第8讲 化学反应的调控-【暑假弯道超车】2025年新高二化学暑假提升精品讲义（人教版2019选择性必修1）

第8讲 化学反应的调控 学习目标 提前掌握本节核心知识，为开学学习打好基础。 思维导图 用图表整理章节逻辑，帮助建立系统化认知。 新知预习 通过预习内容初步理解新知识，培养独立思考能力。 考点精析 结合例题解析高频考点，掌握解题思路，减少开学后学习压力。 分层作业 基础达标：确保核心知识掌握，建立信心。 过关检测：提升应用能力，衔接开学后学习。 1.了解合成氨反应的特点以及外部条件对合成氨反应的影响。 2.了解合成氨生产的主要流程。 3.了解工业生产条件选择的依据和原则，学会控制反应条件提高产率。 4.掌握化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的分析方法。 氨是一种重要的化工原料，工业上利用氮气和氢气催化合成氨是人工固氮的主要手段。假如让你来设计工业生产氨，你如何为工厂设计合成氨的适宜条件?可以从哪些角度分析? 知识点1：合成氨反应 1.反应原理 N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH = -92.4 kJ·mol-1 2.反应特点 （1）自发性：常温(298 K)下，∆H-T∆S 0,能自发进行。 （2）可逆性：反应为可逆反应。 （3）体积变化(熵变)：∆S 0,正反应是气体体积减小的反应。 （4）焓变：∆H 0,是放热反应。 ①合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在298 K时平衡常数K=4.1×106,只能说明该反应在此条件下正向进行得较 ，不能说明反应速率的快慢。 3.合成氨反应条件选择 （1）原理分析 根据合成氨反应的特点，为增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，可采取的措施如表: 对合成氨反应的影响 影响因素 浓度 温度 压强 催化剂 增大合成氨的反应速率 反应物浓度 提高平衡混合物中氨的含量 反应物浓度、 生成物浓度 ①当温度、压强一定时，按反应物的 投料，平衡时生成物的百分含量最 。故起始时N2与H2的体积比为1:3时，平衡时混合物中氨的含量最 。 （2）数据分析 不同温度、压强条件下，合成氨反应达到化学平衡时(初始时氮气和氢气的体积比为1:3)反应混合物中氨的含量(体积分数): 温度/℃ 氨的含量/% 0.1MPa 10MPa 20MPa 30MPa 60MPa 100MPa 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4 分析表格数据可知，① 压强有利于提高达到化学平衡时混合物中氨的含量；② 温度有利于提高达到化学平衡时混合物中氨的含量。 （3）结论分析 ①升高温度、增大压强、增大反应物浓度及使用催化剂等，都可以使合成氨的反应速率 。 ②降低温度、增大压强、增大反应物浓度等有利于提高平衡混合物中氨的 。 “球磨法”合成氨 “球磨法”是在温和的条件下(45℃和1 bar,1 bar ≈ 100 kPa)合成氨，氨的最终体积分数可高达82.5%。该法分为两个步骤(如图):第一步，铁粉在球磨过程中被反复剧烈碰撞而活化，产生高密度的缺陷，氮分子被吸附在这些缺陷上[Fe(N*)],有助于氮分子的解离；第二步，N*发生加氢反应得到NHx*(x=1~3),剧烈碰撞中，NHx*从催化剂表面脱附得到产物氨。 知识点2: 工业合成氨反应条件的控制 1.合成氨反应条件的选择 工业生产中，必须从反应 和反应 两个角度来选择合成氨的适宜条件，既要考虑提高反应物的转化率，充分利用原料，又要考虑增大反应速率，提高单位时间内的产量，此外还要考虑设备和技术条件。 化学反应条件选择的三原则 ①既要注意外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性。 ②既要注意温度、催化剂对反应速率影响的一致性，又要注意催化剂的活性对温度的要求。 ③既要注意理论上的需求，又要考虑化工生产中动力、材料和设备条件。 工业生产中提高综合经济效益的分析 （1）理论探讨 ①提高单位时间内氨的产量(化学反应速率角度)。 ②提高平衡混合物中氨的含量(化学平衡移动角度)。 （2）实际论证 从生产成本、动力、材料、设备等方面对上述理论探讨进一步论证，以得出合理的结论。 2.合成氨的适宜条件 （1）压强 ①合成氨反应是反应前后气体分子数减小的反应，增大压强，既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动，提高产率，所以理论上压强越大越 。 ②压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，压缩H2和N2所需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能会降低综合经济效益。 综合考虑，实际生产中压强一般为 。 （2）温度 ①因为合成氨反应是放热反应，所以降低温度有利于平衡正向移动。 ②温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，这在工业生产中是很不经济的，因此温度不宜太低。 ③催化剂在一定温度下催化活性达到最大。 综合考虑，实际生产中温度一般为 (主要考虑催化剂的 )。 （3）催化剂 即使在高温、高压下，合成氨反应仍然进行得十分缓慢。使用催化剂能改变反应历程，降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快地进行反应。目前合成氨工业中普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂，又称 。铁触媒在 左右时活性最大。 催化剂“中毒” 因吸附或沉积毒物而使催化剂活性 或丧失的过程，称为催化剂“中毒”。催化剂“中毒”后，会严重影响生产的正常进行。对于合成氨反应中的铁触媒催化剂，O2、CO、CO2和水蒸气等都能使其“中毒”,工业上为了防止催化剂“中毒”,要把反应物加以净化，以除去“毒物”。 （4）浓度 即使是在500℃和30 MPa下，以氮气和氢气体积比为1:3投料，合成氨反应达到平衡时，混合物中NH3的体积分数也只有26.4%,N2和H2的转化率仍不够高。在实际生产中，还需要考虑浓度对化学平衡的影响，例如采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去，使平衡向生成NH3的方向移动，以及将分离NH3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，以利于合成氨反应的进行。 知识点3：化学反应的调控 1.控制反应条件的目的 （1）促进有利的化学反应：通过控制反应条件，可以加快化学反应 ，提高反应物的 和目标产物的选择性，从而促进有利的化学反应进行。 （2）抑制有害的化学反应：通过控制反应条件，也可以减缓化学反应速率，减少甚至消除有害物质的产生或控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。 2.控制反应条件的基本措施 （1）控制化学反应速率的措施 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。 （2）提高转化率的措施 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，从而提高转化率。 3.选择化工生产适宜条件的一般原则 角度 原理 从化学反应速率分析 既不能过快使反应不可控，又不能太慢使生产效率低下 从化学平衡移动分析 既要注意外界条件对速率和平衡的影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性 从原料的利用率分析 增加易得廉价原料的投料，以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 注意催化剂的活性对温度的限制 重点1：工业生产中选择适应生产条件的思路 选取适宜的化工生产条件时，要运用反应速率和化学平衡移动的相关知识，同时考虑化工生产中的动力、材料及设备等因素的影响，综合选取适宜的生产条件。 1.分析原则 总体要求：“多、快、好、省” 多：生成的产品尽量要多，或平衡尽量正向移动。 快：按确定的目标方向，反应速率要快。 好：反应原理要合理正确，也就是制备途径达到最好。 省：原料利用率要高，省料省时省能源。 2.条件选取 外界条件 反应速率因素 平衡移动因素 综合分析结果 浓度 增大反应物的浓度 增大反应物的浓度、减小生成物的浓度 不断地补充反应物、及时地分离出生成物 催化剂 合适的催化剂 无影响 加入合适的催化剂 温度 高温 ∆H＜0 低温 兼顾速率和平衡，并考虑催化剂的适宜温度 ∆H＞0 高温 在设备和能源条件允许的前提下，尽可能采取高温并选取适宜的催化剂 压强 高压(有气体参加) ∆n(g)＜0 高压 在设备条件允许的前提下，尽可能采取高压 ∆n(g)＞0 低压 兼顾速率和平衡，选择适宜的压强 要点2：合成氨反应的解题规律 1.体积差法(恒温恒压下) 3H₂(g)+N₂(g)2NH₃(g) ∆V 3 1 2 2 由化学方程式可知：反应后气体减小的体积 生成氨气的体积。例如，恒温恒压下，V1 L N2和H2的混合气体充分反应后，气体体积变为V2 L,则生成NH3的体积为(V1-V2) L。 2.图像分析 （1）3H₂(g)+N₂(g)2NH₃(g) ∆H＜0,平衡时混合物中氨的含量与温度、压强的关系如图所示： 结论：当其他条件相同时，压强越大，氨的含量越 ；温度越高，氨的含量越 。 （2）速率-时间图像的分析 如图是合成氨反应：3H₂(g)+N₂(g)2NH₃(g) ∆H＜0的速率随时间变化的曲线图。 图像分析： ①t0时，v正、v逆均不为零，说明反应从两个方向 ，由于v正>v逆,所以反应向 方向进行； ②t1时， 反应物浓度，平衡向 方向移动； ③t2时， 生成物浓度，平衡向 方向移动； ④t3时， 压强，平衡向 方向移动； ⑤t4时， 压强，平衡向 方向移动； ⑥t5时， 温度，平衡向 方向移动； ⑦t6时， 温度，平衡向 方向移动； ⑧t7时， N2、H2的浓度， NH3的浓度，平衡向正反应方向移动； ⑨t8时，加入 ，平衡不移动。 解题技巧： 反应达到平衡后，改变条件： ①v正>v逆，平衡正向移动；v正=v逆,平衡不移动；v正<v逆,平衡逆向移动。 ②只改变反应物或生成物浓度时，有一条线连接原曲线。 ③改变温度，曲线不再连续。 ④改变压强，若反应前后均有气体且气体的物质的量不相等，则v正、v逆发生变化，曲线不再连续；若反应前后气体的物质的量相等，则v正=v逆,曲线也不再连续。 考点一 工业合成氨反应条件控制 【典例1】工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：。下面说法正确的是 A．合成氨一般选择400～500℃的原因主要考虑了温度对速率的影响 B．将生成的氨气及时液化分离，可推动平衡正向移动，加快反应速率 C．增大压强虽能提高平衡产率，但实际生产中常采用20MPa以节省设备成本 D．由于在空气中含量高，因此直接将空气与氢气混合通入反应炉 【变式1-1】工业合成氨时，采用氮氢循环操作的主要目的是 A．加快反应速率 B．提高氨气的平衡浓度 C．降低氨气的沸点 D．提高N2和H2的利用率 【变式1-2】下列关于工业合成氨的说法正确的是 A．工业合成氨采用10～30MPa，是因为该条件下催化剂的活性最好 B．选择不同的催化剂会改变此反应△H的数值 C．合成氨工业中采用低温以提高平衡转化率 D．合成氨工业中液化分离出氨，提高产率 考点二 合成氨反应原理 【典例2】工业合成氨的反应为，其工艺如图所示。下列措施能提高N2平衡转化率的是 ①干燥净化“原料气”②采用“10MPa~30MPa”③“热交换”分离热量④“冷却”分离液氨⑤使用“铁触媒” A．②③④ B．①④⑤ C．①②③ D．③④⑤ 【变式2-1】哈伯在1908年申请循环法合成氨的专利，合成氨实验所用装置如下。下列说法不正确的是 A．进口a通入的是经过压缩的N2和H2 B．出口b的气体可以直接通入饿催化剂反应器 C．出口c是液态NH3出口，可用于冷却离开催化剂的气体 D．冷却水从A口进，B口出，用来给合成氨反应降温防止温度过热 【变式2-2】合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，在很大程度上解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问题。合成氨反应原理为： ：。 （1）合成氨反应在常温(298K)下 (填“能”或“不能”)自发。 1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨，实现了人工固氮。 （2）一定条件下，氨的平衡含量如下表，哈伯选用的条件是550℃、，而非200℃、，主要原因是 。 温度/℃ 压强 氨的平衡含量 200 10 81.5% 550 10 8.25% 合成氨的逆反应速率随时间的变化如下图： （3）由图可知，反应进行到a点时 。 A．　　B．　　C． （4）时改变了某种反应条件，该条件可能是_______。 A．升温 B．增大氮气的浓度 C．使用催化剂 D．加压 （5）如果在时从混合物中分离出部分，时间段反应处于新的平衡状态，请在图中画出(逆)的变化曲线 。 考点三 化工生产中反应条件的控制 【典例3】硝酸是重要的化工原料。下图为制硝酸的流程示意图。 下列说法正确的是 A．流程中，、和NO作反应物时，均作还原剂 B．合成塔中高温、高压的反应条件均是为了提高的平衡产率 C．吸收塔中通入空气的目的是提高NO的转化率 D．可选用铜作为盛装液氨和浓硝酸的罐体材料 【变式3-1】  是工业制硫酸的重要反应，下列说法不正确的是 A．其他条件不变，使用催化剂能同时提高反应速率和的平衡转化率 B．其他条件不变，升高温度能加快反应速率，但的平衡转化率降低 C．其他条件不变，通入过量空气能提高的平衡转化率，但的平衡转化率降低 D．其他条件不变，增大压强能同时提高反应速率和的平衡转化率，但生产成本增加 【变式3-2】二甲醚是一种新型能源，由合成气(组成为和少量)直接制备二甲醚：  。下列措施中不能提高制备二甲醚反应速率的是 A．适当增大反应体系的压强 B．选择使用合适的催化剂 C．增加合成气的用量 D．将液化并及时抽走 1．下列关于化学反应的调控措施说法不正确的是 A．硫酸工业中，为提高的转化率，通入过量的空气 B．工业上增加炼铁高炉的高度可以有效降低尾气中CO的含量 C．合成氨工业中，从生产实际条件考虑，不盲目增大反应压强 D．工业以CO和为原料合成甲醇，为提高原料的利用率采用循环操作 2．低温脱氮技术可用于处理废弃中的氮氧化物。发生的化学反应为：4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g)+Q。在恒容密闭容器中，下列说法正确的是 A．该反应是放热反应，降低温度将缩短反应达到平衡的时间 B．其他条件不变，使用高效催化剂，废气中氮氧化物的转化率增大 C．4mol氨气与足量的NO充分反应，放出的热量为Q D．增大压强，正逆反应速率都增大，平衡逆向移动 3．化学反应的调控对于工业生产具有积极意义，下列关于调控措施的说法错误的是 A．硫酸工业中，在高温高压、催化剂作用下，可提高生产效益 B．硫酸工业中，为提高的转化率，可通入稍过量的空气 C．工业合成氨，考虑催化剂的活性，选择的反应温度 D．工业合成氨，迅速冷却、液化氨气是为了使化学平衡向生成氨气的方向移动 4．合成氨的热化学方程式为  。最近，吉林大学与韩国、加拿大科研人员合作研究，提出基于机械化学(“暴力”干扰使铁活化)在较温和的条件下由氮气合成氨的新方案(过程如图所示)，利用这种方案所得氨的体积分数平衡时可高达。下列说法正确的是 A．该方案所得氨的含量高，主要是因为使用了铁做催化剂 B．采用该方案生产氨气，活化能和均减小 C．该方案氨的含量高，与反应温度较低有关 D．为了提高氨气的产率，应尽量采取较高温度提高化学反应速率 5．下图所示为工业合成氨的流程图。有关说法错误的是 A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B．步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以加快反应速率 C．步骤③、④、⑤均有利于提高原料平衡的转化率 D．产品液氨除可生产化肥外，还可用作制冷剂 6．合成氨工业中，原料气(、及少量CO、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：  。以下说法错误的是 A．原料气中的体积分数越大，平衡混合物中氨的体积分数也越大 B．杂质有可能引发催化剂中毒 C．使用催化剂可降低反应的活化能，大大提高生产效率 D．铜氨液再生的适宜条件是高温低压 7．哈伯法合成氨技术是德国诺贝尔化学奖获得者哈伯发明的。其合成原理为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)  H<0，S<0。下列有关工业合成氨的说法正确的是 A．因为H<0，所以该反应一定能自发进行 B．因为S<0，所以该反应一定不能自发进行 C．在低温下进行是为了提高反应物的转化率 D．使用催化剂加快反应速率是因为催化剂降低了反应的活化能 8．工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯：，在容积固定的密闭容器中，投入等物质的量和CO，测得相同时间内CO的转化率随温度的变化如图所示。下列说法不正确的是 A．增大压强，甲醇转化率减小 B．点反应速率 C．平衡常数：，反应速率： D．生产时反应温度控制在为宜 9．、和起始的物质的量分数分别为7.5％、10.5％和82％时，在、和不同压强下发生反应：，的平衡转化率随温度的变化如图所示。下列说法正确的是 A．恒压条件下，增加初始用量，增大 B．该反应在常温常压下进行最有利于提高效益 C．压强大小顺序为 D．其他条件不变，若将、初始用量调整为，则增大 10．2018年是哈伯因发明用氮气和氢气合成氨的方法而获得诺贝尔奖100周年。和生成的反应为，在Fe的催化作用下的反应历程如下（*表示吸附态） 化学吸附：；。 表面反应：；。 脱附：。 其中，的吸附分解反应活化能高、反应速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。请回答下列问题： （1）有利于提高合成氨平衡产率的条件有 。 A．低温    B．高温    C．低压     D．高压    E催化剂 （2）实际生产中，常用铁触媒作催化剂，控制温度为773K左右，压强为左右，原料气中和物质的量之比为1:2.8。分析说明原料气中过量的两个理由 、 。 （3）关于合成氨工艺的下列理解，正确的是 。 A．合成氨反应在不同温度下的和都小于零 B．当温度压强一定时，在原料气（和的比例不变）中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率 C．易液化，不断将液氨移去，有利于反应正向进行 D．分离空气可得通过天然气和水蒸气转化可得原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和发生安全事故 1．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 2．氨是最重要的化学品之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。工业合成氨的反应为：，能量转化关系如图所示。下列有关说法错误的是 A．低温、高压有利于提高合成氨平衡产率 B．选择铁做催化剂可以提高和的转化率 C．将液化分离有利于提高产率 D．合成氨采取循环操作，能提高和的利用率 3．二甲醚是一种新型能源，由合成气(组成为和少量)直接制备二甲醚：  。下列措施中不能提高制备二甲醚反应速率的是 A．适当增大反应体系的压强 B．选择使用合适的催化剂 C．增加合成气的用量 D．将液化并及时抽走 4．在硫酸工业中，通过下列反应：，下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时的转化率。下列说法正确的是 温度/ 平衡时的转化率 0.1MPa 0.5MPa 1MPa 5MPa 10MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 A．工业上通入过量空气的主要目的是加快反应速率 B．回收尾气中的仅为了防止空气污染 C．采用常压条件是因为常压下的转化率足够高，增大压强会增加设备成本 D．选择的较高温度既提高反应速率也提高平衡转化率 5．二氧化碳催化加氢制甲醇的反应为，已知该反应为放热反应，在恒容密闭容器中充入和进行反应，下列说法正确的是 A．正反应过程中涉及极性键、非极性键的断裂与形成 B．反应过程中气体密度减小直至反应达平衡状态 C．断键吸收的总能是大于形成化学键放出的总能量 D．反应达到平衡时的转化率一定小于20% 6．化学反应的调控，就是通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行。工业上选用五氧化二钥作催化剂生产，在、常压时发生反应  。下列有关叙述不正确的是 A．工业生产的反应条件选择要结合设备条件、安全操作、经济成本及环境保护、社会效益等因素 B．反应时生成的热气体经如图所示装置进行热交换，预热混合气体，冷却反应后生成的气体，有利于提高反应速率和提高的转化率 C．对原料气进行净化处理可有效防止催化剂中毒 D．反应选择在进行主要是为了提高的转化率 7．合成氨的热化学方程式为N2(g) +3H2(g)2NH3(g) ∆H= -92.4 kJ/mol ，如图所示为相同温度下，在等量的不同催化剂作用下，某浓度氨气分解时对应生成氢气的初始速率，下列说法正确的是         （  ） A．Fe作催化剂时，氨气分解反应活化能最小 B．氨气分解达到平衡时，单位时间内N≡N键断裂数目和N —H键形成数目相同 C．低压有利于提高N2和H2产率 D．高温有利于提高工业合成氨产率 8．在特定条件下，和发生反应：，，且测得合成反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系为：。下列有关叙述错误的是 A．当的百分含量不再变化时，反应达到化学平衡 B．加压，增加的倍数大于增加的倍数 C．升高温度，的平衡转化率降低 D．该条件下，分离出可提高转化率，但反应速率将降低 9．一定条件下，用 Fe2O3、 NiO 或 Cr2O3作催化剂对燃煤烟气进行回收，使 SO2转化生成为 S。催化剂不同，相同其他条件(浓度、温度、压强)情况下， 相同时间内 SO2的转化率随反应温度的变化如下图:下列说法不正确的是    A．不考虑催化剂价格因素，选择 Fe2O3作催化剂可以节约能源 B．相同其他条件下，选择 Cr2O3作催化剂， SO2的平衡转化率最小 C．a 点后 SO2的转化率减小的原因可能是温度升高催化剂活性降低了 D．选择 Fe2O3作催化剂，最适宜温度为 340～380℃温度范围 10．工业上合成氨是在一定条件下进行反应：；其部分工艺流程如图： （1）、需要经过铜氨液处理净化，除去其中的CO，其反应为：。铜氨液吸收CO适宜的生产条件是 。 （2）下列有关合成氨工业的叙述，正确的是 (填字母)。 A循环的气体是、、 B．采用高温是为了保证尽可能高的平衡转化率与快的反应速率 C．及时分离出产品，有利于反应正向进行 D．当温度、压强一定时，在原料气(和的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率 E.合成氨反应在不同温度下的和都小于零 （3）在其他条件相同时，分别测定不同压强、不同温度下，的平衡转化率，结果如下图 (填“>”或“<”)，判断的理由是 。 （4）温度为t℃时，将4a mol和2a molN2放入0.5L密闭容器中，充分反应达平衡后测得N2的转化率为50%，此时放出热量46.1kJ。则该温度下的平衡常数为 。 （5）依据温度对合成氨反应的影响，在下图坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，物质的量变化的曲线示意图 。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第8讲 化学反应的调控 学习目标 提前掌握本节核心知识，为开学学习打好基础。 思维导图 用图表整理章节逻辑，帮助建立系统化认知。 新知预习 通过预习内容初步理解新知识，培养独立思考能力。 考点精析 结合例题解析高频考点，掌握解题思路，减少开学后学习压力。 分层作业 基础达标：确保核心知识掌握，建立信心。 过关检测：提升应用能力，衔接开学后学习。 1.了解合成氨反应的特点以及外部条件对合成氨反应的影响。 2.了解合成氨生产的主要流程。 3.了解工业生产条件选择的依据和原则，学会控制反应条件提高产率。 4.掌握化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的分析方法。 氨是一种重要的化工原料，工业上利用氮气和氢气催化合成氨是人工固氮的主要手段。假如让你来设计工业生产氨，你如何为工厂设计合成氨的适宜条件?可以从哪些角度分析? 知识点1：合成氨反应 1.反应原理 N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH = -92.4 kJ·mol-1 2.反应特点 （1）自发性：常温(298 K)下，∆H-T∆S＜0,能自发进行。 （2）可逆性：反应为可逆反应。 （3）体积变化(熵变)：∆S＜0,正反应是气体体积减小的反应。 （4）焓变：∆H＜0,是放热反应。 ①合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在298 K时平衡常数K=4.1×106,只能说明该反应在此条件下正向进行得较完全，不能说明反应速率的快慢。 3.合成氨反应条件选择 （1）原理分析 根据合成氨反应的特点，为增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，可采取的措施如表: 对合成氨反应的影响 影响因素 浓度 温度 压强 催化剂 增大合成氨的反应速率 增大反应物浓度 高温 高压 使用 提高平衡混合物中氨的含量 增大反应物浓度、减小生成物浓度 低温 高压 无影响 ①当温度、压强一定时，按反应物的化学计量数之比投料，平衡时生成物的百分含量最高。故起始时N2与H2的体积比为1:3时，平衡时混合物中氨的含量最高。 （2）数据分析 不同温度、压强条件下，合成氨反应达到化学平衡时(初始时氮气和氢气的体积比为1:3)反应混合物中氨的含量(体积分数): 温度/℃ 氨的含量/% 0.1MPa 10MPa 20MPa 30MPa 60MPa 100MPa 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4 分析表格数据可知，①增大压强有利于提高达到化学平衡时混合物中氨的含量；②降低温度有利于提高达到化学平衡时混合物中氨的含量。 （3）结论分析 ①升高温度、增大压强、增大反应物浓度及使用催化剂等，都可以使合成氨的反应速率增大。 ②降低温度、增大压强、增大反应物浓度等有利于提高平衡混合物中氨的含量。 “球磨法”合成氨 “球磨法”是在温和的条件下(45℃和1 bar,1 bar ≈ 100 kPa)合成氨，氨的最终体积分数可高达82.5%。该法分为两个步骤(如图):第一步，铁粉在球磨过程中被反复剧烈碰撞而活化，产生高密度的缺陷，氮分子被吸附在这些缺陷上[Fe(N*)],有助于氮分子的解离；第二步，N*发生加氢反应得到NHx*(x=1~3),剧烈碰撞中，NHx*从催化剂表面脱附得到产物氨。 知识点2: 工业合成氨反应条件的控制 1.合成氨反应条件的选择 工业生产中，必须从反应速率和反应限度两个角度来选择合成氨的适宜条件，既要考虑提高反应物的转化率，充分利用原料，又要考虑增大反应速率，提高单位时间内的产量，此外还要考虑设备和技术条件。 化学反应条件选择的三原则 ①既要注意外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性。 ②既要注意温度、催化剂对反应速率影响的一致性，又要注意催化剂的活性对温度的要求。 ③既要注意理论上的需求，又要考虑化工生产中动力、材料和设备条件。 工业生产中提高综合经济效益的分析 （1）理论探讨 ①提高单位时间内氨的产量(化学反应速率角度)。 ②提高平衡混合物中氨的含量(化学平衡移动角度)。 （2）实际论证 从生产成本、动力、材料、设备等方面对上述理论探讨进一步论证，以得出合理的结论。 2.合成氨的适宜条件 （1）压强 ①合成氨反应是反应前后气体分子数减小的反应，增大压强，既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动，提高产率，所以理论上压强越大越好。 ②压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，压缩H2和N2所需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能会降低综合经济效益。 综合考虑，实际生产中压强一般为10 MPa~30 MPa。 （2）温度 ①因为合成氨反应是放热反应，所以降低温度有利于平衡正向移动。 ②温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，这在工业生产中是很不经济的，因此温度不宜太低。 ③催化剂在一定温度下催化活性达到最大。 综合考虑，实际生产中温度一般为400~500℃(主要考虑催化剂的活性)。 （3）催化剂 即使在高温、高压下，合成氨反应仍然进行得十分缓慢。使用催化剂能改变反应历程，降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快地进行反应。目前合成氨工业中普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。铁触媒在500 ℃左右时活性最大。 催化剂“中毒” 因吸附或沉积毒物而使催化剂活性降低或丧失的过程，称为催化剂“中毒”。催化剂“中毒”后，会严重影响生产的正常进行。对于合成氨反应中的铁触媒催化剂，O2、CO、CO2和水蒸气等都能使其“中毒”,工业上为了防止催化剂“中毒”,要把反应物加以净化，以除去“毒物”。 （4）浓度 即使是在500℃和30 MPa下，以氮气和氢气体积比为1:3投料，合成氨反应达到平衡时，混合物中NH3的体积分数也只有26.4%,N2和H2的转化率仍不够高。在实际生产中，还需要考虑浓度对化学平衡的影响，例如采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去，使平衡向生成NH3的方向移动，以及将分离NH3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，以利于合成氨反应的进行。 知识点3：化学反应的调控 1.控制反应条件的目的 （1）促进有利的化学反应：通过控制反应条件，可以加快化学反应速率，提高反应物的转化率和目标产物的选择性，从而促进有利的化学反应进行。 （2）抑制有害的化学反应：通过控制反应条件，也可以减缓化学反应速率，减少甚至消除有害物质的产生或控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。 2.控制反应条件的基本措施 （1）控制化学反应速率的措施 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。 （2）提高转化率的措施 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，从而提高转化率。 3.选择化工生产适宜条件的一般原则 角度 原理 从化学反应速率分析 既不能过快使反应不可控，又不能太慢使生产效率低下 从化学平衡移动分析 既要注意外界条件对速率和平衡的影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性 从原料的利用率分析 增加易得廉价原料的投料，以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 注意催化剂的活性对温度的限制 重点1：工业生产中选择适应生产条件的思路 选取适宜的化工生产条件时，要运用反应速率和化学平衡移动的相关知识，同时考虑化工生产中的动力、材料及设备等因素的影响，综合选取适宜的生产条件。 1.分析原则 总体要求：“多、快、好、省” 多：生成的产品尽量要多，或平衡尽量正向移动。 快：按确定的目标方向，反应速率要快。 好：反应原理要合理正确，也就是制备途径达到最好。 省：原料利用率要高，省料省时省能源。 2.条件选取 外界条件 反应速率因素 平衡移动因素 综合分析结果 浓度 增大反应物的浓度 增大反应物的浓度、减小生成物的浓度 不断地补充反应物、及时地分离出生成物 催化剂 合适的催化剂 无影响 加入合适的催化剂 温度 高温 ∆H＜0 低温 兼顾速率和平衡，并考虑催化剂的适宜温度 ∆H＞0 高温 在设备和能源条件允许的前提下，尽可能采取高温并选取适宜的催化剂 压强 高压(有气体参加) ∆n(g)＜0 高压 在设备条件允许的前提下，尽可能采取高压 ∆n(g)＞0 低压 兼顾速率和平衡，选择适宜的压强 要点2：合成氨反应的解题规律 1.体积差法(恒温恒压下) 3H₂(g)+N₂(g)2NH₃(g) ∆V 3 1 2 2 由化学方程式可知：反应后气体减小的体积等于生成氨气的体积。例如，恒温恒压下，V1 L N2和H2的混合气体充分反应后，气体体积变为V2 L,则生成NH3的体积为(V1-V2) L。 2.图像分析 （1）3H₂(g)+N₂(g)2NH₃(g) ∆H＜0,平衡时混合物中氨的含量与温度、压强的关系如图所示： 结论：当其他条件相同时，压强越大，氨的含量越高；温度越高，氨的含量越低。 （2）速率-时间图像的分析 如图是合成氨反应：3H₂(g)+N₂(g)2NH₃(g) ∆H＜0的速率随时间变化的曲线图。 图像分析： ①t0时，v正、v逆均不为零，说明反应从两个方向同时开始，由于v正>v逆,所以反应向正反应方向进行； ②t1时，增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动； ③t2时，减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动； ④t3时，增大压强，平衡向正反应方向移动； ⑤t4时，减小压强，平衡向逆反应方向移动； ⑥t5时，升高温度，平衡向逆反应方向移动； ⑦t6时，降低温度，平衡向正反应方向移动； ⑧t7时，增大N2、H2的浓度，减小NH3的浓度，平衡向正反应方向移动； ⑨t8时，加入催化剂，平衡不移动。 解题技巧： 反应达到平衡后，改变条件： ①v正>v逆，平衡正向移动；v正=v逆,平衡不移动；v正<v逆,平衡逆向移动。 ②只改变反应物或生成物浓度时，有一条线连接原曲线。 ③改变温度，曲线不再连续。 ④改变压强，若反应前后均有气体且气体的物质的量不相等，则v正、v逆发生变化，曲线不再连续；若反应前后气体的物质的量相等，则v正=v逆,曲线也不再连续。 考点一 工业合成氨反应条件控制 【典例1】工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：。下面说法正确的是 A．合成氨一般选择400～500℃的原因主要考虑了温度对速率的影响 B．将生成的氨气及时液化分离，可推动平衡正向移动，加快反应速率 C．增大压强虽能提高平衡产率，但实际生产中常采用20MPa以节省设备成本 D．由于在空气中含量高，因此直接将空气与氢气混合通入反应炉 【答案】C 【解析】A．合成氨选择，既考虑温度对速率的影响（加快反应速率），也考虑催化剂（铁触媒）的活性，该温度下催化剂活性高，不只是考虑速率， A错误； B．及将氨气及时液化分离，平衡正向移动，但浓度降低了，反应速率会减慢，不是加快，B错误； C．增大压强，平衡正向移动，能提高平衡产率，但压强过大对设备要求高、成本高，实际生产采用20MPa左右可节省设备成本，C正确； D．直接将空气与氢气混合通入反应炉，空气中的氧气会与氢气混合发生爆炸等危险，且空气中含有其他杂质气体，会影响反应，不能直接混合，D错误； 故答案选C。 【变式1-1】工业合成氨时，采用氮氢循环操作的主要目的是 A．加快反应速率 B．提高氨气的平衡浓度 C．降低氨气的沸点 D．提高N2和H2的利用率 【答案】D 【解析】工业合成氨是可逆反应，原料不能完全转化为产物，采用氮氢循环操作的主要目的是提高氮气和氢气的利用率，故答案为D。 【变式1-2】下列关于工业合成氨的说法正确的是 A．工业合成氨采用10～30MPa，是因为该条件下催化剂的活性最好 B．选择不同的催化剂会改变此反应△H的数值 C．合成氨工业中采用低温以提高平衡转化率 D．合成氨工业中液化分离出氨，提高产率 【答案】D 【解析】A．合成氨工业采用，使反应速率快，且有利于提高平衡混合物中氨的含量，不是因为该条件下催化剂的活性最好，故A错误； B．催化剂能改变化学反应速率，不能改变反应△H的数值，故B错误； C．合成氨若采用低温可提高平衡转化率，但温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所用时间变长，在实际生产中采用的温度为400~500℃，故C错误； D．由于氨易液化，可以分离出氨，使平衡正移，提高产率，故D正确； 故选D。 考点二 合成氨反应原理 【典例2】工业合成氨的反应为，其工艺如图所示。下列措施能提高N2平衡转化率的是 ①干燥净化“原料气”②采用“10MPa~30MPa”③“热交换”分离热量④“冷却”分离液氨⑤使用“铁触媒” A．②③④ B．①④⑤ C．①②③ D．③④⑤ 【答案】A 【解析】①“干燥净化”主要有两个作用，一是从催化剂中毒角度考虑，防止催化剂失活失去效用，与速率有关，与平衡转化率无关，二是防止有氧化性气体进入，从而引起爆炸，也与平衡转化率无关，①不符合题意； ②采用合适压强既考虑了速率、转化率，又考虑了设备材料，②符合题意； ③热交换及时分离热量，合成氨正反应是放热反应，降低温度有利于平衡正向移动，③符合题意； ④分离氨，平衡正向移动，④符合题意； ⑤铁触媒只改变速率，不改变平衡转化率，⑤不符合题意； 故选择②③④，答案选A。 【变式2-1】哈伯在1908年申请循环法合成氨的专利，合成氨实验所用装置如下。下列说法不正确的是 A．进口a通入的是经过压缩的N2和H2 B．出口b的气体可以直接通入饿催化剂反应器 C．出口c是液态NH3出口，可用于冷却离开催化剂的气体 D．冷却水从A口进，B口出，用来给合成氨反应降温防止温度过热 【答案】B 【分析】合成氨，由于合成氨的反应是一个可逆反应，达到平衡后，反应物并不能完全转化为产物氨气，这意味着有很大一部分原料气未被充分利用，故进口a通入压缩N2和H2，有助于提高反应速率、提高N2和H2的利用率；在合成氨的工艺中，氢气和氮气都需要进行干燥处理，以防止过多水分的进入影响化学反应的进行；经过反应器反应，按下进上出的方式通入冷凝水，混合气体进入冷却室，将NH3液化，c处为液态氨气，b出来的N2和H2的混气进行循环合成， 据此分析； 【解析】A．压缩的N2和H2有利于正向进行，提高反应速率、提高N2和H2的利用率和平衡混合物中氨气的含量，A正确； B．应净化，防催化剂中毒，B错误； C．NH3易液化，将NH3分离有利平衡正向移动，C正确； D．冷却水下口进水，从A口进水，上口出水，B口出水，来给合成氨反应降温防止温度过热，D正确； 故选B。 【变式2-2】合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大成就，在很大程度上解决了地球上因粮食不足而导致的饥饿问题。合成氨反应原理为： ：。 （1）合成氨反应在常温(298K)下 (填“能”或“不能”)自发。 1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨，实现了人工固氮。 （2）一定条件下，氨的平衡含量如下表，哈伯选用的条件是550℃、，而非200℃、，主要原因是 。 温度/℃ 压强 氨的平衡含量 200 10 81.5% 550 10 8.25% 合成氨的逆反应速率随时间的变化如下图： （3）由图可知，反应进行到a点时 。 A．　　B．　　C． （4）时改变了某种反应条件，该条件可能是_______。 A．升温 B．增大氮气的浓度 C．使用催化剂 D．加压 （5）如果在时从混合物中分离出部分，时间段反应处于新的平衡状态，请在图中画出(逆)的变化曲线 。 【答案】（1）能 （2）在550℃、10MPa条件下，催化剂活性最好，可以提高合成氨的反应速率。 （3）A （4）D （5） 【解析】（1）合成氨反应的，当时反应能自发进行，故合成氨的反应在常温(298K)下能自发进行。 （2）虽然从氨的平衡含量看，200℃有利于提高氨的平衡含量，但200℃时，催化剂可能达不到最佳活性状态，反应速率可能会很慢，550℃时催化剂的活性较好，可以提高反应速率，能提高生产效率，更有利于大规模工业生产。因此哈伯选用550℃、的主要原因是：在550℃、10MPa条件下，催化剂活性最好，可以提高合成氨的反应速率。 （3）根据图中曲线可知，反应进行到时达到平衡状态，从a点到平衡状态，逆反应速率不断增大，说明生成物浓度不断增大，处于向正反应方向进行的状态，因此，故选A。 （4）根据图中曲线可知，时平衡状态被破坏，时重新达到平衡状态。时，均增大，且，平衡向正反应方向移动，对各选项分析如下： A．合成氨的反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，A错误； B．增大N2的浓度，只增大正反应速率，B错误； C．使用催化剂，不改变平衡状态，C错误； D．合成氨的反应，反应后气体体积减小，加压，正、逆反应速率均增大，平衡向正反应方向移动，D正确； 故选D。 （5）如果在时从混合物中分离出部分，使生成物浓度减小，逆反应速率减小，平衡向正反应方向移动，(逆)的变化曲线如下图所示： 。 考点三 化工生产中反应条件的控制 【典例3】硝酸是重要的化工原料。下图为制硝酸的流程示意图。 下列说法正确的是 A．流程中，、和NO作反应物时，均作还原剂 B．合成塔中高温、高压的反应条件均是为了提高的平衡产率 C．吸收塔中通入空气的目的是提高NO的转化率 D．可选用铜作为盛装液氨和浓硝酸的罐体材料 【答案】C 【分析】氮气和氢气在合成塔中发生反应生成，在氧化炉中发生反应生成NO，NO与空气在吸收塔中发生2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO反应制得硝酸，据此回答。 【解析】A．在合成氨反应中，N2中氮元素化合价从0价降低到-3价，N2作氧化剂；在氧化炉中发生反应 ，中氮元素化合价升高，作还原剂；NO在吸收塔中发生反应2NO+O2=2NO2，NO中氮元素化合价升高，NO作还原剂，A错误； B．合成氨的正反应是放热反应，高温会使平衡逆向移动，降低的平衡产率；高压使平衡正向移动，能提高的平衡产率，B错误； C．吸收塔中发生反应2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO，通入空气，提供O2，使NO能充分反应，提高NO的转化率，C正确； D．浓硝酸具有强氧化性，能与铜反应，不能用铜作为盛装浓硝酸的罐体材料，D错误； 故选C。 【变式3-1】  是工业制硫酸的重要反应，下列说法不正确的是 A．其他条件不变，使用催化剂能同时提高反应速率和的平衡转化率 B．其他条件不变，升高温度能加快反应速率，但的平衡转化率降低 C．其他条件不变，通入过量空气能提高的平衡转化率，但的平衡转化率降低 D．其他条件不变，增大压强能同时提高反应速率和的平衡转化率，但生产成本增加 【答案】A 【解析】A．其他条件不变，使用催化剂能提高反应速率，但催化剂不影响平衡，不能改变的平衡转化率，A符合题意； B．该反应为放热反应，其他条件不变，升高温度能加快反应速率，但平衡逆向移动，SO2的平衡转化率降低，B不符合题意； C．其他条件不变，通入过量空气，增大反应物浓度，使平衡右移，则能提高的平衡转化率，但的平衡转化率降低，C不符合题意； D．其他条件不变，增大压强能能提高反应速率，该反应为气体分子数减小的反应，增大压强平衡正向移动，SO2的平衡转化率增大，但压强增大对设备要求提高，生产成本增加，D不符合题意； 故选A。 【变式3-2】二甲醚是一种新型能源，由合成气(组成为和少量)直接制备二甲醚：  。下列措施中不能提高制备二甲醚反应速率的是 A．适当增大反应体系的压强 B．选择使用合适的催化剂 C．增加合成气的用量 D．将液化并及时抽走 【答案】D 【解析】A．适当增大反应体系的压强，各物质浓度增大，反应速率加快，A不符合题意； B．选择使用合适的催化剂能降低反应能，反应速率加快，B不符合题意； C．增加合成气的用量相当于加压，各物质浓度增大，反应速率加快，C不符合题意； D．将液化并及时抽走，减小生成物的浓度，能使平衡正向移动但反应速率减慢，D符合题意； 故选D。 1．下列关于化学反应的调控措施说法不正确的是 A．硫酸工业中，为提高的转化率，通入过量的空气 B．工业上增加炼铁高炉的高度可以有效降低尾气中CO的含量 C．合成氨工业中，从生产实际条件考虑，不盲目增大反应压强 D．工业以CO和为原料合成甲醇，为提高原料的利用率采用循环操作 【答案】B 【解析】A．硫酸工业中涉及反应，通入过量空气，平衡正向移动，的转化率提高，A正确； B．高炉炼铁时发生反应，增加高炉的高度不能降低尾气中CO的含量，B错误； C．工业合成氨中，若压强过大，不仅会增大能源消耗，还会增大动力消耗、对设备的要求也高，C正确； D．工业合成甲醇，采用原料循环操作可提高原料的利用率，D正确； 故选B。 2．低温脱氮技术可用于处理废弃中的氮氧化物。发生的化学反应为：4NH3(g)+6NO(g)5N2(g)+6H2O(g)+Q。在恒容密闭容器中，下列说法正确的是 A．该反应是放热反应，降低温度将缩短反应达到平衡的时间 B．其他条件不变，使用高效催化剂，废气中氮氧化物的转化率增大 C．4mol氨气与足量的NO充分反应，放出的热量为Q D．增大压强，正逆反应速率都增大，平衡逆向移动 【答案】D 【解析】A．降低温度反应速率减小，反应达到平衡时间增长，故A错误； B．催化剂改变反应速率不改变化学平衡，废气中氮氧化物的转化率不变，故B错误； C．该反应是可逆反应，4mol氨气与足量的NO充分反应，4mol氨气不可能全部转化，故放出的热量应小于Q，C错误； D．增大压强，正逆反应速率都增大，有化学计量数可知，正反应方向是气体物质的量增大，逆反应方向是气体物质的量减小，增大压强平衡逆向移动，D正确； 故选D。 3．化学反应的调控对于工业生产具有积极意义，下列关于调控措施的说法错误的是 A．硫酸工业中，在高温高压、催化剂作用下，可提高生产效益 B．硫酸工业中，为提高的转化率，可通入稍过量的空气 C．工业合成氨，考虑催化剂的活性，选择的反应温度 D．工业合成氨，迅速冷却、液化氨气是为了使化学平衡向生成氨气的方向移动 【答案】A 【解析】A．高温高压、催化剂是合成氨的条件，硫酸工业不需要高压，故A错误； B．为提高SO2的转化率，不是通入的空气越多越好，通入空气越多，导致体系温度下降，需要更多的能量，为提高的转化率，可通入稍过量的空气，故B正确； C．升高温度可加快反应速率，为放热反应，升高温度平衡逆向移动，且催化剂的活性与温度有关，则反应温度选择400~500C是该反应催化剂的催化活性、反应速率、反应限度等角度综合考虑的结果，故C正确； D．工业合成氨，迅速冷却、液化氨气，是为了使化学平衡向生成氨气的方向移动，故D正确； 答案选：A。 4．合成氨的热化学方程式为  。最近，吉林大学与韩国、加拿大科研人员合作研究，提出基于机械化学(“暴力”干扰使铁活化)在较温和的条件下由氮气合成氨的新方案(过程如图所示)，利用这种方案所得氨的体积分数平衡时可高达。下列说法正确的是 A．该方案所得氨的含量高，主要是因为使用了铁做催化剂 B．采用该方案生产氨气，活化能和均减小 C．该方案氨的含量高，与反应温度较低有关 D．为了提高氨气的产率，应尽量采取较高温度提高化学反应速率 【答案】C 【解析】A．由循环图看出，铁是合成氨的催化剂，但催化剂不影响平衡移动，A错误； B．使用催化剂能降低活化能，但不改变反应的，B错误； C．合成氨是放热反应，较低的反应温度有利于提高氮气的转化率及氨气的产率，C正确； D．合成氨是放热反应，温度过高会影响氨气的产率，D错误； 故选C。 5．下图所示为工业合成氨的流程图。有关说法错误的是 A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B．步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以加快反应速率 C．步骤③、④、⑤均有利于提高原料平衡的转化率 D．产品液氨除可生产化肥外，还可用作制冷剂 【答案】C 【分析】应用催化剂知识、反应速率和化学平衡理论，分析判断工业合成氨的反应速率和平衡转化率问题。 【解析】A项：合成氨使用含铁催化剂，为防止催化剂中毒，须将原料“净化”处理，A项正确； B项：步骤②中“加压”，可增大氮气、氢气浓度，加快合成氨反应速率又能使平衡右移，提高原料转化率，B项正确； C项：合成氨反应放热，步骤③使用较高温度不利于提高原料转化率，同时使用催化剂也不能使平衡移动，步骤④、⑤能有利于提高原料的转化率，故C项错误； D项：产品液氨可用酸吸收生成铵态氮肥。液氨汽化时会吸收大量热，可用作制冷剂，D项正确。 本题选C。 6．合成氨工业中，原料气(、及少量CO、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：  。以下说法错误的是 A．原料气中的体积分数越大，平衡混合物中氨的体积分数也越大 B．杂质有可能引发催化剂中毒 C．使用催化剂可降低反应的活化能，大大提高生产效率 D．铜氨液再生的适宜条件是高温低压 【答案】A 【解析】A．工业合成氨的反应为，所以适当增大氢气的量，会使平衡向正向移动，从而使混合物中氨的体积分数变大，但不是原料气中的体积分数越大平衡混合物中氨的体积分数越大，无杂质时，理论上当投料比时，氨的体积分数最大，A错误； B．CO可能会引发催化剂中毒，导致活性下降，B正确； C．使用催化剂可降低反应的活化能，加快反应速率，从而大大提高生产效率，C正确； D．根据铜氨液与CO、氨气的反应可知，要使铜氨液再生，需使平衡向逆反应方向移动，升高温度或减小气体压强均可使平衡逆移，满足要求，D正确； 故选A。 7．哈伯法合成氨技术是德国诺贝尔化学奖获得者哈伯发明的。其合成原理为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)  H<0，S<0。下列有关工业合成氨的说法正确的是 A．因为H<0，所以该反应一定能自发进行 B．因为S<0，所以该反应一定不能自发进行 C．在低温下进行是为了提高反应物的转化率 D．使用催化剂加快反应速率是因为催化剂降低了反应的活化能 【答案】D 【解析】A．化学反应能否自发进行的判断依据是：ΔG=ΔH-TΔS<0，所以焓变不能独立地作为反应自发性的判据，A错误； B．化学反应能否自发进行的判断依据是：ΔG=ΔH-TΔS<0，所以焓变不能独立地作为反应自发性的判据，B错误； C．降低温度虽然反应正向移动，反应物的转化率有所提高，但温度低反应速率慢不利于氨的工业生成，工业上合成氨采用较高温度，是为了加快反应速率，提高生成效率，C错误； D．催化剂改变反应活化能，降低反应的活化能，加快反应速率，D正确； 故答案为：D。 8．工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯：，在容积固定的密闭容器中，投入等物质的量和CO，测得相同时间内CO的转化率随温度的变化如图所示。下列说法不正确的是 A．增大压强，甲醇转化率减小 B．点反应速率 C．平衡常数：，反应速率： D．生产时反应温度控制在为宜 【答案】A 【解析】A．的正反应是气体分子数减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，甲醇的转化率增大，A错误； B．由题图可知，随着温度的升高，CO的转化率先增大后减小，在相同时间内，约83℃时反应达到平衡，点时反应没有达到平衡，仍向正反应方向进行，则，B正确； C．达到平衡后，升高温度，CO转化率降低，平衡逆向移动，平衡常数减小，则；温度越高，反应速率越快，因此反应速率：，C正确； D．由题图可知，在80～85℃时，CO的转化率较大，且反应速率较快，因此生产时反应温度控制在80～85℃为宜，D正确； 故选A。 9．、和起始的物质的量分数分别为7.5％、10.5％和82％时，在、和不同压强下发生反应：，的平衡转化率随温度的变化如图所示。下列说法正确的是 A．恒压条件下，增加初始用量，增大 B．该反应在常温常压下进行最有利于提高效益 C．压强大小顺序为 D．其他条件不变，若将、初始用量调整为，则增大 【答案】C 【解析】A．恒压条件下，增加初始用量，、的浓度等比例减小，相当于减小压强，该反应是气体体积减小的反应，减小压强，平衡逆向移动，的平衡转化率减小，A错误； B．虽然升高温度，SO2的平衡转化率减小，但实际生产当中除了考虑平衡转化率，还需要考虑反应速率和催化剂活性，常温下反应速率较慢，不利于提高效益，B错误； C．该反应前后气体系数之和减小，相同温度下，增大压强，平衡正向移动，SO2的转化率增大，所以，C正确； D．当SO2的量一定时，氧气的用量越大，SO2的平衡转化率越大，其他条件不变，若将SO2、O2初始用量调整为2∶1，相当于减少了氧气的用量，SO2的平衡转化率减小，D错误； 故选C。 10．2018年是哈伯因发明用氮气和氢气合成氨的方法而获得诺贝尔奖100周年。和生成的反应为，在Fe的催化作用下的反应历程如下（*表示吸附态） 化学吸附：；。 表面反应：；。 脱附：。 其中，的吸附分解反应活化能高、反应速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。请回答下列问题： （1）有利于提高合成氨平衡产率的条件有 。 A．低温    B．高温    C．低压     D．高压    E催化剂 （2）实际生产中，常用铁触媒作催化剂，控制温度为773K左右，压强为左右，原料气中和物质的量之比为1:2.8。分析说明原料气中过量的两个理由 、 。 （3）关于合成氨工艺的下列理解，正确的是 。 A．合成氨反应在不同温度下的和都小于零 B．当温度压强一定时，在原料气（和的比例不变）中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率 C．易液化，不断将液氨移去，有利于反应正向进行 D．分离空气可得通过天然气和水蒸气转化可得原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和发生安全事故 【答案】 AD 原料气中相对易得，适度过量有利于提高的转化率 的吸附分解是决定反应速率的步骤，适度过量有利于提高整体反应速率 ACD 【分析】分析过程可知空气中含大量氮气，增加氮气量可以提高氢气的转化率，反应历程中N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤。 【解析】①N2（g）+H2（g）NH3（g）△H（298 K）=-46.2kJ•mol-1是气体体积减小的放热反应，据此分析解题： A．低温有利于平衡正向进行，提高氨气产率，A正确； B．高温平衡逆向进行，不利于提高氨气产率，B错误； C．低压平衡逆向进行，不利于提高氨气产率，C错误； D．高压平衡正向进行，利于提高氨气产率，D正确； E．催化剂只改变反应速率，不改变化学平衡，不能提高产率，E错误； 故答案为：AD； ②原料中N2和H2物质的量之比为1：2.8，原料气中N2过量的两个理由：原料气中N2相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率；N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤，适度过量有利于提高整体反应速率，故答案为：原料气中N2相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率；N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤，适度过量有利于提高整体反应速率； ③A．N2（g）+H2（g）NH3（g）△H（298K）=-46.2kJ•mol-1是气体体积减小的放热反应，合成氨反应在不同温度下的△H和△S都小于零，A正确； B．当温度、压强一定时，在原料气（N2和H2的比例不变）中添加少量惰性气体，总压增大，分压不变，平衡不变，不能提高平衡转化率，B错误； C．NH3有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行，C正确； D．合成氨的反应在合成塔中发生，原料气中的N2是从空气中分离得来，先将空气液化，再蒸馏得N2，甲烷与水在高温催化剂条件下生成CO和H2，原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和发生安全事故，D正确； 故答案为：ACD。 1．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。 2．氨是最重要的化学品之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。工业合成氨的反应为：，能量转化关系如图所示。下列有关说法错误的是 A．低温、高压有利于提高合成氨平衡产率 B．选择铁做催化剂可以提高和的转化率 C．将液化分离有利于提高产率 D．合成氨采取循环操作，能提高和的利用率 【答案】B 【分析】由图可知，该反应是一个正向体积减小的放热反应。 【解析】A．反应正向是体积减小的放热反应，因此低温、高压有利于平衡正向移动提高合成氨平衡产率，故A正确； B．催化剂只能提高反应速率，不能使平衡发生移动，故B错误； C．将液化分离使平衡正向移动有利于提高产率，故C正确； D．循环操作可以让未反应的和再次作为原料参与反应，能提高和的利用率，故D正确； 故选B。 3．二甲醚是一种新型能源，由合成气(组成为和少量)直接制备二甲醚：  。下列措施中不能提高制备二甲醚反应速率的是 A．适当增大反应体系的压强 B．选择使用合适的催化剂 C．增加合成气的用量 D．将液化并及时抽走 【答案】D 【解析】A．适当增大反应体系的压强，各物质浓度增大，反应速率加快，A不符合题意； B．选择使用合适的催化剂能降低反应能，反应速率加快，B不符合题意； C．增加合成气的用量相当于加压，各物质浓度增大，反应速率加快，C不符合题意； D．将液化并及时抽走，减小生成物的浓度，能使平衡正向移动但反应速率减慢，D符合题意； 故选D。 4．在硫酸工业中，通过下列反应：，下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时的转化率。下列说法正确的是 温度/ 平衡时的转化率 0.1MPa 0.5MPa 1MPa 5MPa 10MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 A．工业上通入过量空气的主要目的是加快反应速率 B．回收尾气中的仅为了防止空气污染 C．采用常压条件是因为常压下的转化率足够高，增大压强会增加设备成本 D．选择的较高温度既提高反应速率也提高平衡转化率 【答案】C 【解析】A．工业上通入过量空气的主要目的是加快反应速率和提高二氧化硫的转化率，故A错误；， B．回收尾气中的是为了防止空气污染和提高原料利用率，故B错误； C．由表中数据可知，采用常压条件是因为常压下的转化率足够高，增大压强会增加设备成本，故C正确； D．正反应放热，升高温度平衡逆向移动，的平衡转化率降低，选择的较高温度提高反应速率，故D错误； 选C。 5．二氧化碳催化加氢制甲醇的反应为，已知该反应为放热反应，在恒容密闭容器中充入和进行反应，下列说法正确的是 A．正反应过程中涉及极性键、非极性键的断裂与形成 B．反应过程中气体密度减小直至反应达平衡状态 C．断键吸收的总能是大于形成化学键放出的总能量 D．反应达到平衡时的转化率一定小于20% 【答案】D 【解析】A．正反应过程中，涉及到H－H非极性键、C=O极性键断裂，生成H－O、C－O、C－H极性键，无非极性键形成，故A项错误； B．反应过程中，反应前后气体总质量不变且为密闭容器，体积不变，则气体密度不变，故B项错误； C．已知该反应为放热反应，断键吸收的总能是小于形成化学键放出的总能量，故C项错误； D．当3molH2完全转化时消耗二氧化碳的物质的量为1mol，极限转化率为20%，该反应为可逆反应，则转化率小于20%，故D项正确； 故本题选D。 6．化学反应的调控，就是通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行。工业上选用五氧化二钥作催化剂生产，在、常压时发生反应  。下列有关叙述不正确的是 A．工业生产的反应条件选择要结合设备条件、安全操作、经济成本及环境保护、社会效益等因素 B．反应时生成的热气体经如图所示装置进行热交换，预热混合气体，冷却反应后生成的气体，有利于提高反应速率和提高的转化率 C．对原料气进行净化处理可有效防止催化剂中毒 D．反应选择在进行主要是为了提高的转化率 【答案】D 【解析】A．由反应获取信息：工业生产反应条件的选择是一个综合体系，要结合设备条件、安全操作、经济成本及环境保护、社会效益等因素，A正确； B．进行热交换既有利于提高反应前混合气体的反应速率，又有利于反应后生成气体的平衡正向移动，B正确； C．原料气中的杂质易引起催化剂中毒，净化处理后可有效防止催化剂中毒，C正确； D．该反应为放热反应，反应选择在400~500℃进行，不利于平衡正向移动，不利于提高的转化率，D错误； 故选D。 7．合成氨的热化学方程式为N2(g) +3H2(g)2NH3(g) ∆H= -92.4 kJ/mol ，如图所示为相同温度下，在等量的不同催化剂作用下，某浓度氨气分解时对应生成氢气的初始速率，下列说法正确的是         （  ） A．Fe作催化剂时，氨气分解反应活化能最小 B．氨气分解达到平衡时，单位时间内N≡N键断裂数目和N —H键形成数目相同 C．低压有利于提高N2和H2产率 D．高温有利于提高工业合成氨产率 【答案】C 【解析】A．氨气分解反应活化能最大的即是反应速率最慢的，Ru作催化剂时，氨气分解反应活化能最小，A项错误； B．氨气分解达到平衡时，单位时间内 键断裂数目和N-H键形成数目之比为 1:6，B项错误； C．降低压强，反应2NH3(g) N2(g)+3H2(g)正向移动，有利于提高N2和H2产率，C项正确； D．高温使反应N2(g) +3H2(g)2NH3(g)逆向进行，不利于平衡向生成氨的方向移动，不利于提高合成氨的产率，选择高温主要基于速率考虑，D项错误； 故选：C。 8．在特定条件下，和发生反应：，，且测得合成反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系为：。下列有关叙述错误的是 A．当的百分含量不再变化时，反应达到化学平衡 B．加压，增加的倍数大于增加的倍数 C．升高温度，的平衡转化率降低 D．该条件下，分离出可提高转化率，但反应速率将降低 【答案】D 【解析】A．当的百分含量不再变化时，说明平衡不再移动，反应达到化学平衡，A正确； B．反应为气体分子数减小的反应，加压平衡正向移动，则增加的倍数大于增加的倍数，B正确； C．反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，的平衡转化率降低，C正确； D．该条件下，分离出，平衡正向移动，可提高转化率；，氨气浓度减小，根据速率方程可知，反应速率将增大，D错误； 故选D。 9．一定条件下，用 Fe2O3、 NiO 或 Cr2O3作催化剂对燃煤烟气进行回收，使 SO2转化生成为 S。催化剂不同，相同其他条件(浓度、温度、压强)情况下， 相同时间内 SO2的转化率随反应温度的变化如下图:下列说法不正确的是    A．不考虑催化剂价格因素，选择 Fe2O3作催化剂可以节约能源 B．相同其他条件下，选择 Cr2O3作催化剂， SO2的平衡转化率最小 C．a 点后 SO2的转化率减小的原因可能是温度升高催化剂活性降低了 D．选择 Fe2O3作催化剂，最适宜温度为 340～380℃温度范围 【答案】B 【解析】A. 根据图象可知，当温度在340℃时，在Fe2O3作催化剂条件下，反应先达到平衡，SO2 的平衡转化率最大，A正确； B. 相同其他条件下，选择 Cr2O3作催化剂，在温度为380℃时，SO2 的平衡转化率不是最小的，NiO作催化剂时，相同温度下，SO2 的转化率是最小的，B错误； C. 催化剂催化能力需要维持在一定的温度下，温度太高，催化剂活性可能会降低，C正确； D. 340～380℃温度范围内，催化剂的催化能力最大，二氧化硫的转化率也是最大，反应速率最快，D正确； 正确选项B。 【点睛】一般情况下，催化剂的使用只能加快反应的速率，而不能改变可逆反应的转化率，且催化剂需要在一定温度下保持较好的催化能力。 10．工业上合成氨是在一定条件下进行反应：；其部分工艺流程如图： （1）、需要经过铜氨液处理净化，除去其中的CO，其反应为：。铜氨液吸收CO适宜的生产条件是 。 （2）下列有关合成氨工业的叙述，正确的是 (填字母)。 A循环的气体是、、 B．采用高温是为了保证尽可能高的平衡转化率与快的反应速率 C．及时分离出产品，有利于反应正向进行 D．当温度、压强一定时，在原料气(和的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率 E.合成氨反应在不同温度下的和都小于零 （3）在其他条件相同时，分别测定不同压强、不同温度下，的平衡转化率，结果如下图 (填“>”或“<”)，判断的理由是 。 （4）温度为t℃时，将4a mol和2a molN2放入0.5L密闭容器中，充分反应达平衡后测得N2的转化率为50%，此时放出热量46.1kJ。则该温度下的平衡常数为 。 （5）依据温度对合成氨反应的影响，在下图坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，物质的量变化的曲线示意图 。 【答案】（1）低温高压 （2）CE （3）< 合成氨为放热反应，在一定压强下，升高温度，平衡逆向移动，N2的平衡转化率降低 （4）4.0 （5） 【解析】（1）根据方程可知，正反应为气体分子数减小的反应，且正反应放热，若要尽量吸收CO，则需要使平尽量正向移动，结合勒夏特列原理，适宜的条件为高压低温； （2）A．循环的气体是N2和H2，A错误； B．采用高温是加快反应速率，不能提高该反应的平衡转化率，B错误； C．及时分离出产品使平衡正向移动，C正确； D．当温度压强一定时，充入惰性气体会使体系体积变大，各气体分压变小，平衡逆向移动，平衡转化率减小，D错误； E．合成氨的反应是气体分子数减小的放热反应，故合成氨反应在不同温度下的和都小于零，D正确；故选CE； （3）由于反应放热，温度越高，N2平衡转化率越低，结合图象可知T1<T2； （4）据题意平衡后N2的转化率为50%，则消耗的n(N2)=amol,列三段式，=4.0。 （5）起始时，氨气的物质的量为0，一段时间内随着温度的升高，氨气的物质的量逐渐变大，当达到平衡之后，继续升温，平衡逆向移动，氨气的物质的量减小。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$