第2章 第4节 化学反应的调控(教用Word)-【金榜题名】2025-2026学年高二化学选择性必修1高中同步学案（人教版）

第四节　化学反应的调控 学习目标 课程标准 1．探究工业合成氨生产条件的选择。 2．探究化学反应的调控问题。 1．认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。 2．知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义。 3．以合成氨为例，认识工业生产条件的选择问题。 知识点一　合成氨条件的选择 工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其热化学方程式如下： N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1 结合反应方程式，可知__升高温度、增大压强、增大反应物的浓度、使用催化剂等__，都可以使合成氨速率增大；__降低温度、增大压强、增大反应物浓度或减小生成物浓度等__有利于提高平衡混合物中氨的含量。 1．压强 理论和实验数据的分析均表明，合成氨时压强__增大__可以同时提高反应速率和转化率。但是，压强越大，对材料的强度和设备的要求也越高，增加生产投资并可能降低综合经济效益。一般采用的压强为__10～30_MPa__。 2．温度 温度__升高__有利于提高反应速率，温度__降低__有利于提高反应转化率。因此，需要选择一个适宜的温度，一般采用的温度为__400～500_℃__。 3．催化剂 加入催化剂可以__提高__反应速率，对化学平衡__无影响__，一般选择__铁触媒__作为合成氨工业的催化剂。该催化剂在500 ℃左右时活性最大，这也是温度选择的原因之一。另外，为了防止杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过__净化__。 4．浓度 为提高平衡转化率，工业上采取__迅速冷却__的方法，使氨气变成液氨并及时分离，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。 1．合成氨工业中采用循环操作，主要是为了(　　) A．增大化学反应速率 B．提高平衡混合物中氨的含量 C．降低氨的沸点 D．提高氮气和氢气的利用率 【答案】　D 2．可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＜0，达到平衡后，为了使H2的转化率增大，下列选项中采用的三种方法都正确的是(　　) A．升高温度、降低压强、增加氨气 B．降低温度、增大压强、加入催化剂 C．升高温度、增大压强、增加氨气 D．降低温度、增大压强、分离出部分氨 【答案】　D 1．不同温度、压强下，合成氨平衡体系中NH3的物质的量分数见下表(N2和H2的起始物质的量之比为1∶3)。分析表中数据，什么状况时H2转化率最高？讨论实际工业生产为什么不选用该条件？ 氨的平衡 含量(%) 压强(MPa) 0.1 10 20 30 60 100 温度(℃) 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 65.2 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 提示　根据表中数据，200 ℃、100 MPa时H2的转化率最高，但是200 ℃时催化剂活性差，反应速率过低；100 MPa压强太大，对动力、材料、设备要求高。 2．催化剂铁触媒以什么形态存在更有利于反应进行？原料气为什么要循环利用？ 提示　铁触媒是固体，粉末状更有利于反应进行；原料气(气体)在铁触媒(固体)表面的接触反应有限，不能充分反应，因此要循环利用。 合成氨条件的选择 在实际生产中，既要考虑氨的产量，又要考虑生产效率和经济效益，综合以上两方面的措施，得出合成氨的适宜条件的选择： (1)浓度：一般采用N2和H2的体积比1∶3，同时增大浓度，这是因为合成氨生产的原料气要循环使用； (2)温度：合成氨是放热反应，降低温度虽有利于平衡向正反应方向移动，但温度过低，反应速率过慢，500 ℃左右为宜，此温度也是催化剂活性温度范围； (3)合成氨是体积缩小的可逆反应，压强增大，有利于氨的合成，但对设备要求也就很高，所需动力也越大，应选择适当压强； (4)催化剂：选用铁触媒，能加快反应速率，减小达到平衡所需时间。 1．对于合成氨工业，只从提高反应物转化率看，从下列条件中选择最适宜的组合是(　　) ①高温 　②低温　③低压　④高压　⑤催化剂 　⑥加氨　⑦分离出液氨 A．②④⑤ 　　　　　　　 B．②④⑦ C．①④⑤ D．②③⑥ 【解析】　N2＋3H22NH3　ΔH＜0，反应是气体体积减小的放热反应，利用平衡移动原理分析可知高温下，平衡逆向进行，反应物转化率减小，故①错误；②正确；反应是气体体积减小的反应，低压平衡逆向进行，反应物转化率减小，故③错误；④正确；催化剂改变反应速率不改变化学平衡，反应物转化率不变，故⑤错误；加入氨气平衡逆向进行，反应物转化率减小，故⑥错误；⑦正确。 【答案】　B 2．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是(　　) A．使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨 B．高压比常压更有利于合成氨的反应 C．500 ℃左右比室温更有利于合成氨的反应 D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率 【解析】　催化剂不影响化学平衡，A项错误；合成氨反应是放热反应，在低温下转化率高，合成氨工业采用500 ℃左右的温度是综合考虑了反应速率、转化率及催化剂的活性，C项错误；采用循环操作提高原料利用率不能用勒夏特列原理解释，D项错误。 【答案】　B 知识点二　化学反应的调控 影响化学反应进行的因素有两个方面：参加反应的物质__本身因素__(组成、结构、性质等)和__外界条件__(温度、压强、浓度、催化剂等)。化学反应的调控，就是通过改变外界条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行。在实际生产中，要综合考虑__化学反应速率__和__化学平衡__的因素，寻找一个适宜的生产条件。 1．某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g)2M(g)　ΔH＜0。下列有关该工业生产的说法中正确的是(　　) A．这是一个放热的熵减反应，在低温条件下该反应一定可自发进行 B．若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B，以提高A的转化率 C．工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高 D．工业生产中常采用催化剂，因为使用催化剂可提高反应物的转化率 【解析】　这是一个放热的熵减反应，只有当ΔH－TΔS＜0时，该反应才能自发进行，A错误；加入过量的B，可以提高A的转化率，B正确；升高温度，平衡逆向移动，反应物的转化率降低，C错误；使用催化剂只能改变反应速率，不能使平衡发生移动，不能提高反应物的转化率，D错误。 【答案】　B 2．工业上主要采用氨氧化法生产硝酸，如图是氨氧化率与氨－空气混合气中氧氨比的关系。其中直线表示反应的理论值，曲线表示生产实际情况。实际生产要将r值维持在1.7～2.2之间，原因是_______________________________________________。 【答案】　O2太少不利于NH3的转化，r值为2.2时NH3氧化率已接近100%。 1．处理硫酸工业尾气SO2的一种常用方法是“氨－酸”法，即先用氨水吸收，再用浓硫酸处理，请写出反应方程式？ 提示　SO2＋2NH3·H2O===(NH4)2SO3＋H2O、(NH4)2SO3＋H2SO4===(NH4)2SO4＋SO2↑＋H2O。 2．有人研究用Na2SO3作为治理SO2污染的一种新方法，该方法的第一步是用Na2SO3水溶液吸收SO2，第二步是加热吸收溶液，使之重新生成Na2SO3，同时得到含高浓度SO2的水蒸气副产品。这种尾气处理方法与“氨－酸”相比的优点是什么？ 提示　Na2SO3＋H2O＋SO2===2NaHSO3、2NaHSO3===Na2SO3＋H2O＋SO2↑，观察两个反应可知Na2SO3可循环使用。 调控化学反应在原理上应从两方面考虑：化学反应速率和化学平衡。在实际生产中常常需要结合设备条件、安全操作、经济成本等情况。综合考虑化学反应速率和化学平衡的因素，寻找一个适宜的生产条件。此外，还要根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析，权衡利弊，才能实施生产。在化工生产中还要同时考虑控制某些反应条件的成本和实际可能性，因此转化率的高低不是唯一要考虑的因素。 近年来，环境保护条件提升到首要考虑的因素，预处理及生产过程中产生的废气、废液、废渣情况及处理成本，往往成为是否采用该工艺的决定性因素。 1．合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量的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)2CH3COO]＋CO＋NH3[Cu(NH3)3]CH3COO·CO(ΔH＜0) (1)必须除去原料气中CO的原因是______________________________________； (2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)吸收CO的生产适宜条件是_____________________________ ________________________________________________________________________； (3)吸收CO后的醋酸铜氨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，醋酸铜氨溶液再生的适宜条件是________________________________________。 【解析】　(1)除去一氧化碳防止催化剂中毒； (2)[Cu(NH3)2CH3COO](aq)＋CO＋NH3[Cu(NH3)3]CH3COO·CO(aq)　ΔH<0，由反应可知，该反应为气体体积减小的放热反应，所以加压和采取较低的温度可使平衡向正反应方向移动，有利于CO的吸收； (3)要使吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过适当处理后再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用，只要使平衡向逆反应方向移动即可，逆反应方向为气体体积增大的吸热反应，所以在高温低压下使平衡逆向移动。 【答案】　(1)防止催化剂中毒　(2)低温、高压　(3)高温、低压 2．已知2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＜0的实验数据如下表： 温度 不同压强下SO2的转化率(%) 1×105 Pa 1×105 Pa 1×106 Pa 1×106 Pa 1×107 Pa 450 ℃ 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 ℃ 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 (1)应选择的温度是________，理由是__________________________________。 (2)应采用的压强是________，理由是__________________________________。 (3)在合成SO3的过程中，不需要分离出SO3的原因是_______________________ _________________________________________________。 (4)生产中通入过量空气的目的是_____________________________________。 【解析】　选择合适的生产条件要从反应速率、平衡转化率、经济效益等方面综合考虑。 【答案】　(1)450 ℃　该反应是放热反应，升高温度，反应物转化率降低；在450 ℃反应物转化率较高 (2)1×105 Pa　常压下SO2的转化率已经很高，若采用较大的压强，SO2的转化率提高很少，但对设备的要求更高 (3)SO2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SO3 (4)增大O2浓度，提高SO2的转化率 1．下列说法正确的是(　　) A．向燃烧的炭中加入KClO3固体，燃烧更旺，KClO3作催化剂 B．工业上将矿石粉碎，增加了接触面积，加快反应 C．对于合成氨反应，延长时间有利于氨气的制备 D．恒温恒容，向合成氨反应的容器中通氖气，压强变大，反应加快 【解析】　向燃烧的炭中加入KClO3，氯酸钾分解可生成氧气，促进燃烧，不是催化剂，故A错误；工业上将矿石粉碎，增加了接触面积，加快了反应速率，故B正确；对于合成氨反应，达到平衡状态后延长时间反应平衡状态不变，氨气浓度一定，故C错误；恒温恒容，向合成氨反应的容器中通氖气，总压增大，但反应体系中各物质的浓度不变，反应速率不变，故D错误。 【答案】　B 2．合成氨中的氢气可由下列反应制取：反应Ⅰ：CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　ΔH1，反应Ⅱ：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH2，恒压下，将等物质的量的CH4和H2O投入到密闭容器中发生反应，CH4和H2O的平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。下列有关说法错误的是(　　) A．曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化 B．相同条件下，改用高效催化剂无法使曲线A和凸线B相重叠 C．容器中混合气体的密度保持不变，一定可以说明反应达到平衡状态 D．升高温度、增大压强均有利于提高CH4的平衡转化率 【解析】　A．由于CO2同时参与两个反应，因此温度相同的条件下，CO2的转化率大于CH4的转化率，则曲线B表示CH4的平衡转化率随温度的变化，故A正确；B．相同条件下，高效催化剂只能改变反应的速率，不能改变反应物的转化率，无法使得曲线A和曲线B重叠，故B正确；C．恒压下随着反应的进行容器体积发生改变，混合气体的密度发生改变，当容器中混合气体的密度保持不变，一定可以说明反应达到平衡状态，故C正确；D．曲线B表示CH4的平衡转化率，温度升高CH4的平衡转化率增大，反应I是气体分子数增加的反应，反应Ⅱ前后气体分子数不变，所以增大压强反应I平衡逆移，CH4的平衡转化率减少，故D错误。故答案选：D。 【答案】　D 3．1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列是哈伯法的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是(　　) A．①②③　　　　　　 B．②④⑤ C．①③⑤ D．②③④ 【解析】　合成氨的反应是气体体积减小、放热的可逆反应，所以增大压强平衡向正反应方向移动，可提高原料的转化率；催化剂不能影响平衡状态，不能提高转化率；把生成物氨气液化及时分离出来，可以促使平衡向正反应方向移动，提高转化率；通过氮气和氢气的循环使用，可以提高原料的利用率，即②④⑤正确。 【答案】　B 4．镧镍合金在一定条件下可吸收氢气形成氢化物：LaNi5(s)＋3H2(g)LaNi5H6(s)ΔH＜0，欲使LaNi5H6(s)释放出气态氢，根据平衡移动原理，可改变的条件是(　　) A．增加LaNi5H6(s)的量 B．降低温度 C．减小压强 D．使用催化剂 【解析】　欲使LaNi5H6(s)释放出气态氢，则平衡逆向移动，该反应为气体体积减小的放热反应，可以升高温度或减小压强。 【答案】　C 5．Li4Ti5O12和LiFePO4都是锂离子电池的电极材料，可利用钛铁矿(主要成分为FeTiO3，还含有少量MgO、SiO2等杂质)来制备，“酸浸”实验中，铁的浸出率结果如下图所示。由图可知，当铁的浸出率为70%时，所采用的实验条件为________________________________________________________________________。 【解析】　由题图示可知，“酸浸”时铁的浸出率为70%时，应选择在100 ℃、2 h,90 ℃、5 h下进行。 【答案】　100 ℃、2 h,90 ℃、5 h 课时作业(九) 1．恒温下，在某密闭容器中发生反应xA(g)＋yB(g)z C(g)，平衡时测得A的浓度为0.30 mol·L－1。保持温度不变，将容器的容积扩大到原来的2倍，再次达到平衡时，测得A的浓度变为0.16 mol·L－1。下列有关判断正确的是(　　) A．x＋y<z B．改变条件后，A的平衡转化率降低 C．改变条件后，反应的平衡常数变小 D．改变条件后，C的平衡体积分数增大 【解析】　A．将容器的容积扩大到原来2倍的瞬间，A浓度变为原来的一半，即0.15 mol·L－1，再次达到平衡后A浓度为0.16 mol·L－1，增大容器体积相当于减小压强，A浓度增大，平衡逆向移动，则x＋y>z，故A错误；B．根据A知，减小压强平衡逆向移动，A的平衡转化率降低，故B正确；C．反应的平衡常数只与温度有关，温度不变，反应的平衡常数不变，故C错误；D．平衡逆向移动，则C的体积分数减小，故D错误；故选：B。 【答案】　B 2．在温度T1和T2时，分别将0.5 mol CH4和1.2 mol NO2充入体积为2 L的密闭容器中，发生反应：CH4(g)＋2NO2(g)N2(g)＋CO2(g)＋2H2O(g)，测得有关数据如表： 时间/min 0 10 20 40 50 T1 n(CH4)/mol 0.50 0.35 0.25 0.10 0.10 T2 n(CH4)/mol 0.50 0.30 0.18 a 0.15 下列说法不正确的是(　　) A．温度：T1<T2 B．T1时0～10 min内NO2的平均反应速率为0.015 mol·L－1·min－1 C．a＝0.15，且该反应ΔH<0 D．T1达到平衡后，保持其他条件不变，再充入0.1 mol CH4(g)和0.2 mol H2O(g)，平衡逆向移动 【解析】　A．从表中数据可知，T2时的反应速率大于T1时的反应速率，温度越高反应速率越快，则T2>T1，A正确；B．T1时0－10 min内CH4物质的量变化量为0.15 mol，则NO2物质的量变化量为0.3 mol，则0－10 min内NO2的平均反应速率为＝0.015 mol·L－1·min－1，B正确；C．T2时反应速率大于T1，达到平衡的时间也应该小于T1,40 min时T1已达到平衡状态，则T2在40 min时也应该达到了平衡状态，a＝0.15，T2>T1，但是T2时甲烷剩余的量大于T1，说明升高温度化学平衡逆向移动，该反应为放热反应，C正确；D．T1温度下平衡时该反应的化学平衡常数为3.2，T1达到平衡后，再充入0.1 mol CH4和0.2 mol H2O，此时甲烷浓度变为0.1 mol/L，H2O浓度变为0.5 mol/L，此时Qc＝2.5<3.2，则化学平衡正向移动，D错误；故答案选D。 【答案】　D 3．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：N2(g)＋H2(g)NH3(g)，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N2和H2的转化率 C．将NH3液化分离有利于提高产率 D．合成氨采取循环操作，能提高N2和H2的利用率 【解析】　由图可知，该反应是一个正向体积减小的放热反应。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NH3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N2和H2再次作为原料参与反应，能提高N2和H2的利用率，故D正确；故选B。 【答案】　B 4．目前工业上利用甲烷催化裂解生产不含一氧化碳和二氧化碳的清洁氢气。该过程多用铁、钴和镍等过渡金属纳米催化剂：CH4(g)C(s)＋2H2(g)，已知温度升高，甲烷的平衡转化率增大。下列有关说法不正确的是(　　) A．甲烷裂解属于吸热反应 B．在反应体系中加催化剂，反应速率增大 C．增大体系压强，不能提高甲烷的转化率 D．在1 500 ℃以上时，甲烷的转化率很高，但几乎得不到C，是因为该反应为放热反应 【解析】　根据温度升高，甲烷的平衡转化率增大，可知甲烷裂解属于吸热反应，A正确，D错误；催化剂能加快化学反应速率，B正确；甲烷发生裂解，反应后气体体积增大，故增大压强，平衡向逆反应方向移动，C正确。 【答案】　D 5．甲烷重整时涉及以下两个反应 ①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)　K1； ②CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　K2； 它们的平衡常数随温度的变化如图所示，下列说法正确的是(　　) A．反应①、②都是放热反应 B．两曲线交点表示此时①、②两反应速率相等 C．相同温度下，CH4(g)＋2H2O(g)CO2(g)＋4H2(g)的平衡常数为K1＋K2 D．相同条件下，增大反应①、②中水蒸气的浓度，CH4、CO的转化率均增大 【解析】　反应①，随着温度的升高，平衡常数增大，说明正反应是吸热反应，A错误；交点代表两个反应的平衡常数相同，但是不能说明反应速率相等，B错误； K1＝，K2＝，K3＝， 所以K3＝K1·K2，C错误；增大一种反应物浓度，则另一种反应物的转化率增大，D正确。 【答案】　D 6．常压下羰基化法精炼镍的原理为Ni(s)＋4CO(g)Ni(CO)4(g)。230 ℃时，该反应的平衡常数K＝2×10－5。已知：Ni(CO)4的沸点为42.2 ℃，固体杂质不参与反应。 第一阶段：将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4； 第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至230 ℃制得高纯镍。 下列判断不正确的是(　　) A．该反应达到平衡时，v分解[Ni(CO)4]＝4v消耗(CO) B．第一阶段应选择稍高于42.2 ℃的反应温度 C．第二阶段，230 ℃时Ni(CO)4分解率较高 D．其他条件不变，增大c(CO)，平衡正向移动，该反应的平衡常数不变 【解析】　同一化学反应中，反应速率之比等于对应物质的化学计量数之比，该反应达到平衡时，应满足4v分解[Ni(CO)4]＝v消耗(CO)，A错误；第一阶段得到气态Ni(CO)4，应选择稍高于42.2 ℃的反应温度，B正确；230 ℃时可得到高纯镍，说明此时Ni(CO)4分解率较高，C正确；通常情况下，平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，D正确。 【答案】　A 7．某温度下，对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。N2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如下图所示。下列说法正确的是(　　) A．将1.0 mol氮气、3.0 mol氢气，置于1 L密闭容器中发生反应，放出的热量为92.4 kJ B．平衡状态由A变到B时，平衡常数K(A)<K(B) C．上述反应在达到平衡后，增大压强，H2的转化率提高 D．升高温度，平衡向逆反应方向移动，说明逆反应速率增大，正反应速率减小 【解析】　A项此反应为可逆反应，1.0 mol氮气、3.0 mol氢气在实际过程中不能完全转化，故放出的热量小于92.4 kJ，A错；B项温度不变，改变压强，平衡常数不变，B错；C项由图知，增大压强，平衡向正反应方向移动，H2的转化率提高，C正确；D项升高温度，逆反应速率、正反应速率都增大，D错。 【答案】　C 8．(双选)在一定条件下，对于在密闭容器中进行的合成氨的反应，下列说法不正确的是(　　) A．当氮气和氢气投料比(物质的量之比)为1∶3时，达到平衡时氨的体积分数最大 B．增加铁触媒的接触面积，不可能提高合成氨工厂的年产量 C．达到平衡时，氢气和氨气的浓度比一定为3∶2 D．分别用氮气和氢气来表示合成氨反应的反应速率时，数值大小不相同 【解析】　当氮气和氢气投料比为1∶3时，v(N2)∶v(H2)＝1∶3，两种原料的转化率相同，故达到平衡时氨的体积分数最大，A正确；增加铁触媒的接触面积，加快反应速率，可以提高合成氨工厂的年产量，B错误；平衡时，H2和NH3的浓度比不一定为3∶2，C错误；同一反应中，反应速率之比等于对应物质的化学计量数之比，因氮气和氢气的化学计量数不同，则反应速率的数值不同，D正确。 【答案】　BC 9．(双选)CO常用于工业冶炼金属，如图是在不同温度下CO还原四种金属氧化物达平衡后气体中lg[c(CO)/c(CO2)]与温度(T)的关系曲线图。下列说法正确的是(　　) A．工业上可以通过增高反应装置来延长矿石和CO接触的时间，减少尾气中CO的含量 B．CO不适宜用于工业冶炼金属铬(Cr) C．工业冶炼金属铜(Cu)时较低的温度有利于提高CO的利用率 D．CO还原PbO2的反应ΔH＞0 【解析】　增高炉的高度，增大CO与矿石的接触，不能影响平衡移动，CO的利用率不变，A错误；由图像可知用CO工业冶炼金属铬时，lg[c(CO)/c(CO2)]一直很高，说明CO转化率很低，故不适合，B正确；由图像可知还原氧化铜或氧化铅时，温度越高，lg[c(CO)/c(CO2)]越高，说明CO转化率越低，平衡逆向移动，说明这两个反应均为放热反应，低温有利于提高CO利用率，C正确、D错误。 【答案】　BC 10．肼(N2H4)和氧气的反应情况受温度影响。某同学设计方案探究温度对产率影响的结果如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．温度较低时，肼和氧气主要发生的反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O B．900 ℃时，能发生N2＋O2===2NO C．900 ℃时，N2的产率与NO的产率之和可能小于1 D．该探究方案是将一定量的肼和氧气，在密闭容器中进行不断升温实验 【解析】　由图可知，温度较低时，肼和氧气主要发生的反应：N2H4＋O2===N2＋2H2O，A正确；由图可知，在400 ℃到900 ℃之间，N2的产率逐渐减小、NO的产率逐渐升高，所以900 ℃时，能发生N2＋O2===2NO，B正确；由图可知， 当温度高于900 ℃时反应不可能完全进行，N2的产率与NO的产率之和小于1，C正确；D．该探究方案是将一定量的肼和氧气在密闭容器、不同温度下达到平衡的实验，反应达到平衡需要一定的时间，所以不能不断升高温度，D不正确。 【答案】　D 11．硝酸工业的基础是氨的催化氧化，在催化剂作用下发生如下反应： ①4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)　ΔH＝－905 kJ·mol－1　①主反应 ②4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g) ΔH＝－1268 kJ·mol－1　②副反应 有关物质产率与温度的关系如图： (1)由反应①②可知反应③N2(g)＋O2(g)2NO(g)的反应热ΔH＝________。 (2)由图可知工业上氨催化氧化生成NO时，反应温度最好控制在________。 【解析】　(1)由盖斯定律，(①－②)×可得N2(g)＋O2(g)2NO(g)，故ΔH＝×[(－905 kJ·mol－1)－(－1 268 kJ·mol－1)]＝＋181.5 kJ·mol－1； (2)从图像可以看出，反应温度在780～840 ℃，NO的产率最大，故选择780～840 ℃。 【答案】　(1)＋181.5 kJ·mol－1　 (2)780～840 ℃ 12．醇烃化新技术是近几年合成氨工业净化精炼原料气、除去少量CO的一种新方法。其原理可分为甲醇化和甲烷化两个部分。 甲醇化：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH1＝－111 kJ·mol－1 甲烷化：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)　ΔH2＝－203 kJ·mol－1 (1)下列措施有利于提高醇烃化过程CO转化率的是________。 A．及时分离出CH3OH B．适当升高反应温度 C．使用高效的催化剂 D．适当增大压强 (2)甲醇化平衡常数可用Kα＝表示；α为平衡组分中各物质的物质的量分数。若CO与H2混合原料气中CO的体积分数为1%，经甲醇化后CO的平衡转化率为w，则Kα＝______(用含w的表达式表示)。 (3)测试a、b两种催化剂在不同压强和温度条件下，甲醇化过程中催化效率如图： 从上图可知选择哪种催化剂较好________(填a或b)，理由是_________________ ________________________________________________________________________。 【解析】　(1)及时分离出CH3OH，平衡向正反应方向移动，CO转化率增大，故A正确；反应为放热反应，升高反应温度，平衡逆向移动，CO转化率减小，故B错误；使用高效的催化剂，催化剂不影响化学平衡，故C错误；反应为气体体积减小的反应，适当增大压强，平衡正向移动，CO转化率增大，故D正确； (2)CO与H2混合原料气中CO的体积分数为1%，设参与反应的CO为1 mol，则H2为99 mol，经甲醇化后CO的平衡转化率为w，列三段式： 　　　　　CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) 起始n: 1 99 0 转化n: w 2w w 平衡n: 1－w 99－2w w 根据α＝，Kα＝＝＝； (3)由图可知，b催化剂达到较高催化效率时的压强小，达到较高催化效率时温度低且受温度影响小，故选择b催化剂。 【答案】　(1)AD　(2)　(3)b　达到较高催化效率时的压强小，达到较高催化效率时温度低且受温度影响小 13．CH4—CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2)，还对温室气体的减排具有重要意义。 回答下列问题： 反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。 相关数据如下表： 积碳反应 CH4(g)===C(s)＋2H2(g) 消碳反应 CO2(g)＋C(s)===2CO(g) ΔH/(kJ·mol－1) 75 172 活化能/(kJ·mol－1) 催化剂X 33 91 催化剂Y 43 72 (1)由上表判断，催化剂X________Y(填“优于”或“劣于”)，理由是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图所示。升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是____________(填标号)。 A．K积、K消均增加 B．v积减小，v消增加 C．K积减小，K消增加 D．v消增加的倍数比v积增加的倍数大 (2)在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时，不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图所示，则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为__________________。 【解析】　(1)根据表中数据可知相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大，所以催化剂X劣于Y。正反应均是吸热反应，升高温度平衡向正反应方向进行，因此K积、K消均增加，A正确；C错误；升高温度反应速率均增大，B错误；积碳量达到最大值以后再升高温度积碳量降低，这说明v消增加的倍数比v积增加的倍数大，D正确。 (2)根据反应速率方程式可知在p(CH4)一定时，沉积碳生成速率随p(CO2)的升高而降低，所以根据图像可知pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2)。 【答案】　(1)劣于　相对于催化剂X，催化剂Y积碳反应的活化能大，积碳反应的速率小；而消碳反应活化能相对小，消碳反应速率大　AD (2)pc(CO2)、pb(CO2)、pa(CO2) 学科网（北京）股份有限公司 $$