第二章 化学反应的方向、限度和速率（考点串讲）-2024-2025学年高二化学上学期期末考点大串讲（沪科版2020）

化学反应的方向、限度和速率 第二章 考点串讲 沪科版2020 目 录 CONTENTS 01 02 03 04 化学反应的限度 化学反应的方向 化学反应的速率 工业合成氨 思 维 导 图 化学反应的方向 1 考 点 梳 理 一、自发过程和自发反应 考点01 化学反应的方向 自发过程 自发反应 含义 在一定条件下， 不用借助外力 ，就能自发进行的过程。 在给定的条件下，可以 自发 进行到显著程度的化学反应。 特征 具有 方向性 ，即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯定不能自发进行 。 举例 高山流水，自由落体，冰雪融化 钢铁生锈 应用 可被用来完成有用功。如H2燃烧可设计成 原电池 。 非自发过程要想发生，必须对它做功。如通电将水分解为 H2和O2 。 5 考 点 梳 理 思维方法 考点01 化学反应的方向 ①自发过程可以是物理过程，不一定是处自发反应，而自发反应一定是自发过程。 ②某些自发反应需要在一定条件下才能自发进行，非自发反应具备一定条件下也能自发进行。 ③一般地，如果一个过程是自发的，其逆过程在相同条件下就是非自发的。 ④自发反应和非自发反应是可能相互转化的，某一条件下的自发反应可能在另一条件下就是非自发反应，如2NO(g)＋O2(g)===2NO2(g)是常温下的自发反应，而在高温条件下其逆反应是自发反应。 6 考 点 梳 理 二、判断化学反应方向的复合判据 考点01 化学反应的方向 　　焓判据与熵判据都有一定的局限性，不能用单一判据来判断化学反应进行的方向。在焓判据与熵判据的基础上，用复合判据来判断反应进行的方向更为准确 7 典 例 精 讲 考点01 化学反应的方向 【典例01-1】【自发过程与自发反应】下列关于化学反应的自发性和进行方向的说法，其中正确的是 A．多数自发反应都是吸热反应。 B．一定温度下，反应的， C．由可知，所有放热反应都能自发进行 D．当时，则反应能自发进行 B 8 典 例 精 讲 考点01 化学反应的方向 【典例01-2】【化学反应方向的判断】下列关于焓判据和熵判据的说法中，不正确的是 A．放热的自发过程可能是熵减小的过程，吸热的自发过程一定为熵增加的过程 B．4Fe(OH)2(s)+2H2O(l)+O2(g)=4Fe(OH)3(s)  ΔH=-444.3kJ·mol-1， ΔS=-280.1J·mol-1·K-1。此反应在常温常压下能自发进行 C．碳酸钙分解为吸热反应，该反应室温下不能自发进行，但在高温下则能自发进行 D．吉布斯自由能大于0的反应一定不能发生 D 9 举 一 反 三 考点01 化学反应的方向 【演练01】下列说法不正确的是 A．冰在室温下自动熔化成水，这是熵增的过程 B．当ΔH<0，ΔS>0时，反应能自发进行 C．2NO(g)+ 2CO(g) = N2(g)+ 2CO2(g)在常温下能自发进行，则该反应的ΔH>0 D．反应NH3(g) + HCl(g) = NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH<0 C 10 化学反应的限度 2 考 点 梳 理 一、可逆反应 考点02 化学反应的限度 1.定义：在同一条件下，能向正向进行，又能向逆向进行的反应。 N2 + 3H2 2NH3 催化剂 高温高压 2.特征： 1）相同条件下； 2）正、逆反应同时进行 3）反应物、生成物同时存在 三 同 一 小 任一组分的转化率都小于100%。 方程式而用“ ”连接，而不用 “ = ” 3.表示： 12 考 点 梳 理 二、化学平衡状态的特征 考点02 化学反应的限度 动态平衡 平衡时,各组分的浓度保持一定(表征) 当外界条件改变,原平衡发生移动 研究的对象是可逆反应 逆 v正＝v逆 ≠0 (本质特征) 等 动 定 变 13 考 点 梳 理 三、化学平衡状态的判定 考点02 化学反应的限度 a.同一物质的生成速率等于其消耗速率 直接标志——“正逆反应速率相等” c.在化学方程式同一边的不同物质，一种物质的生成速率与另一种物质的消耗速率之比等于化学计量数之比 b.在化学方程式两边的不同物质的生成(或消耗)速率之比等化学计量数之比 a.各组分的浓度不随时间的改变而改变 b.各组分的质量分数、物质的量分数、体积分数不随时间的改变而改变 速率必须一个是正反应速率，一个是逆反应速率，且经过换算后同一物质的消耗速率和生成速率相等 v正＝v逆 > 0 各组分的浓度保持一定 14 考 点 梳 理 三、化学平衡状态的判定 考点02 化学反应的限度 浓度 (反应物\生成物) 物质的量 (反应物\生成物) 质量 (固体/液体) 颜色 (有色物质) 转化率 (α反) 间接标志——“变量不变” 随反应进行一定改变的量有______________________当这些量不再变化时，反应达平衡。 15 考 点 梳 理 思维方法 考点02 化学反应的限度 φ(B) ＝ nB n总 ρ＝ m总 V M＝ m总 n总 看系数 看状态 恒压 恒容→m总 pV＝nRT 体积分数/物质的量分数—— 平均相对分子质量—— 密度—— 16 考 点 梳 理 四、化学平衡常数及其应用 考点02 化学反应的限度 1.数学表达式： 对于一般的可逆反应，mA(g)＋nB(g) pC(g)＋qD(g)，当在一定温度下达到平衡时，K＝ 特别提醒：①化学平衡常数表达式中各物质的浓度必须是平衡状态下的浓度,不能用任一时刻的浓度值。 ②化学平衡常数不表示反应的快慢,即化学反应速率大,K值不一定大。 ③使用催化剂能改变化学反应速率,但不会改变平衡常数。 17 考 点 梳 理 四、化学平衡常数及其应用 考点02 化学反应的限度 速率必须一个是正反应速率，一个是逆反应速率，且经过换算后同一物质的消耗速率和生成速率相等 2.意义 K值越大，该反应进行得越完全，平衡时反应物的转化率越大；反之，K值越小，该反应进行得越不完全，平衡时反应物的转化率越小。一般来说，当K＞105，该反应就进行的基本完全了。 平衡常数是表明化学反应限度的一个特征值，通常只受温度影响。如果正反应为放热反应，温度升高，K值减小；如果正反应为吸热反应，温度升高，K值增大； 3.影响因素 18 考 点 梳 理 四、化学平衡常数及其应用 考点02 化学反应的限度 4.应用 利用平衡常数判断可逆反应的热效应 m A(g) + n B(g) p C(g) + q D(g) 对于可逆反应： 19 考 点 梳 理 四、化学平衡常数及其应用 考点02 化学反应的限度 速率必须一个是正反应速率，一个是逆反应速率，且经过换算后同一物质的消耗速率和生成速率相等 利用平衡常数判断化学反应进行的方向 m A(g) + n B(g) p C(g) + q D(g) 对于可逆反应： ＝Q 任意时刻，反应中各物质的浓度幂之积的比值 cp(C) • cq(D) cm(A) • cn(B) 浓度商 达到化学平衡状态时浓度商等于该温度下的K 同一温度下： 是否平衡或平衡移动的方向，可用该时刻浓度商Q与K比较大小来判断 Q ＝ K ，处于化学平衡状态 Q ＜ K ，向正反应方向进行 Q ＞ K ，向逆反应方向进行 20 考 点 梳 理 五、化学平衡的影响因素 考点02 化学反应的限度 速率必须一个是正反应速率，一个是逆反应速率，且经过换算后同一物质的消耗速率和生成速率相等 改变的外界条件(其他条件不变) 化学平衡移动的方向 浓度 增大反应物浓度或减小生成物浓度 向正反应方向移动 减小反应物浓度或增大生成物浓度 向逆反应方向移动 压强(对有 气体参加的 反应) 反应前后气 体体积改变 增大压强(减小容器的容积) 向气体分子总数减小的方向移动 减小压强(增大容器的容积) 向气体分子总数增大的方向移动 反应前后气体体积不变 改变压强 平衡不移动 温度 升高温度 向吸热反应方向移动 降低温度 向放热反应方向移动 催化剂 同等程度地改变v正、v逆,平衡不移动 21 考 点 梳 理 五、化学平衡的影响因素 考点02 化学反应的限度 勒夏特列原理及其应用 1.内容：对于一个已经达到平衡的体系，如果改变影响化学平衡的一个条件 (如浓度、温度、压强)，平衡将向着能够减弱这种改变的方向移动。 注意：①“减弱”不等于“消除”更不是“扭转”。 ②若同时改变影响平衡移动的几个条件，则不能简单地根据勒夏特列原理来判断平衡移动的方向。 2.适用范围：仅适用于已达到平衡的反应体系，不可逆过程或未达到平衡的可逆过程均不能使用该原理。 3.必须有平衡移动，且实际移动方向符合理论移动方向 22 考 点 梳 理 思维方法 考点02 化学反应的限度 ①催化剂不能使平衡移动，无法用勒夏特列原理解释。 ②等体反应改变压强，平衡不移动，无法用勒夏特列原理解释。 ③改变平衡体系中固体或纯液体的量，平衡不移动，无法用勒夏特列原理解释。 ④恒温恒容条件下充入惰性气体，平衡不移动，无法用勒夏特列原理解释。 ⑤非平衡状态，不能用勒夏特列原理解释。 ⑥勒夏特列原理可判断“改变影响平衡的一个条件”时平衡移动的方向。若同时改变影响平衡移动的几个条件，则不能简单地根据勒夏特列原理来判断平衡移动的方向，只有在改变的条件对平衡移动的方向影响一致时，才能根据勒夏特列原理进行判断。 23 典 例 精 讲 考点02 化学反应的限度 【典例02-1】【化学平衡状态的判定】一定条件下，将NO2与SO2以体积比1：2置于恒容密闭容器中发生反应：NO2(g)+SO2(g) SO3(g)+NO(g)    △H=-41.8kJ•mol-1。下列能说明反应达到平衡状态的是 A．体系压强保持不变 B．混合气体颜色保持不变 C．SO3和SO2的浓度比为1：1 D．每消耗1molSO3的同时生成1molNO2 B 24 典 例 精 讲 考点02 化学反应的限度 【典例02-2】【化学平衡常数的相关计算】向一恒容密闭容器中加入1 mol CH4和一定量的H2O，发生反应： 。CH4的平衡转化率按不同投料比[ ]，随温度的变化曲线如图所示。下列说法正确的是 A．该反应的平衡常数表达式： B．投料比： C．点a、b、c对应的平衡常数： D．反应温度为T1，当容器内压强不变时，反应达到平衡状态 D 25 典 例 精 讲 考点02 化学反应的限度 【典例02-3】【化学平衡的影响因素】在一个不导热的密闭反应器中。只发生下列两个反应：①a(g)+b(g) 2c(g)    △H1＜0；①x(g)+3y(g) 2z(g)    △H2＞0进行相关操作且达到平衡后(忽略体积改变所做的功)。下列叙述错误的是 A．等压时，通入惰性气体，c的物质的量不变 B．等压时，通入z气体反应器中温度升高 C．等容时，通入惰性气体，各反应速率不变 D．等容时，通入z气体，z的平衡转化率减小 A 26 典 例 精 讲 考点02 化学反应的限度 【典例02-4】【化学平衡的综合计算】在2L恒容密闭容器中充入2molX和1molY发生反应2X(g)+Y(g) 3Z(g) △H<0，反应过程持续升高温度，测得混合体系中X的体积分数与温度的关系如图所示，下列推断正确的是 A．升高温度，平衡常数增大 B．W点X的正反应速率等于M点X的正反应速率 C．Q点时，Y的转化率最大 D．平衡时充入X，达到新平衡时X的转化率增大 C 27 举 一 反 三 考点02 化学反应的限度 【演练01】在一定温度下的密闭容器中发生反应：xA(g)+yB(g) zC(g)，平衡时测得A的浓度为0.25mol/L。保持温度不变，将容器的容积压缩至原来的一半，再达平衡时，测得A的浓度为0.60 mol /L。下列有关判断正确的是 A．平衡向正反应方向移动 B．x+y<z C．B的转化率升高 D．C的体积分数增大 B 28 举 一 反 三 考点02 化学反应的限度 【演练02】 D 29 举 一 反 三 考点02 化学反应的限度 【演练03】下列叙述与图对应的是 A．对于达到平衡状态的反应，图1国表示在to时刻充入了反应物，平衡逆向移动 B．由图②可知，p2>p1、T1>T2，满足反应：2A(g)+B(g)=2C(g)   ΔH >0 C．对于反应2X(g)+3Y(g)=3Z(g) ΔH <0，图④y轴可以表示Z的百分含量 D．图3表示的反应方程式为：2A=B+3C C 30 化学反应速率 3 考 点 梳 理 一、化学反应速率的描述 考点03 化学反应速率 概 念 单位时间内，反应物浓度的减少量或生成物浓度的增加量。 表达式 Δc 表示某物质浓度的变化，常用单位mol·L－1 Δt 表示时间变化，常用单位s、min或h 32 考 点 梳 理 思维误区 考点03 化学反应速率 ②反应方程式中各物质的化学计量数之比等于各物质的化学反应速率之比，等于变化的浓度之比，等于变化的物质的量之比。 ③固体或纯液体（不是溶液），其浓度可视为常数，因此一般不用固体或纯液体表示反应速率 ①速率的单位也可表示为mol/(L·s)或mol/(L·min)，但是必须要加括号 33 考 点 梳 理 二、化学反应速率的比较 考点03 化学反应速率 归一法 若单位不统一，则要换算成相同的单位；若为不同物质表示的反应速率，则要换算成同一物质来表示反应速率；再比较数值的大小。 比值法 比较化学反应速率与化学计量数的比值，如aA(g)＋bB(g) cC(g)＋dD(g)， 则说明用A表示的化学反应速率大于用B表示的化学反应速率 v(A) a v(B) b > 34 考 点 梳 理 三、化学反应速率的计算 考点03 化学反应速率 方法一：公式法 v = △c △t 对于一个化学反应，其 v 可用任何一种物质的c 随时间的变化来表示。 mA + nB = pC + qD v (A) m = v (B) n v (C) p = v (D) q = v (A) : v (B) : v (C) : v (D) ＝ m : n : p : q 反应速率之比 ＝ 化学计量数 之比 35 考 点 梳 理 三、化学反应速率的计算 考点03 化学反应速率 方法二：三段式 “三段式”计算一般步骤： 2) 写出各物质的起始量、变化量、某时刻量 转化量之比Δc = 化学计量数之比 转化率 36 考 点 梳 理 四、化学反应速率的测定 考点03 化学反应速率 1. 测定原理 2. 测定方法 通过测量一定时间内释放出气体的体积或气体的压强变化或颜色的 深浅、光的吸收、导电能力等。 测定反应中不同时刻任一种化学物质的浓度及其相关的可观测量。 37 考 点 梳 理 四、化学反应速率的测定 考点03 化学反应速率 3. 化学反应快慢的描述（以实验室制备H2为例） 定性描述 ①测定收集一定体积的H2时所用的时间； ②测定一段时间内溶液中H＋浓度的变化； ③测定一段时间内锌粒质量的变化。 ④测定一定时间内收集的H2的体积。 定量描述 ①观察产生气泡的快、慢； ②观察试管中剩余锌粒的质量的多、少； ③用手触摸试管，感受试管外壁温度的高、低 38 考 点 梳 理 四、化学反应速率的测定 考点03 化学反应速率 4. 气体体积的测定 （3）视线与量气管凹液面最低处相平（b） （2）调节量气管高度，使量气管与水准管两端液面相平 （1）恢复到室温状态 读数时注意： 39 考 点 梳 理 思维方法 考点03 化学反应速率 影响因素 物质结构与性质 温 度 浓 度 固体表面积 催化剂 实验方法：控制变量法 定 性 定 量 40 考 点 梳 理 五、影响化学反应速率的因素 考点03 化学反应速率 1．有效碰撞理论 （1）基元反应：大多数的化学反应往往经过多个反应步骤才能实现。其中每一步反应都称为基元反应。如2HI===H2＋I2的2个基元反应为2HI―→H2＋2I·、2I·―→I2。 （2）反应机理：先后进行的基元反应反映了化学反应的反应历程，反应历程又称反应机理。 （3）基元反应发生的先决条件 基元反应发生的先决条件是反应物的分子必须发生碰撞，但是并不是每一次分子碰撞都能发生化学反应。 （4）有效碰撞 概念：能够发生化学反应的碰撞。 条件：具有足够的能量；具有合适的取向。 与反应速率的关系：有效碰撞的频率越高，则反应速率越快。 41 考 点 梳 理 五、影响化学反应速率的因素 考点03 化学反应速率 （5）活化能和活化分子 ①活化分子：能够发生有效碰撞的分子。 对于某一化学反应来说，在一定条件下，反应物分子中活化分子的百分数是一定的。 ②活化能：活化分子具有的平均能量与反应物分子具有的平均能量之差，叫做反应的活化能。 （6）反应物、生成物的能量与活化能的关系图 42 考 点 梳 理 五、影响化学反应速率的因素 考点03 化学反应速率 2．基元反应发生经历的过程 3．活化分子、有效碰撞与反应速率的关系 43 考 点 梳 理 五、影响化学反应速率的因素 考点03 化学反应速率 4．催化剂对反应的影响 ①催化剂参与反应，降低反应的活化能，加快反应速率 ②催化剂不能改变反应热，可以降低反应所需的温度，减小反应的能耗 ③总反应的活化能大于催化反应过程中各分反应的活化能 ④催化剂具有选择性：相同反应物用不同催化剂生成物不同 44 考 点 梳 理 五、影响化学反应速率的因素 考点03 化学反应速率 项目外界条件的改变 活化能 分子总数 单位体积 内活化分子数 活化分子百分数 有效碰 撞次数 化学反 应速率 反应物 浓度 增大 不变 增加 增加 不变 增加 增大 减小 不变 减少 减少 减少 减小 压强 (有气体参 加的反应) 增大(减小容器的容积) 不变 不变 增加 不变 增加 增大 减小(增大容器的容积) 不变 不变 减少 减少 减小 温度 升高 不变 不变 增加 增加 增加 增大 降低 不变 不变 减少 减少 减少 减小 催化剂 使用 降低 不变 增加 增加 增加 增大 45 考 点 梳 理 思维方法 考点03 化学反应速率 浓度增大 压强增大 温度升高 催化剂 体积不变 体积缩小 分子能量 增加 降低反应所 需的能量 单位体积内分子 总数增多，活化 分子百分数不变 单位体积内分子 总数不变，活化 分子百分数增大 单位体积内活化分子数增多 有效碰撞次数增多 反应速率加大 46 考 点 梳 理 思维方法 考点03 化学反应速率 E(能垒1)=E(过渡态)-E(吸附态) =[a-(-b)]eV=(a+b)eV ΔH=E(生成物)-E(反应物) =(-d-0)eV=-d eV 反应历程中能垒最大的基元反应是决定反应速率快慢的决速步骤 利用反应机理图像分析活化能(能垒)对化学反应速率的影响  47 典 例 精 讲 考点03 化学反应速率 【典例03-1】【化学反应速率的比较】反应A(g)+3B(g)⇌2C(g)+2D(g)在四种不同情况下的反应速率如下，其中表示反应速率最快的是 A．v(A)=0.15mol•L-1•min-1 B．v(B)=0.01mol•L-1•s-1 C．v(C)=0.0075mol•L-1•s-1 D．v(D)=0.40mol•L-1•min-1 C 48 典 例 精 讲 考点03 化学反应速率 【典例03-2】【化学反应速率的计算】将8molA气体和4molB气体置于2L的密闭容器中，学生如下反应2A(g)+B(g)=2C(g)。若经20s后测得C的浓度为3.6mol/L，下列不正确的是 A．用A物质表示的反应速率为 B．20s时物质A的转化率为80% C．B表示的反应速率为5.4 mol·L-1·min-l D．20s时物质B的浓度为0.2mol/L B 49 典 例 精 讲 考点03 化学反应速率 【典例03-3】【化学反应速率的影响因素】温度下，容积一定的密闭容器中进行以下反应： △H>0 。下列叙述中正确的是 A．在容器中加入氩气，反应速率不变 B．加入少量W，逆反应速率增大 C．升高温度，正反应速率增大，逆反应速率减小 D．将容器的容积缩小，可增大活化分子的百分数，有效碰撞次数增多 A 50 举 一 反 三 考点03 化学反应速率 【演练01】反应 ，经 2 min 后，B 的浓度减少了 0.6 mol·L-1。对此反应速率的正确表示是 A．用 A 表示的反应速率是 0.4 mol·L-1·min-1 B．在 2 min 末时的反应速率，用反应物 B 来表示是 0.3 mol·L-1·min-1 C．分别用 B、C、D 表示反应的速率，其比值是 3∶2∶1 D．在这 2 min 内用 B 和 C 表示的反应速率的值都是相同的 D 51 举 一 反 三 考点03 化学反应速率 【演练02】某温度下，关于可逆反应mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)  ΔH＜0，下列说法正确的是 A．其他条件不变，升高温度，活化能减小，活化分子百分数增加，速率增大 B．其他条件不变，恒容条件下，通入稀有气体(不参加反应)，正、逆反应速率均增大 C．其他条件不变，减小C(g)的浓度，正反应速率增大，逆反应速率减小 D．其他条件不变，压缩体积增大压强，活化分子百分数不变，有效碰撞几率增加 D 52 工业合成氨 4 考 点 梳 理 一、合成氨条件的选择 考点04 工业合成氨 1.合成氨反应特点 2.提高合成氨反应速率和平衡转化率的条件比较 提高化学反应速率 提高平衡转化率 综合结果 压强 高压 高压 高压 温度 高温 低温 兼顾化学反应速率和平衡转化率，且考虑催化剂活性，选取适宜温度 催化剂 使用 无影响 使用 浓度 增大反应物浓度 增大反应物浓度，减小生成物浓度 增大反应物浓度，且不断将生成物及时分离出来 54 考 点 梳 理 一、合成氨条件的选择 考点04 工业合成氨 压强 10 MPa~30 MPa。不采用更高压强的理由是压强越大，对设备的要求越高、需要的动力越大 温度 400~500 ℃。工业合成氨温度不能太高的理由：①合成氨反应为放热反应，升高温 度，平衡转化率降低；②500 ℃左右时催化剂(铁触媒)活性最大，温度过高，催化剂活性减弱 催化剂 使用铁触媒做催化剂，能够加快反应速率，缩短到达平衡的时间 浓度 N2和H2的物质的量之比为1∶2.8的投料比，氨及时从混合气中分离出去，提高原料的利用率 3.工业合成氨的适宜条件及分析 55 考 点 梳 理 二、工业合成氨的生产流程 考点04 工业合成氨 1. 造气 原料气中氮气来自空气，从空气中获得氮气通常有两种方法:一是将空气液化、蒸发，分离出氮气;二是将空气中的氧气跟碳作用生成二氧化碳，再除去二氧化碳，即得到氮气。而氢气则用水、煤、天然气、石油等为原料制得。如以天然气为原料制取氢气，反应可简单表示为: H2O + CH4 CO +3H2 H2O+CO CO2 +H2 2.净化 在制取原料气的过程中，常混有一些杂质气体，其中如 H,S、CO 等杂质会使合成氨所用的催化剂中毒，所以必须除去。 56 考 点 梳 理 二、工业合成氨的生产流程 考点04 工业合成氨 3. 合成 净化后的原料气经过压缩机压缩至高压，加压后的H2、N2，需加热到催化剂的活性温度后才能进入氨合成塔中的催化区，在催化剂表面反应生成氨。从合成塔出来的混合气体中氨含量为10%~ 20%，需要将产品氨与未反应的H2、N2分离，将未反应的 H2、N2作为循环气再返回合成塔。合成氨反应为放热反应，可通过热交换器有效利用此反应热来预热反应前的H2、N2，降低合成氨的成本。 未来：研制在更低温度和压强下具有更高活性的催化剂。 57 考 点 梳 理 二、工业合成氨的生产流程 考点04 工业合成氨 58 考 点 梳 理 三、工业合成适宜条件的选择 考点04 工业合成氨 1、选择化工生产适宜条件的分析角度 条件 原则 从化学反应速率分析 既不能过快，又不能太慢 从化学反应限度分析 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 注意温度对催化剂的活性的限制 59 考 点 梳 理 三、工业合成适宜条件的选择 考点04 工业合成氨 2、选择工业合成适宜条件的原则 （1）温度 ①所选温度兼顾反应速率快，产品含量高。 ②尽可能选择催化剂的最大温度。 （2）压强 ①所选压强对反应物转化率的影响变化幅度大。 ②压强不能无限大，防止增大设备成本和动力成本。 （3）催化剂 ①选用催化效率高的催化剂。 ②催化剂对反应有选择性，同一反应物选用不同的催化剂，产物可能不同。 ③某些物质能够使催化剂中毒，失去活性。 （4）浓度：原料尽可能循环利用 ①适当增大廉价物质的浓度，提高难获得原料的转化率。 ②必要时可以采用循环反应，以增大原料利用率。 （5）反应热的综合利用：一般采用热交换器。 （6）反应容器的选择：恒压容器有利于提高反应物的转化率。 60 典 例 精 讲 考点04 工业合成氨 【典例04-1】【合成氨适宜条件的选择】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。 61 典 例 精 讲 考点04 工业合成氨 列关于工业合成氨反应的说法正确的是 A．使用铁做催化剂，可提高合成氨反应的速率和平衡转化率 B．500 ℃左右比室温更有利于合成氨的反应，提高H2的平衡转化率 C．合成氨采用2×107～5×107 Pa，因为该压强下铁触媒的活性最高 D．合成氨工业采用高压，不仅能提高转化率，还能缩短到达平衡的时间 D 62 典 例 精 讲 考点04 工业合成氨 【典例04-2】【工业合成氨的流程分析】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。工业合成氨生产示意图如图所示。 （1）下列有关合成氨工业的说法正确的是___________。 A．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在低温或常温时可自发进行 B．合成氨反应中，反应物的总键能小于产物的总键能 C．合成氨厂一般采用的压强为 ，因为该压强下铁触媒的活性最高 D．N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成 63 典 例 精 讲 考点04 工业合成氨 （2）循环利用的Y是氮气和氢气，目的是___________。 （3）在合成氨工业中，要使氨的产率增大，同时又能提高反应速率，可采取的措施有______ (填编号)。 ①使用催化剂     ②恒温恒容，增大原料气N2和H2充入量      ③及时分离产生的NH3 ④升高温度       ⑤恒温恒容，充入惰性气体Ar使压强增大 （4）氮的固定和氮的循环是几百年来科学家一直研究的课题。下表列举了不同温度下大气固氮和工业固氮的部分K值。 分析数据可知： ①在400℃下模拟工业固氮，某时刻c(N2)= c(H2)= c(NH3)=1mol·L-1，此时v正______v逆(填“>”“<”或“=”)。 ②人类不适合大规模模拟大气固氮的原因是____________。 （1）AB （2）提高氮气和氢气转化率 （3）② （4）< 大气固氮为吸热反应，温度高达 2000℃时，K值仍然很小，正向进行的程度很小， 转化率很低，不适合大规模生产 64 典 例 精 讲 考点04 工业合成氨 【典例04-3】【工业生产反应条件的调控】某研究小组为探究催化剂对尾气中CO、NO转化的影响，将含NO和CO的尾气在不同温度下，以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应： 2NO(g)+2CO(g) N2(g)+2CO2(g)  △H<0，测量相同时间内逸出气体中NO的含量，从而确定尾气脱氮率(脱氮率即NO的转化率)，结果如图所示。 下列说法不正确的是 A．适当加压有助于脱氮率的提高 B．两种催化剂均能降低反应的活化能，但均不变 C．曲线Ⅱ中的催化剂的最适宜温度为450℃左右 D．a点的脱氮率是对应温度下的平衡脱氮率 D 65 举 一 反 三 考点04 工业合成氨 【演练01】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 N2与3 mol H2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 B 66 举 一 反 三 考点04 工业合成氨 【演练02】在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化为SO3： 2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=－196.6 kJ/mol。下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率。下列说法错误的是 A．在实际生产中，从成本的角度考虑选择常 压下进行反应 B．在实际生产中，选定的温度为400～500 ℃， 这与催化剂的活性无关 C．反应过程中通入过量的空气，以提高平衡时SO2的转化率 D．为避免污染环境和提高原料利用率，尾气中的SO2需回收处理 B 67 $$