第四节 化学反应的调控 （4大题型专项训练） 化学人教版2019选择性必修1

第四节 化学反应的调控 题型01 合成氨反应原理的分析 题型02 工业合成氨适宜的条件 题型03 合成氨反应图像分析 题型04 工业生产中适宜生产条件的选择 题型01 合成氨反应原理的分析 1．合成氨反应的特点 合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。 （1）自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。 （2）可逆性：反应为_______反应。 （3）体积变化(熵变)：ΔS<0，正反应是气体体积_______的反应。 （4）焓变：ΔH<0，是_______反应。 2．原理分析 根据合成氨反应的特点，利用我们学过的影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，请填写下表。 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 压强 _______ _______ 温度 _______ _______ 催化剂 _______ _______ 浓度 ______反应物浓度 ______反应物浓度，_______生成物浓度 3.数据分析 根据课本表2－2（P47）在不同温度和压强下(初始时N2和H2的体积比为1∶3)，平衡混合物中氨的含量实验数据分析，提高反应速率的条件是_______温度、_______压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是_______温度、_______压强。二者在_______这一措施上是不一致的。实验数据的分析与理论分析的结论是一致的。 【典例1】对于合成氨反应，达到平衡后，以下分析不正确的是 A．升高温度，对正反应的反应速率影响更大 B．增大压强，对正反应的反应速率影响更大 C．减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大 D．加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大 【变式1-1】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. 恒容条件下充入稀有气体有利于的合成 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. 的量越多，的转化率越大，因此，充入的越多越有利于的合成 【变式1-2】在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，实施下列目的的变化过程中与平衡移动无关的是(　　) A．不断将氨分离出来 B．使用催化剂 C．采用700 K左右的高温而不是900 K的高温 D．采用1×107～3×107 Pa的压强 【变式1-3】化工生产中反应速率影响工厂的效益。下列操作不能提高工业合成氨速率的是 A．适当升温 B．适当加压 C．选择合适催化剂 D．加快通过催化剂的气流速度 题型02 工业合成氨适宜的条件 外部条件 工业合成氨的适宜条件 压强 _______ MPa 温度 _______ ℃ 催化剂 使用_______作催化剂 浓度 氨及时从混合气中分离出去，剩余气体_______；及时______________ （1）压强 ①原理分析：______________。 ②选用条件：目前，我国合成氨厂一般采用的压强为______________。 ③合成氨时不采用更高压强的理由：压强越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。 （2）温度 ①原理分析：_______有利于提高原料的平衡转化率。 ②选用条件：目前，在实际生产中一般采用的温度为______________。 ③不采用低温的理由：温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很不经济的。 合成氨反应一般选择400～500 ℃进行的又一重要原因为________________________________________________。 （3）催化剂 ①原理分析：在高温、高压下，N2和H2的反应速率仍然很慢。 ②选用条件：通常采用加入以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。 ③选择催化剂的理由：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。 另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化。 （4）浓度 ①原理分析：在500 ℃和30 MPa时，平衡混合物中NH3的体积分数及平衡时N2和H2的转化率仍_______。 ②采取的措施：采取_______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；应将NH3分离后的原料气______________，并及时______________，使反应物保持一定的浓度。 ③采取该措施的理由：分离出NH3以促使平衡向______________移动，此外原料气的循环使用并及时补充原料气，既提高了原料的______________，又提高了反应_______，有利于合成氨反应。 【典例2】下列有关合成氨工业的说法正确的是 A．合成氨工业的反应温度控制在400～500℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动 B．合成氨厂一般采用的压强为10MPa～30MPa，因为该压强下铁触媒的活性最高 C．增大压强，正反应速率和逆反应速率均增大，但对正反应的反应速率影响更大 D．的量越多，的转化率越大，因此，充入的越多越有利于的合成 【变式2-1】在合成氨时，要使氨的产率增大，又要使化学反应速率增大，可以采取的措施有(　　) ①增大体积使压强减小　②减小体积使压强增大　③升高温度　④降低温度　⑤恒温恒容，再充入N2和H2　⑥恒温恒压，再充入N2和H2　⑦及时分离产生的NH3　⑧使用催化剂 A．②④⑤⑦ B．②③④⑤⑦⑧ C．②⑤ D．②③⑤⑧ 【变式2-2】合成氨问题，关乎到世界化工发展和粮食安全问题。下列对合成氨工业的叙述中，不正确的是(　　) A．高压条件比常压条件更有利于合成氨的反应 B．合成氨时采用循环操作，可以提高原料利用率 C．工业生产采用500 ℃而不采用常温，是为了提高合成氨的转化率 D．铁触媒的使用有利于提高合成氨的生产效率 【变式2-3】下列有关合成氨工业的说法中，正确的是(　　) A．从合成塔出来的混合气体中，其中NH3只占15%，所以合成氨厂的产率都很低 B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中可循环使用，所以总体来说合成氨的产率很高 C．合成氨工业的反应温度控制在400～500 ℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动 D．合成氨厂采用的压强越大，产率越高，无需考虑设备、条件 题型03 工业合成氨反应图像分析 1.N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH <0 ，平衡混合物中氨的含量与温度、压强的关系如下图所示： 结论：压强越大，氨的含量越高；温度越高，氨的含量越低。 2.速率-时间图像分析 下图为合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH <0的速率随时间变化的曲线图： 图像分析： （1）t0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； （2）t1时，增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动； （3）t2时，减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动； （4）t3时，增大压强，平衡向正反应方向移动； （5）t4时，减小压强，平衡向逆反应方向移动； （6）t5时，升高温度，平衡向逆反应方向移动； （7）t6时，降低温度，平衡向正反应方向移动； （8）t7时，增大N2、H2的浓度，减小NH3的浓度，平衡向正反应方向移动； （9）t8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： （1）v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。 【典例3】某密闭容器中发生如下反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0。下图表示该反应的速率(v)随时间(t)变化的关系，t2、t3、t5时刻外界条件有所改变，但都没有改变各物质的初始加入量。下列说法中正确的是(　　) A．t2时加入催化剂 B．t3时降低了温度 C．t5时增大了压强 D．t4～t5时间内转化率一定最低 【变式3-1】对于合成氨反应N2(g)＋3H2(g) ⇌2NH3(g)　ΔH<0，下列研究结果和示意图相符的是(　　) 选项 A B C D 研究结果 压强对反应的影响 温度对反应的影响 平衡体系增加N2对反应的影响 催化剂对反应的影响 图示 【变式3-2】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)的关系如图所示。下列说法正确的是(　　) A．将1 mol氮气、3 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变为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的转化率增大 D．升高温度，平衡常数K增大 【变式3-3】合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应N2(g)＋3H2(g) ⇌2NH3(g)　ΔH<0,673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是(　　) A．c点处反应达到平衡 B．d点(t1时刻)和e点(t2时刻)处n(N2)不同 C．其他条件不变，773 K下反应至t1时刻，n(H2)比图中的d点的值要大 D．a点的正反应速率比b点的小 题型04 工业生产中适宜条件的选择 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。具体分析如下: 条件 原则 从化学反应速率分析 既不能过_______，又不能太_______ 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_____性，又要注意二者影响的_____性 从原料的利用率分析 增加_______原料，提高_______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_______对催化剂的活性的限制 【典例4】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SO2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．合成氨工业中，为提高氮气和氢气的利用率，采用循环操作 【变式4-1】纳米钴常用于CO加氢反应的催化剂：CO(g)＋3H2(g) ⇌CH4(g)＋H2O(g)　ΔH<0，下列说法正确的是(　　) A．纳米技术的应用，优化了催化剂的性能，提高了反应的转化率 B．缩小容器体积，平衡向正反应方向移动，CO的浓度增大 C．从平衡体系中分离出H2O(g)能加快正反应速率 D．工业生产中采用高温条件下进行，其目的是提高CO的平衡转化率 【变式4-2】在硫酸工业生产中，通过下列反应使SO2氧化成SO3： 2SO2(g) +O2(g)2SO3(g) ΔH= -196.6kJ/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 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 从化学反应速率、化学平衡及生产成本、产量等角度综合分析，在实际生产中有关该反应适宜条件选择的说法正确的是 A．SO2的转化率与温度成反比，故采用尽可能低的温度 B．该反应在450℃左右、1MPa (常压)下进行较为合适 C．SO2的转化率与压强成正比，故采用尽可能高的压强 D．为了提高的SO2的转化率，应使用合适的催化剂 【变式4-3】开发CO2催化加氢可合成二甲醚。其主要反应为： ① CO2(g)+ 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)  ΔH1 =﹣49.01 kJ·mol−1 ② 2CH3OH(g)CH3OCH3(g) + H2O(g)  ΔH2 =﹣24.52 kJ·mol−1 合成二甲醚时还会发生副反应： ③ CO2(g)+ H2(g)CO(g) + H2O(g)  ΔH3 = + 41.2 kJ·mol−1 其他条件相同时，反应温度对CO2平衡总转化率及反应2.5小时的CO2实际总转化率影响如图1所示；反应温度对二甲醚的平衡选择性及反应2.5小时的二甲醚实际选择性影响如图2所示。(已知：CH3OCH3的选择性=×100％)。 下列说法正确的是 A．不改变反应时间和温度，增大压强或增大CO2与H2的投料比都能进一步提高CO2实际总转化率和二甲醚实际选择性 B．CO2催化加氢合成二甲醚的最佳温度为240℃左右 C．温度高于290℃，CO2平衡总转化率随温度升高而上升的原因为反应①进行程度大于反应③ D．一定温度下，加入多孔CaO(s)或选用高效催化剂，均能提高平衡时H2的转化率 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第四节 化学反应的调控 题型01 合成氨反应原理的分析 题型02 工业合成氨适宜的条件 题型03 合成氨反应图像分析 题型04 工业生产中适宜生产条件的选择 题型01 合成氨反应原理的分析 1．合成氨反应的特点 合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。 （1）自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。 （2）可逆性：反应为可逆反应。 （3）体积变化(熵变)：ΔS<0，正反应是气体体积缩小的反应。 （4）焓变：ΔH<0，是放热反应。 2．原理分析 根据合成氨反应的特点，利用我们学过的影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，请填写下表。 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 压强 增大压强 增大压强 温度 升高温度 降低温度 催化剂 使用 无影响 浓度 增大反应物浓度 增大反应物浓度，降低生成物浓度 3.数据分析 根据课本表2－2（P47）在不同温度和压强下(初始时N2和H2的体积比为1∶3)，平衡混合物中氨的含量实验数据分析，提高反应速率的条件是升高温度、增大压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是降低温度、增大压强。二者在温度这一措施上是不一致的。实验数据的分析与理论分析的结论是一致的。 【典例1】对于合成氨反应，达到平衡后，以下分析不正确的是 A．升高温度，对正反应的反应速率影响更大 B．增大压强，对正反应的反应速率影响更大 C．减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大 D．加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大 【答案】B 【解析】A项，合成氨反应的正反应是放热反应，升高温度，正、逆反应的反应速率都增大，但是温度对吸热反应的速率影响更大，所以对该反应来说，对逆反应的反应速率影响更大，错误；B项，合成氨的正反应是气体体积减小的反应，增大压强，对正反应的反应速率影响更大，正确；C项，减小反应物浓度，使正反应的速率瞬间减小，由于生成物的浓度没有变化，所以逆反应速率瞬间不变，然后逐渐减小，故减小反应物浓度，对正反应的反应速率影响更大，错误；D项，加入催化剂，对正、逆反应的反应速率的影响相同，错误。 【变式1-1】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. 恒容条件下充入稀有气体有利于的合成 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. 的量越多，的转化率越大，因此，充入的越多越有利于的合成 答案：A 解析：工业合成氨反应，，，根据，在低温或常温时，反应可自发进行，A正确；恒容条件下充入稀有气体，各物质的浓度不变，平衡不移动，对的合成无影响，B错误；合成氨厂一般采用的压强，是因为压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，成本增加，而不是该压强下铁触媒的活性最高，铁触媒的活性受温度影响较大，C错误；充入过多的，会使体系中的浓度过大，导致后续分离和的成本增加，并非充入的越多越有利于的合成，D错误。 【变式1-2】在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，实施下列目的的变化过程中与平衡移动无关的是(　　) A．不断将氨分离出来 B．使用催化剂 C．采用700 K左右的高温而不是900 K的高温 D．采用1×107～3×107 Pa的压强 【答案】B 【解析】把氨分离出来是减小生成物浓度，有利于平衡右移；合成氨反应是放热反应，相对较低温度(700 K)利于反应向右进行，同时该反应是气体物质的量减小的反应，尽可能采取高压利于正反应的进行，A、C、D都符合平衡移动原理，而使用催化剂仅是为增大反应速率，与平衡移动无关。 【变式1-3】化工生产中反应速率影响工厂的效益。下列操作不能提高工业合成氨速率的是 A．适当升温 B．适当加压 C．选择合适催化剂 D．加快通过催化剂的气流速度 【答案】D 【解析】A．合适温度范围内适当升温可以加快反应速率，故A正确； B．适当加压可以加快反应速率，故B正确； C．选择合适催化剂可以加快反应速率，故C正确； D．加快通过催化剂的气流速度，使气体接触催化剂的时间变短，不能提高反应速率，故D错误； 故答案为：D。 题型02 工业合成氨适宜的条件 外部条件 工业合成氨的适宜条件 压强 10～30 MPa 温度 400～500 ℃ 催化剂 使用铁触媒作催化剂 浓度 氨及时从混合气中分离出去，剩余气体循环使用；及时补充N2和H2 （1）压强 ①原理分析：压强越大越好。 ②选用条件：目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30 MPa。 ③合成氨时不采用更高压强的理由：压强越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。 （2）温度 ①原理分析：低温有利于提高原料的平衡转化率。 ②选用条件：目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500 ℃。 ③不采用低温的理由：温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很不经济的。 合成氨反应一般选择400～500 ℃进行的又一重要原因为铁触媒在500 ℃左右时的活性最大。 （3）催化剂 ①原理分析：在高温、高压下，N2和H2的反应速率仍然很慢。 ②选用条件：通常采用加入以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。 ③选择催化剂的理由：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。 另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化。 （4）浓度 ①原理分析：在500 ℃和30 MPa时，平衡混合物中NH3的体积分数及平衡时N2和H2的转化率仍较低。 ②采取的措施：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；应将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。 ③采取该措施的理由：分离出NH3以促使平衡向生成NH3的方向移动，此外原料气的循环使用并及时补充原料气，既提高了原料的利用率，又提高了反应速率，有利于合成氨反应。 【典例2】下列有关合成氨工业的说法正确的是 A．合成氨工业的反应温度控制在400～500℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动 B．合成氨厂一般采用的压强为10MPa～30MPa，因为该压强下铁触媒的活性最高 C．增大压强，正反应速率和逆反应速率均增大，但对正反应的反应速率影响更大 D．的量越多，的转化率越大，因此，充入的越多越有利于的合成 【答案】C 【解析】A．工业合成氨是放热反应，低温有利于反应正向移动，反应温度控制在400～500℃，是为了兼顾速率和平衡，而且此温度下催化剂活性最高，故A错误；B．工业合成氨的催化剂铁触媒的活性受温度影响比较大，400～500℃活性最高，故B错误；C．工业合成氨，增大压强，反应物浓度和生成物浓度都增大，但反应物浓度增大的多，所以正反应速率和逆反应速率均增大，但对正反应的反应速率影响更大，故C正确；D．N2的量越多，H2的转化率越大，但加入过多的氮气，未反应的氮气会带走较多的热量，反而不利于氨气的合成，故D错误；故选C。 【变式2-1】在合成氨时，要使氨的产率增大，又要使化学反应速率增大，可以采取的措施有(　　) ①增大体积使压强减小　②减小体积使压强增大　③升高温度　④降低温度　⑤恒温恒容，再充入N2和H2　⑥恒温恒压，再充入N2和H2　⑦及时分离产生的NH3　⑧使用催化剂 A．②④⑤⑦ B．②③④⑤⑦⑧ C．②⑤ D．②③⑤⑧ 【答案】C 【解析】根据题目要求，既要满足增大速率，又要满足使化学平衡向右移动。从反应速率角度分析，①④⑦三种条件下化学反应速率降低；⑥条件下化学反应速率不变。从平衡移动角度分析：②⑤条件下化学平衡向右移动；⑧条件下化学平衡不移动。对于合成氨反应，达到平衡后，以下分析正确的是(　　) 【变式2-2】合成氨问题，关乎到世界化工发展和粮食安全问题。下列对合成氨工业的叙述中，不正确的是(　　) A．高压条件比常压条件更有利于合成氨的反应 B．合成氨时采用循环操作，可以提高原料利用率 C．工业生产采用500 ℃而不采用常温，是为了提高合成氨的转化率 D．铁触媒的使用有利于提高合成氨的生产效率 答案　C 解析　合成氨的反应为气体分子数减小的反应，增大压强有利于反应正向进行，A正确；合成氨的反应为可逆反应，原料不能完全反应，采用循环操作，可以提高原料利用率，B正确；合成氨的反应为放热反应，升温会使平衡逆向移动，工业生产采用500 ℃而不采用常温，是为了提高反应速率，C错误；铁触媒为催化剂，可以大大提高反应速率，有利于提高合成氨的生产效率，D正确。 【变式2-3】下列有关合成氨工业的说法中，正确的是(　　) A．从合成塔出来的混合气体中，其中NH3只占15%，所以合成氨厂的产率都很低 B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中可循环使用，所以总体来说合成氨的产率很高 C．合成氨工业的反应温度控制在400～500 ℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动 D．合成氨厂采用的压强越大，产率越高，无需考虑设备、条件 答案　B 解析　合成氨的反应在适宜的生产条件下达到平衡时，原料的转化率并不高，但将生成的NH3分离，再将未反应的N2、H2循环利用，可使氨的产率较高，A项错误、B项正确；合成氨工业选择400～500 ℃的温度，主要从反应速率和催化剂活性两方面考虑，合成氨的反应是放热反应，低温才有利于平衡向正反应方向移动，C项错误；不论从反应速率还是化学平衡考虑，高压更有利于合成氨，但压强太大，对设备、动力的要求更高，因此选择10～30 MPa，D项错误。 题型03 工业合成氨反应图像分析 1.N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH <0 ，平衡混合物中氨的含量与温度、压强的关系如下图所示： 结论：压强越大，氨的含量越高；温度越高，氨的含量越低。 2.速率-时间图像分析 下图为合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH <0的速率随时间变化的曲线图： 图像分析： （1）t0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； （2）t1时，增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动； （3）t2时，减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动； （4）t3时，增大压强，平衡向正反应方向移动； （5）t4时，减小压强，平衡向逆反应方向移动； （6）t5时，升高温度，平衡向逆反应方向移动； （7）t6时，降低温度，平衡向正反应方向移动； （8）t7时，增大N2、H2的浓度，减小NH3的浓度，平衡向正反应方向移动； （9）t8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： （1）v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。 【典例3】某密闭容器中发生如下反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0。下图表示该反应的速率(v)随时间(t)变化的关系，t2、t3、t5时刻外界条件有所改变，但都没有改变各物质的初始加入量。下列说法中正确的是(　　) A．t2时加入催化剂 B．t3时降低了温度 C．t5时增大了压强 D．t4～t5时间内转化率一定最低 【答案】A 【解析】合成氨反应前后气体物质的量减小，t2后反应速率增大，但平衡没有移动，说明t2时刻改变的条件是加入了催化剂，化学平衡不移动； t3时刻应是减小压强，化学平衡向左移动；t5时刻应是升高温度，化学平衡向左移动；所以t6以后转化率最低。 【变式3-1】对于合成氨反应N2(g)＋3H2(g) ⇌2NH3(g)　ΔH<0，下列研究结果和示意图相符的是(　　) 选项 A B C D 研究结果 压强对反应的影响 温度对反应的影响 平衡体系增加N2对反应的影响 催化剂对反应的影响 图示 答案　C 解析　A项，由于p1条件先达到平衡，故p1>p2，由p1→p2，减小压强，化学平衡左移，NH3的体积分数应降低，错误；B项，由于此反应ΔH<0，故升温平衡左移，N2的转化率降低，错误；C项，增大N2的量，会使正反应速率瞬间增大，化学平衡右移，正确；D项，使用催化剂，能加快反应速率，缩短到达平衡的时间，错误。 【变式3-2】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)的关系如图所示。下列说法正确的是(　　) A．将1 mol氮气、3 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变为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的转化率增大 D．升高温度，平衡常数K增大 答案　C 解析　该反应为可逆反应，加入的1 mol N2和3 mol H2不可能完全反应生成NH3，所以反应放出的热量小于92.4 kJ，A项错误；从状态A到状态B，改变的是压强，温度未发生变化，所以平衡常数不变，B项错误；该反应是反应前后气体分子数减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，H2的转化率增大，C项正确；升高温度，平衡逆向移动，K减小，D项错误。 【变式3-3】合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应N2(g)＋3H2(g) ⇌2NH3(g)　ΔH<0,673 K、30 MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间的变化关系如图所示。下列说法正确的是(　　) A．c点处反应达到平衡 B．d点(t1时刻)和e点(t2时刻)处n(N2)不同 C．其他条件不变，773 K下反应至t1时刻，n(H2)比图中的d点的值要大 D．a点的正反应速率比b点的小 答案　C 解析　c点是氢气和氨气物质的量相等的点，该点以后，氢气的量还在减少，氨气的量还在增加，故c点没有达到平衡，A项错误；t1和t2两个时刻反应均处于平衡状态，体系中各物质的物质的量不再变化，故d、e两点氮气的物质的量相等，B项错误；773 K>673 K，工业合成氨为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，氢气的物质的量增大，C项正确；反应达到平衡前，a点反应物浓度大于b点，因此a点的正反应速率比b点的大，D项错误。 题型04 工业生产中适宜条件的选择 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。具体分析如下: 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 【典例4】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SO2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．合成氨工业中，为提高氮气和氢气的利用率，采用循环操作 答案　B 解析　反应2SO2＋O2⇌2SO3，通入过量的空气，反应正向进行，SO2的转化率提高，A项正确；高炉炼铁过程中发生反应：Fe2O3(s)＋3CO(g) ⇌2Fe(s)＋3CO2(g)，达到平衡后，增加高炉的高度不能降低炼铁尾气中CO的含量，B项错误；工业合成氨，从生产实际条件考虑，不盲目增大反应压强，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项正确；工业合成氨是可逆反应，原料不能完全转化为产物，采用氮气和氢气循环操作的主要目的是提高氮气和氢气的利用率，D项正确。 【变式4-1】纳米钴常用于CO加氢反应的催化剂：CO(g)＋3H2(g) ⇌CH4(g)＋H2O(g)　ΔH<0，下列说法正确的是(　　) A．纳米技术的应用，优化了催化剂的性能，提高了反应的转化率 B．缩小容器体积，平衡向正反应方向移动，CO的浓度增大 C．从平衡体系中分离出H2O(g)能加快正反应速率 D．工业生产中采用高温条件下进行，其目的是提高CO的平衡转化率 答案　B 解析　催化剂的优化不影响平衡的移动，不能提高反应物的转化率，A项错误；缩小容器体积即增大压强，平衡向气体体积减小的方向即正向移动，体系中各组分浓度均增大，B项正确；减小c(H2O)时正反应速率瞬间不变，v逆减小，平衡正向移动，C项错误；升高温度，平衡逆向移动，CO的平衡转化率降低，D项错误。 【变式4-2】在硫酸工业生产中，通过下列反应使SO2氧化成SO3： 2SO2(g) +O2(g)2SO3(g) ΔH= -196.6kJ/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 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 从化学反应速率、化学平衡及生产成本、产量等角度综合分析，在实际生产中有关该反应适宜条件选择的说法正确的是 A．SO2的转化率与温度成反比，故采用尽可能低的温度 B．该反应在450℃左右、1MPa (常压)下进行较为合适 C．SO2的转化率与压强成正比，故采用尽可能高的压强 D．为了提高的SO2的转化率，应使用合适的催化剂 【答案】B 【解析】A．由表格数据可知，SO2的转化率与温度成反比，降低温度平衡向正反应方向移动，但反应速率减小，不利于提高SO2的产量，故A错误；B．在1MPa、450℃时SO3的平衡转化率（97.5%）就已经很高了，若继续增大压强，平衡虽正向移动，但效果并不明显，比其高压设备的高额造价，得不偿失，故B正确；C．由表格数据可知，SO2的转化率与压强成正比，但采用高压，平衡虽正向移动，但效果并不明显，比其高压设备的高额造价，得不偿失，故C错误；D．催化剂不能改变SO2的平衡转化率，故D错误；故选B。 【变式4-3】开发CO2催化加氢可合成二甲醚。其主要反应为： ① CO2(g)+ 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)  ΔH1 =﹣49.01 kJ·mol−1 ② 2CH3OH(g)CH3OCH3(g) + H2O(g)  ΔH2 =﹣24.52 kJ·mol−1 合成二甲醚时还会发生副反应： ③ CO2(g)+ H2(g)CO(g) + H2O(g)  ΔH3 = + 41.2 kJ·mol−1 其他条件相同时，反应温度对CO2平衡总转化率及反应2.5小时的CO2实际总转化率影响如图1所示；反应温度对二甲醚的平衡选择性及反应2.5小时的二甲醚实际选择性影响如图2所示。(已知：CH3OCH3的选择性=×100％)。 下列说法正确的是 A．不改变反应时间和温度，增大压强或增大CO2与H2的投料比都能进一步提高CO2实际总转化率和二甲醚实际选择性 B．CO2催化加氢合成二甲醚的最佳温度为240℃左右 C．温度高于290℃，CO2平衡总转化率随温度升高而上升的原因为反应①进行程度大于反应③ D．一定温度下，加入多孔CaO(s)或选用高效催化剂，均能提高平衡时H2的转化率 【答案】B 【解析】A．增大压强，反应①化学平衡正向移动，反应③化学平衡不移动，CO2实际总转化率和二甲醚实际选择性都提高，但是增大CO2和H2的投料比，CO2的实际总转化率降低，A错误；B．从图2中可知，240℃时二甲醚实际选择性最大，CO2催化加氢合成二甲醚的最佳温度为240℃左右，B正确；C．反应①为放热反应，反应③为吸热反应，升高温度反应③平衡正向移动，反应①平衡逆向移动，温度高于290℃，CO2平衡总转化率随温度升高而上升原因为反应③进行程度大于反应①，C错误；D．使用高效催化剂，能加快反应速率但是不能提高平衡时氢气的转化率，D错误；故答案选B。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$