 加入催化剂有利于的氧化反应 D. 加压有利于与反应的进行 14.工业合成氨的反应为：，该反应在一定条件下的密闭容器中进行。下列关于该反应的说法正确的是(    ) A. 达到平衡时，反应速率：正逆 B. 使用催化剂可加快反应速率，提高生产效率 C. 为了提高 的转化率，应适当增大 的浓度 D. 若在密闭容器加入 和过量的 ，最后能生成 15.一定条件下，可逆反应  达到平衡，当单独改变下述条件后，有关叙述错误的是(    ) A. 加催化剂，、都发生变化，且变化的程度相等 B. 加压，、都增大，且增大的程度大于增大的程度 C. 降温，、都减小，且减小的程度小于减小的程度 D. 增大氮气的浓度的时刻，、都增大，且增大程度大于增大程度 16.对于可逆反应正反应吸热，下列图像中正确的是(    ) A. B. C. D. 【能力提升】 17.含氮化合物是化工、能源、环保等领域的研究热点。 回答下列问题： 图所示为利用和空气中的以超薄纳米为催化剂在光催化作用下合成氨的原理。 已知：  ； Ⅱ  ； 则上述合成氨的热化学方程式为____________________________。 合成尿素的反应为  。向恒容密闭容器中按物质的量之比充入和，使反应进行，保持温度不变，测得的转化率随时间的变化情况如图所示。 若用的浓度变化表示反应速率，则点的逆反应速率__________点的正反应速率填“”“”或“”。 下列叙述中不能说明该反应达到平衡状态的是__________________填选项字母。 A.体系压强不再变化 B.气体平均摩尔质量不再变化 C.的消耗速率和的消耗速率之比为 D.固体质量不再发生变化 工业上合成尿素时，既能加快反应速率，又能提高原料利用率的措施有____________填选项字母。 A.升高温度            加入催化剂 C.将尿素及时分离出去  增大反应体系的压强 汽车尾气已成为许多大城市空气的主要污染源，其中存在大量。实验发现，易发生二聚反应并快速达到平衡。向真空钢瓶中充入一定量的进行反应，测得温度分别为和时的转化率随时间变化的结果如图所示。 温度为时，达到平衡时体系的总压强为，点的物质的量分数为____________保留三位有效数字，点对应的平衡常数______________用分压表示，保留小数点后三位；提高平衡转化率的条件为______________任写两点。 如图所示，利用电解原理，可将废气中的转化为，阳极的电极反应式为_______________________________，通入的目的是_______________________。 18.如何降低大气中的含量及有效地开发利用引起了全世界的普遍重视。目前工业上有一种方法是用来生产燃料甲醇。为探究该反应原理，进行如下实验：在容积为的密闭容器中，充入和，在下发生发应，实验测得和的物质的量随时间变化如图所示： 从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率______达平衡时，的体积分数为______，图是改变温度时化学反应速率随时间变化的示意图，则该反应的正反应为______反应填“放热”或“吸热”。 该反应的平衡常数为______保留两位小数，若提高温度到进行，达平衡时，值______填“增大”“减小”或“不变”。 下列措施中不能使的转化率增大的是______。 A.在原容器中再充入 B.在原容器中再充入 C.缩小容器的容积      D.使用更有效的催化剂     E.将水蒸气从体系中分离出 条件下，测得某时刻，、、和的浓度均为，则此时______填“”“”或“”。 下列措施能使增大的是______。 A.升高温度                           在原容器中充入C.将水蒸气从体系中分离出    缩小容器容积，增大压强 【拔尖训练】 19.减少氮的氧化物和碳的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。 己知：                 若某反应的平衡常数表达式为：，请写出此反应的热化学方程式_______，该反应填高温、低温_______能自发进行。 在密闭容器中充入和，发生上述中某反应，如图为平衡时的体积分数与温度、压强的关系。回答下列问题： 温度：______填“”或“”。 某温度下，若反应进行到分钟达到平衡状态点时，容器的体积为，则此时的平衡常数___保留两位有效数字；用的浓度变化表示的平均反应速率____。 若在点对反应容器升温的同时扩大体积至体系压强减小，重新达到的平衡状态可能是图中点中的_______点。 在一定条件下可发生分解：，一定温度下，在恒容密闭容器中充入一定量进行该反应，能判断反应已达到化学平衡状态的是_____填字母。 和的浓度比保持不变   容器中压强不再变化      气体的密度保持不变 用催化还原可以消除污染，若将反应设计为原电池，电池内部是掺杂氧化钇的氧化锆晶体，可以传导，则电池的正极反应式为______。 1 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 学科网（北京）股份有限公司 $$ 2.4化学反应的调控【四大必考点+四大秒杀招+二大题型+分层训练】 课前预习+知识精讲 知识点01合成氨反应的原理、特点及反应的自发性 1．反应原理 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。 已知298k时，ΔＨ＝－92.2 kJ/mol，ΔS＝－198.2 J·K-1·mol-1。 2．反应特点 (1)ΔＨ＝－92.2 kJ/mol，该反应的正反应为放热反应。 (2)体积变化：所有的反应物和生成物都是气态，该反应为气体体积减小的反应； (3)ΔS＝－198.2 J·K-1·mol-1，该反应为熵减小的反应； (4)降低温度、增大压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动。 (5)在一定的温度和压强下，反应物中 N2和 H2 的体积比为 1:3时平衡混合物中氨的含量最高。 (6)常温(298 K)下，其平衡常数Ｋ＝4.1×10６ （mol•L-1）－２，只能说明反应在此条件下进行得较完全，不能说明反应速率的快慢。 3. 判断反应的自发性 ΔH－TΔS=－92.2 kJ/mol-298K×（－198.2×10-3 KJ·K-1·mol-1）≈-33.1kJ/mol＜0，所以该反应在298K的条件下能够自发进行。 知识点02合成氨反应的限度 1. 浓度的影响 ①增加N2和H2的浓度，化学平衡都会正向移动； ②减小NH3的浓度，会使化学平衡正向移动，工业上一般把生成的氨气及时从反应体系中分离出来，使更多的反应物转化为生成物。 1. 温度的影响 由于正反应是放热反应，故降低温度有利于化学平衡向生成氨的方向移动。 2. 压强的影响 正反应是为化学方程式中气态物质系数减小的反应，增大压强有利于平衡向生成氨的方向移动。工业上一般尽量选择高压来提高氨的产率。 3. 结论 ①降低温度、增大压强将有利于化学平衡向生成氨的方向移动； ②在一定的温度和压强下，反应物N2与H2的体积比为1：3时，平衡混合物中氨的含量最高。 知识点03合成氨反应的速率 1．速率方程 在特定条件下，合成氨反应的速率与参加反应的物质的浓度的关系式为v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，由速率方程可知：合成氨反应的速率与氮气浓度的 1次方成正比，与氢气浓度的 1.5次方成正比，与氨气浓度的1次方成反比。 因此在一定温度、压强下，增大N2或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于提高合成氨反应的速率。 【链接拓展】一个化学反应的速率与参与反应物质的浓度关系式是实验测定的结果，不能随意根据反应的化学方程式直接写出。 2．温度升温时，k增大，因此升温有利于提高合成氨的速率。 3．加入合适的催化剂能降低合成氨反应的活化能，使合成氨反应的速率提高上万亿倍，可通过降低反应的活化能来加快反应速率。 知识点04合成氨的适宜条件 １．合成氨反应条件的选择原则 工业生产中，必须从反应速率和反应限度两个角度选择合成氨的适宜条件。 （1）尽量增大反应物的转化率，充分利用原料； （2）选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量； （3）考虑设备的要求和技术条件。 ２．合成氨反应的适宜条件分析 （１）压强：压强越大越有利于合成氨，但在实际生产中，应根据反应设备可使用的钢材质量及综合指标来选择压强。大致可分为低压（1×107Pa）、中压（2×107Pa～3×107Pa）和高压（8.5×107Pa～1×108Pa）三种类型。 （２）温度：温度越高，反应速率越大，但不利于氨的合成，在实际生产中一般控制反应温度在 700Ｋ左右，因为在此温度时催化剂的活性最大。 （３）催化剂：使用催化剂可以大幅度提高反应速率，合成氨生产一般选择铁触媒做催化剂。 （４）浓度：合成氨生产通常采用 N2和 H2物质的量之比为 1:2.8的投料比，并且及时将氨气从反应混合物中分离出去。此外，还应考虑原料的价格，未转化的合成气的循环使用、反应热的综合利用等问题。 3．合成氨的适宜条件 外部条件 工业合成氨的适宜条件 温度 适宜温度700 K左右 浓度 (1)N2与H2的投料比为1∶2.8 (2)使气态NH3变成液态NH3并及时从平衡混合物中分离出去，及时补充N2和H2 压强 根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强，大致分为低压（1×107Pa）、中压（2×107Pa～3×107Pa）和高压（8.5×107Pa～1×108Pa）三种类型。 催化剂 使用铁触媒做催化剂 4. 工业合成氨的主要生产流程 知识点05合成氨生产的工艺流程探究 1.生产流程：制气→净化除杂→压缩→合成→冷却分离→循环压缩（如图所示）。 2.原料气的制备 ①N2 ———物理方法：将空气液化蒸发分离出N2 。 ②H2———工业上用水蒸气与焦炭在高温下反应，吸收CO2后制得。C＋H2O(g)CO＋H2;CO＋H2O(g)CO2＋H2。 以天然气为原料时，反应可简单表示为： CH4+H2OCO+3H2、CO+H2OCO+H2 3.净化：消除造气过程中夹带的杂质，防止催化剂中毒。原料气净化、除杂、压缩后通入合成塔。 4.NH3的合成：在合成塔中进行。 从塔口进气，经热交换器与塔内反应后的高温气体逆流交换热量后，进入接触室与铁触媒接触反应，从塔下口出气。 5.NH3的分离：混合气经冷却后，进入氨分离器，只有氨气在该装置中液化得到液氨，而未反应的 N2和H2经循环压缩机压缩后，再通入合成塔中进行反应。 如果让 N2和H2的混合气体，只一次通过合成塔起反应也是很不经济的，应将与 NH3分离后的原料气循环使用，并及时补充 N2和H2，使反应物保持一定的浓度，以有利于合成氨反应。 解题大招 大招01合成氨反应的限度易错点 提高反应限度主要是为了提高原料的利用率，在实际生产过程中，为提高价格较高的原料的利用率，往往使价格低廉的原料配比稍高于理论值。 大招02合成氨反应的速率二级结论 增大反应物浓度、使用合适的催化剂、升高温度，都可增大合成氨反应的反应速率。 大招03合成氨的适宜条件易错点 （１）其他条件不变，减小 NH3的浓度既能提高反应速率又能提高转化率。 （２）使用催化剂，可显著降低反应的活化能，使反应速率提高上万亿倍。 （３）温度对合成氨反应的速率也有显著影响：温度越高，反应进行得越快。 大招04合成氨的适宜条件拓展 ①合成氨工业生产中，为什么采用未转化的合成气循环使用？ 合成氨反应中，反应物的转化率并不高，如果让N2和H2的混合气体只一次通过合成塔起反应是很不经济的，应将分离液氨后的未转化的合成气进行循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度，有利于合成氨反应的进行。 ②由于 N2在催化剂上的吸附为总反应中最难发生的步骤，适当提高 N2的比例更能加快合成氨反应的进行。 题型分类 题型01 合成氨的适宜条件的选择 【例1】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。 【变式1-1】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1-2】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。 题型02 化学反应调控 【例2】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2-1】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。 【变式2-2】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>。 跟踪训练 【基础过关】 1.对于任何一个化学反应平衡体系，采用以下措施，一定会使化学反应发生平衡移动的是(    ) A. 加入一种反应物 B. 升高温度 C. 对平衡体系增加压强 D. 使用催化剂 【答案】B  【解析】A.在反应中，加入一种固体反应物，固体量的增减不会引起化学平衡的移动，故A错误； B.任何化学反应一定伴随能量的变化，升高温度，化学平衡一定向着吸热方向移动，故B正确； C.对于没有气体参加的反应，或是前后气体体积不变的反应，压强不会引起平衡的移动，故C错误； D.使用催化剂只能改变化学反应的速率，不会引起化学平衡的移动，故D错误。 故选：。 2.某密闭容器中发生反应：  ，下列措施既能加快反应速率又能使平衡正向移动的是(    ) A. 缩小容器体积 B. 升高反应温度 C. 恒容通入与反应无关的气体 D. 及时分离出 【答案】B  【解析】A.缩小容器体积即增大压强，该反应是气体分子数增大的反应，则平衡逆向移动， A错误 B.升高温度，反应速率加快，该反应是吸热反应，平衡正向移动， B正确 C.恒容通入与反应无关的气体，即各气体的浓度不变，平衡不移动， C错误 D.及时分离出，平衡正向移动，但反应速率减小， D错误 故选：。 3.反应  ，在反应过程中，正反应速率随条件改变的变化如图。下列条件改变的结果与图像不符的是(    ) A. 时增大了生成物浓度 B. 时降低了温度 C. 时减小了压强 D. 时使用了催化剂 【答案】C  【解析】A.时刻正反应速率没有变化，但随着时间推移正反应速率增大，直到平衡，说明改变条件为增大生成物浓度，故A正确； B.时刻正反应速率降低，但随着时间推移正反应速率继续降低直到平衡，说明改变条件降低了温度，故B正确； C.该反应是反应前后气体计量系数不变的反应，压强减小，同等程度的减小正、逆反应速率，化学平衡不动，故C错误； D.催化剂能同等程度的改变正、逆反应速率，化学平衡不动，故D正确。 4.反应，在不同温度下的平衡体系中物质的体积分数随压强变化的曲线如图所示。下列说法错误的是(    ) A. B. 该反应的 C. B、两点化学平衡常数： D. A、两点的反应速率 【答案】C  【解析】A.由图可知，增大压强，的体积分数减小，说明平衡逆向移动，则，故A正确； B.由图可知温度升高，的体积分数增大，说明平衡正向移动，则正向为吸热反应，故B正确； C.对吸热反应来说，温度升高，增大，，故C错误； D.、温度相同，点压强大，则点的速率大于点，故D正确。 故选C。 5.在个初始温度均为的密闭容器中发生反应：正反应放热。下列说法正确的是(    ) 容器编号 容器类型 初始体积 起始物质的量 平衡时物质的量 Ⅰ 恒温恒容 Ⅱ 恒温恒压 A. B. 选择不同的催化剂，该反应的反应速率和平衡转化率都将不同 C. 随反应进行，的浓度逐渐减小，反应达到平衡时，正反应速率最小，此时 D. 若起始时向容器Ⅰ中充入、和，则反应将向正反应方向进行 【答案】A  【解析】A.Ⅱ与Ⅰ初始投入量相同，Ⅱ为恒温恒压容器，该反应气体体积减少恒压状态下随着反应的进行容器体积减少，平衡正向移动，则平衡时的物质的量比Ⅰ大，即，故A正确； B.催化剂对反应的平衡移动无影响，故B错误； C.反应达到平衡时，正反应速率逆反应速率，故C错误； D.对容器Ⅰ使用三段式计算：                               起始浓度                               变化浓度                         平衡浓度                         平衡常数，若起始时向容器Ⅰ中充入、和，容器内的浓度商，达到平衡状态，反应不移动，故D错误。 6.在某密闭容器中，发生如下反应：下列研究目的和示意图相符的是(    ) 目 的 压强对反应的影响 温度对反应的影响 平衡体系增加对反应的影响 催化剂对反应的影响 图 示       A. B. C. D. 【答案】C  【解析】A.依据先拐先平压强大可知：压强，该反应为气体体积缩小的可逆反应，增大压强平衡向正反应方向移动，则时的体积分数应该大于，图象不符，故A错误； B.该反应的正反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，氧气的转化率降低，图象不符，故B错误； C.只增加氧气的浓度，则正反应增大，且正反应速率大于逆反应速率，平衡向正反应方向移动，与图象吻合，故C正确； D.加入催化剂，反应速率增大，到达平衡所用时间较少，但平衡不移动，图象不符，故D错误。 故选C。 7.在时，密闭容器中、、三种气体的初始浓度和平衡浓度如下表： 物质 初始浓度 平衡浓度  下列说法正确的是 (    ) A. 反应达到平衡时，和的转化率相等 B. 增大压强使平衡向生成的方向移动，平衡常数增大 C. 反应可表示为，其平衡常数为 D. 若该反应的正反应方向为放热反应，升高温度，化学反应速率增大，反应的平衡常数也增大 【答案】C  【解析】A、依据图表分析可知，消耗的物质的量浓度，消耗的物质的量浓度，的转化率，的转化率，和的转化率不相等，故A错误； B.反应正向是气体体积减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，即向着生成的方向移动，温度不变，则平衡常数不变，故B错误； C.图表中分析消耗量或生成量为：消耗浓度，消耗浓度，生成浓度，反应比为：：：：：：，反应的化学方程式为，平衡常数，故C正确； D.若该反应的正反应方向为放热反应，升高温度，化学反应速率增大，平衡逆向进行，反应的平衡常数减小，故D错误； 故选：。 8.在溶液中进行反应：。下列说法正确的是(    ) A. 若溶液不再变化，则反应达到平衡状态 B. 达到平衡时 C. 平衡后混合物中各组分的物质的量浓度相等 D. 达到平衡后升温，正反应速率增大，逆反应速率减小 【答案】A  【解析】A.溶液的变化取决于浓度的变化，不变说明浓度不变，反应达到平衡，故A正确； B.达到平衡时，故B错误； C.平衡后混合物中各组分的物质的量浓度保持不变，不一定相等，故C错误； D.达到平衡后升温，正逆反应速率均增大，故D错误， 故选A。 9.化学与社会、生活密切相关。下列说法不正确的是(    ) A. 锅炉水垢中含有的，可先用溶液处理，后用酸除去 B. 泡沫灭火器利用了硫酸铝溶液与碳酸氢钠溶液混合后能发生剧烈的双水解反应 C. 打开汽水瓶盖时有大量气泡冒出，可用勒夏特列原理解释 D. 明矾净水与自来水的杀菌消毒原理相同 【答案】D  【解析】A.锅炉水垢中含有的，可先用溶液处理转化为，再用酸溶解除去，故A正确； B.，故泡沫灭火剂利用了硫酸铝溶液与碳酸氢钠溶液混合后能发生剧烈双水解的反应，故B正确； C.打开汽水瓶盖时有大量气泡冒出，是由于减小压强降低气体的溶解度，可用勒夏特列原理解释，故C正确； D.明矾净水是明矾水解生成的氢氧化铝胶体具有吸附性，吸附水中的悬浮物，自来水的杀菌消毒发生的是氧化还原反应，二者原理不同，故D错误。 10. 为探究外界条件对反应：的影响，以和物质的量之比为：开始反应，通过实验得到不同条件下达到平衡时的物质的量分数。实验结果如图所示，下列判断正确的是(    ) A. B. C. 升温，正、逆反应速率都增大，平衡常数减小 D. 在恒温恒容下，向已达到平衡的体系中加入少量，达到平衡后的含量减小 【答案】C  【解析】由图象可知，降低温度，的物质的量分数增大，说明降低温度平衡向正反应方向移动，所以正反应是放热的，则， 降低压强，的物质的量分数减小，说明压强减小，平衡向着逆反应方向移动，减小压强，化学平衡是向着气体系数和增加的方向进行的，所以有， A.根据分析可知，，故A错误； B.减小压强，化学平衡是向着气体系数和增加的方向进行的，所以有，故B错误； C.升高温度正逆反应速率都加快，但因正反应是放热反应，所以平衡常数减小，故C正确； D.在恒温恒容条件下，向已达到平衡的体系中加入少量，相当于增大压强，平衡向着正向移动，的百分含量增大，故D错误； 故选：。 由图象可知，降低温度，的物质的量分数增大，说明降低温度平衡向正反应方向移动，所以正反应是放热的，则，降低压强，的物质的量分数减小，说明压强减小，平衡向着逆反应方向移动，减小压强，化学平衡是向着气体系数和增加的方向进行的，所以有，由此分析解答。 11.称为拟卤素，将几滴溶液加入到酸性的含有的溶液中，溶液变为红色，将该红色溶液分为两份：向其中一份溶液中加入适量溶液，红色褪去；向另一份溶液中通入，红色也褪去。下列说法中不正确的是(    ) A. 与反应的离子方程式是： B. 中红色褪去的原因是将还原 C. 中现象说明与相似，有还原性 D. 在适当条件下可失去电子被氧化剂氧化为 【答案】B  【解析】中发生，显红色，高锰酸钾具有强氧化性，可以将氧化，使红色消失；中发生，使平衡逆向移动，红色消失，且中硫元素为价，如果还原，则二氧化硫中的硫将变为价，而须继续降低，但，价已经为最低价，无法再降低，碳元素显价，不能氧化价的硫，氮元素显价，化合价不能再降低，硫元素的化合价为价，也不能氧化价的硫，所以对于，无论原子团还是其中原子，均无法氧化二氧化硫，以此来解答。 A.与反应为络合反应，离子方程式为，故A正确； B.中红色褪去的原因是发生，使平衡逆向移动，红色消失，故B错误； C.与均可失去电子，具有还原性，故C正确； D.高锰酸钾可氧化氯离子生成氯气，则在适当条件下可失去电子被氧化剂氧化生成，故D正确； 故选：。 12.在密闭容器中，将一定量、气体混合后发生反应：平衡时测得的浓度为，保持温度不变，将容器的容积扩大到原来的两倍，再达平衡时，测得的浓度为则下列有关判断正确的是(    ) A. B. 的转化率一定减小 C. 平衡向正反应方向移动 D. 混合气体的密度一定减小 【答案】B  【解析】减小压强，平衡逆向移动，可知，故A错误； B.平衡逆向移动，则的转化率减小，故B正确； C.由上述分析可知，平衡逆向移动，故C错误； D.平衡逆向移动，气体的质量增加，则气体的密度可能增大，故D错误； 故选：。 平衡时测得的浓度为，保持温度不变，将容器的容积扩大到原来的两倍，若平衡不移动，的浓度为，而再达平衡时，测得的浓度为，可知体积增大、压强减小，平衡逆向移动，以此来解答． 13.下列事实能用平衡移动原理解释的是(    ) A. 左右比室温更有利于合成的反应 B. 用排饱和食盐水的方法收集氯气 C. 加入催化剂有利于的氧化反应 D. 加压有利于与反应的进行 【答案】B  【解析】、合成的反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，但升高温度为加快反应速率，但不利用合成氨，不能用勒夏特列原理来解释，故A不选； B.氯气和水反应生成盐酸和次氯酸，该反应存在溶解平衡，饱和食盐水中含有氯化钠电离出的氯离子，饱和食盐水抑制了氯气的溶解，所以实验室可用排饱和食盐水的方法收集氯气，可用勒夏特列原理解释，故B选； C、使用催化剂平衡不移动，故C不选； D、与反应生成碘化氢两边的计量数相等，所以加压平衡不移动，故D不选； 故选：。 14.工业合成氨的反应为：，该反应在一定条件下的密闭容器中进行。下列关于该反应的说法正确的是(    ) A. 达到平衡时，反应速率：正逆 B. 使用催化剂可加快反应速率，提高生产效率 C. 为了提高 的转化率，应适当增大 的浓度 D. 若在密闭容器加入 和过量的 ，最后能生成 【答案】B  【解析】A.化学反应达到平衡时，正逆反应速率相等，但并不等于，故A错误； B.催化剂降低反应的活化能，增大反应速率，提高生产效率，故B正确； C.是反应物，增大的浓度能使转化率增大，自身转化率降低，故C错误； D.可逆反应不会完全进行，存在化学平衡，若在密闭容器加入和过量的，最后能生成的物质的量，故D错误。 15.一定条件下，可逆反应  达到平衡，当单独改变下述条件后，有关叙述错误的是(    ) A. 加催化剂，、都发生变化，且变化的程度相等 B. 加压，、都增大，且增大的程度大于增大的程度 C. 降温，、都减小，且减小的程度小于减小的程度 D. 增大氮气的浓度的时刻，、都增大，且增大程度大于增大程度 【答案】D  【解析】A.加入催化剂同等程度改变正逆反应速率，仍保持，化学平衡不发生移动，故A正确； B.增大压强，正逆反应速率都增大，反应物的化学计量数之和大于生成物的化学计量数之和，增大的程度大于增大的程度，平衡向正反应方向移动，故B正确； C.正反应放热，则降低温度，正逆反应速率都减小，平衡向放热反应方向进行，减小的程度小于减小的程度，故C正确； D.增大氮气的浓度的时刻，生成物浓度增大，反应物浓度不变，则逆反应速率增大，正反应速率不变，故D错误。 故选D。 16.对于可逆反应正反应吸热，下列图像中正确的是(    ) A. B. C. D. 【答案】D  【解析】A.加压，平衡正向移动，正逆，与图像不符，故A不选； B.正反应吸热，平衡后升高温度，平衡正向移动，正反应速率大于逆反应速率，与图像不符，故B不选； C.图中温度高的反应速率快，故C不选； D.图中温度高反应速率快，且升高温度平衡正向移动，的含量减小，与反应一致，故D选； 故选D。 【能力提升】 17.含氮化合物是化工、能源、环保等领域的研究热点。 回答下列问题： 图所示为利用和空气中的以超薄纳米为催化剂在光催化作用下合成氨的原理。 已知：  ； Ⅱ  ； 则上述合成氨的热化学方程式为____________________________。 合成尿素的反应为  。向恒容密闭容器中按物质的量之比充入和，使反应进行，保持温度不变，测得的转化率随时间的变化情况如图所示。 若用的浓度变化表示反应速率，则点的逆反应速率__________点的正反应速率填“”“”或“”。 下列叙述中不能说明该反应达到平衡状态的是__________________填选项字母。 A.体系压强不再变化 B.气体平均摩尔质量不再变化 C.的消耗速率和的消耗速率之比为 D.固体质量不再发生变化 工业上合成尿素时，既能加快反应速率，又能提高原料利用率的措施有____________填选项字母。 A.升高温度            加入催化剂 C.将尿素及时分离出去  增大反应体系的压强 汽车尾气已成为许多大城市空气的主要污染源，其中存在大量。实验发现，易发生二聚反应并快速达到平衡。向真空钢瓶中充入一定量的进行反应，测得温度分别为和时的转化率随时间变化的结果如图所示。 温度为时，达到平衡时体系的总压强为，点的物质的量分数为____________保留三位有效数字，点对应的平衡常数______________用分压表示，保留小数点后三位；提高平衡转化率的条件为______________任写两点。 如图所示，利用电解原理，可将废气中的转化为，阳极的电极反应式为_______________________________，通入的目的是_______________________。 【答案】    ； ；；； ；；降低温度、充入气体；； ；使电解产物全部转化为  【解析】根据盖斯定律可知，得，       ； 由图可知，点时反应未达平衡，在达到平衡过程中，增大，平衡时，故A点的逆反应速率点的正反应速率。 该反应为气体分子数减少的反应，体系压强不再变化，说明反应达到平衡状态 B.充入和物质的量之比为：，反应消耗和的物质的量之比为：，气体平均摩尔质量不再变化，说明反应达到平衡状态 C.的消耗速率和的消耗速率之比始终为，不能说明反应达到平衡状态； D.固体质量不再发生变化，说明反应达到平衡状态。故选C。 该反应为气体体积减小的放热反应，增大压强，加快反应速率，平衡正向移动，可提高原料利用率；升高温度，平衡逆向移动，原料利用率减小；加催化剂或减少固体产物平衡不移动，故选D项。 根据三段式 起始                               转化                     平衡                     点的物质的量分数为；。降低温度，充入气体均可提高的平衡转化率。 电解制备阳极的电极反应式为，阴极的电极反应式为  ，根据得失电子守恒，阳极产生的的物质的量大于阴极产生的的物质的量，通入氨气可使电解产物全部转化为。 18.如何降低大气中的含量及有效地开发利用引起了全世界的普遍重视。目前工业上有一种方法是用来生产燃料甲醇。为探究该反应原理，进行如下实验：在容积为的密闭容器中，充入和，在下发生发应，实验测得和的物质的量随时间变化如图所示： 从反应开始到平衡，氢气的平均反应速率______达平衡时，的体积分数为______，图是改变温度时化学反应速率随时间变化的示意图，则该反应的正反应为______反应填“放热”或“吸热”。 该反应的平衡常数为______保留两位小数，若提高温度到进行，达平衡时，值______填“增大”“减小”或“不变”。 下列措施中不能使的转化率增大的是______。 A.在原容器中再充入 B.在原容器中再充入 C.缩小容器的容积      D.使用更有效的催化剂     E.将水蒸气从体系中分离出 条件下，测得某时刻，、、和的浓度均为，则此时______填“”“”或“”。 下列措施能使增大的是______。 A.升高温度                           在原容器中充入C.将水蒸气从体系中分离出    缩小容器容积，增大压强 【答案】； ；放热 ；减小   【解析】由题干图可知，到达平衡，平衡时甲醇的浓度变化为，由方程式可知，氢气的浓度变化等于甲醇的浓度变化量为，故；开始时、，平衡时，，则，的体积分数等于甲醇的物质的量浓度与总物质的量浓度之比，所以甲醇的体积分数。根据图象知，升高温度，逆反应速率大于正反应速率，平衡向逆反应方向移动，则正反应是放热反应， 故答案为：；；放热； 由可知平衡时各组分的浓度，，则，所以，升高温度，平衡逆向移动，平衡常数减小， 故答案为：；减小； 在原容器中再充入，平衡向正反应方向移动，的转化率增大，故A不符合； B.在原容器中再充入，的转化率反而减小，故B符合； C.缩小容器的容积即增大压强，平衡向正反应方向移动，的转化率增大，故C不符合； D.使用更有效的催化剂，平衡不移动，的转化率不变，故D符合； E.将水蒸气从体系中分离出，平衡向正反应方向移动，的转化率增大，故E不符合； 故答案为：； 条件下，测得某时刻，、、和的浓度均为，浓度商，说明反应正向进行， 故答案为：； 要使增大，应使平衡向正反应方向移动。 A.因正反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，则减小，故A错误； B.充入，使体系压强增大，但对反应物质来说，浓度没有变化，平衡不移动，不变，故B错误； C.将从体系中分离，平衡向正反应方向移动，增大，故C正确； D.缩小容器容积，增大压强，平衡向正反应方向移动，则增大，故D正确。 故答案为：。 【拔尖训练】 19.减少氮的氧化物和碳的氧化物在大气中的排放是环境保护的重要内容之一。 己知：                 若某反应的平衡常数表达式为：，请写出此反应的热化学方程式_______，该反应填高温、低温_______能自发进行。 在密闭容器中充入和，发生上述中某反应，如图为平衡时的体积分数与温度、压强的关系。回答下列问题： 温度：______填“”或“”。 某温度下，若反应进行到分钟达到平衡状态点时，容器的体积为，则此时的平衡常数___保留两位有效数字；用的浓度变化表示的平均反应速率____。 若在点对反应容器升温的同时扩大体积至体系压强减小，重新达到的平衡状态可能是图中点中的_______点。 在一定条件下可发生分解：，一定温度下，在恒容密闭容器中充入一定量进行该反应，能判断反应已达到化学平衡状态的是_____填字母。 和的浓度比保持不变   容器中压强不再变化      气体的密度保持不变 用催化还原可以消除污染，若将反应设计为原电池，电池内部是掺杂氧化钇的氧化锆晶体，可以传导，则电池的正极反应式为______。 【答案】  ；低温        ；              【解析】若某反应的平衡常数表达式为：，反应为，   盖斯定律计算得到，该反应为熵减的放热反应，所以该反应低温能自发进行； 根据反应，升高温度，平衡逆向移动，所以的体积分数会增大，即； 某温度下，反应达到平衡状态点时，的体积分数是，设的变化浓度是，                    初始浓度：                                                  变化浓度：                                                 平衡浓度：                         的体积分数是，即，解得，此时； 用的浓度变化表示的平均反应速率； 若在点对反应容器升温的同时扩大体积使体系压强减小，则平衡会逆向移动，的体积分数增加，重新达到的平衡状态可能是图中点； 根据方程式可知和的浓度比始终为定值，不能确定反应是否平衡，故不选；    由于正反应为气体分子数减小的反应，在恒温恒容条件下，容器中压强不再变化，说明反应达到平衡状态，故选； 说明反应达到平衡，故不选； 由于容器体积不变，且所有反应物和生成物均为气体，即气体的密度始终为定值，不能确定反应是否平衡，故不选； 若将反应设计为原电池，电池内部是掺杂氧化钇的氧化锆晶体，可以传导，负极为甲烷失电子生成二氧化碳，正极二氧化氮得到电子生成氮气，用氧离子配平电荷守恒得到电极反应，正极电极反应为：。 1 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 学科网（北京）股份有限公司 $$