第13讲 硫酸工业与合成氨工业（复习讲义）（上海专用）2026年高考化学一轮复习讲练测

第13讲 硫酸工业与合成氨工业 目录 01 02 体系构建·思维可视 03 核心突破·靶向攻坚 考点一 硫酸工业 知识点1控制反应条件的目的及措施 知识点2工业上选择适宜生产条件的原则 考向1工业上选择适宜生产条件的原则 【思维建模】化学反应适宜条件选择的思维流程和原则 考向2硫酸工业生产条件的调控 考点二 合成氨工业 知识点1合成氨反应的特点 知识点2工业合成氨条件的选择 考向 合成氨反应适宜条件的选择 04真题溯源·考向感知 考点要求 考查形式 2025年 2024年 硫酸工业 非选择题 —— —— 合成氨工业 非选择题 —— —— 考情分析： 1．从命题题型和内容上看，自2024年以来上海高考化学试题采用新的命题形式，共五个大题，均为非选择题，对硫酸工业和合成氨工业有所涉及，由于受题量限制，主要在化学反应原理综合题、化工流程综合题中有所体现，主要考查硫酸工业、合成氨工业、化工生产中适宜条件的选择等。 2．从命题思路上看，侧重以化工生产为背景，考查化学反应速率和化学平衡知识在生产中的应用，以选择化工生产条件。可以通过图像或表格提供信息，从反应时间、投料比值、催化剂的选择、转化率等角度考查生产条件的选择。 复习目标： 1．了解工业生产条件选择的依据和原则。 2．了解硫酸工业、合成氨工业生产的主要流程。 3．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。 4．知道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重要作用。 ( ) 考点一 硫酸工业 知识点1控制反应条件的目的及措施 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________化学反应速率，________反应物的转化率，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________化学反应速率，__________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．控制反应条件考虑因素：在实际生产中常常需要结合__________、__________、__________等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找适宜的生产条件。此外，还要根据__________及__________等方面的规定和要求做出分析，权衡利弊，才能实施生产。 3．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________、溶液的________、气体的________(或________)、固体的________以及使用________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________、溶液的________、气体的________ (或________)等改变可逆反应的限度，从而________转化率。 知识点2工业上选择适宜生产条件的原则 外界 条件 有利于加快速率的条件控制 有利于平衡正向移动的条件控制 综合分析结果 浓度 ________反应物的浓度 ________反应物的浓度、减小生成物的浓度 不断地________反应物、及时地________出生成物 催化剂 加合适的__________ 不需要 加合适的__________ 温度 ________ ΔH＜0 ________ 兼顾速率和平衡，考虑催化剂的__________ ΔH＞0 ________ 在设备条件允许的前提下，尽量采取________并考虑催化剂的________ 压强 ________ (有气体参加) Δνg＜0 ________ 在设备条件允许的前提下，尽量采取________ Δνg＞0 ________ 兼顾速率和平衡，选取__________ 得分速记 1．选择原则：反应速率快，产品含量高 (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 A+BC A+BD 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 考向1工业上选择适宜生产条件的原则 例1某工业生产中发生反应：2X(g)+Y(g)2M(g)　ΔH<0。下列有关该反应的说法正确的是_____________。 A．工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成 B．若物质Y价廉易得，工业上一般采用加入过量的Y的方法，以提高X和Y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M的日产量 思维建模 化学反应适宜条件选择的思维流程和原则 (1)化学反应适宜条件选择的思维流程 (2)化工生产适宜条件选择的一般原则 条件 原则 从化学反应速率分析 既不能过快，又不能太慢 从化学平衡移动分析 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，尽可能使化学平衡向生成所需产物的方向移动 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，循环利用从而降低生产成本 从实际生产能力分析 既要注意理论上的需要，又要考虑实际生产(如设备条件、安全操作、经济成本等)的可能性 从催化剂的使用分析 ①防止催化剂中毒，增加乳化装置； ②温度对催化剂活性的影响； ③应用催化剂的选择性，控制副反应，提高产率，降低生产成本 【变式训练1·变载体】人们可通过改变条件来调控化学反应的速率与限度，使其向着对人类更有益的方向发展。下列条件的改变不是从化学反应速率与限度的角度考虑的是_____________。 A．橡胶轮胎中加入防老剂 B．燃煤中加入CaO C．汽车排气管中使用三元催化器 D．工业合成氨不断移去液氨 【变式训练2·变考法】有平衡体系:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH<0。为了增加甲醇(CH3OH)的产量，应采取的正确措施是_____________。 A．高温，高压 B．适宜温度，高压，催化剂 C．低温，低压 D．高温，高压，催化剂 【变式训练3·变题型钾是一种活泼的金属，工业上通常用金属钠和氯化钾在高温下反应制取。该反应为Na(l)＋KCl(l) NaCl(l)＋K(g) ΔH>0。 该反应的平衡常数可表示为K＝c(K)，各物质的沸点与压强的关系见下表： 压强/kPa 13.33 53.32 101.3 K的沸点/℃ 590 710 770 Na的沸点/℃ 700 830 890 NaCl的沸点/℃ － － 1 437 KCl的沸点/℃ － － 1 465 (1)在常压下金属钾转变为气态从反应混合物中分离的最低温度约为________，而反应的最高温度应低于________。 (2)制取钾的过程中，为了提高原料的转化率可以采取的措施是_________________。 (3)常压下，当反应温度升高到900 ℃时，该反应的平衡常数可表示为___________。 考向2硫酸工业生产条件的调控 例2(2025·上海闵行高二期中)硫酸工业生产中，根据化学平衡移动原理来确定的条件或措施有 。 A．含铁矿石加入沸腾炉之前先粉碎 B．使用V2O5作催化剂 C．转化器中使用500℃高温 D．净化后的炉气中要有过量的空气 E．催化氧化在常压下进行 F．排出的酸性废水用石灰乳中和处理 【变式训练1·变载体】工业制硫酸中有一步重要的反应是SO2在400-600℃下发生催化氧化：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ∆H＜0，下列说法正确的是_____________。 A．为提高的转化率，在生产过程中压强越高越好 B．工业生产中可通过增大二氧化硫的浓度来提升反应物转化率 C．其他条件保持不变，温度越高，反应速率越快，生产效益越好 D．工业生产中使用催化剂是为了提高生产效率 【变式训练2·变考法】(2025·上海育才中学高一期末)在硫酸工业中，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)(正反应放热)。下表为在不同温度和压强条件下，该反应达到平衡时SO2的转化率数据。下列相关叙述正确的是 温度/℃ 平衡时SO2的转化率/% 0.1Mpa 1Mpa 10Mpa 450 97.5 99.2 99.7 550 85.6 94.9 98.3 A．实际生产中应采用50MPa高压 B．通入过量O2可增大该反应的平衡常数 C．回收并循环使用尾气中的SO2可提高其转化率 D．低温、高压条件下有利于提高SO2的反应速率 【变式训练3·变题型】(2025·上海华东师大附中高二期中)下图是工业上以硫铁矿为原料生产硫酸工艺流程示意图，完成下列问题。 (1)写出装置的名称：A． B． C． (2)写出装置A中发生的化学方程式 ，写出装置B中发生的化学方程式 ，写出装置C中发生的化学方程式 。 (3)b口处进入的气体的主要成分是 。 (4)装置B中，对于a、b两进口处的气体，主要成分 、温度 (以上两空均选填“相同”或“不相同”)，这主要是由于装置B中的 (填装置名称)造成的。 (5)根据上述工艺流程图判断，下列说法不正确的是 。 A．为了使硫铁矿充分燃烧，需将其粉碎 B．过量空气能提高SO2的转化率 C．使用催化剂能提高SO2的转化率和反应速率 D．装置A排出的矿渣可供炼铁 E．装置C中填入空心瓷砖是为了增大接触面积，提高SO3的吸收率 F．从装置A中出来的气体需要净化，其主要目的是为了降低混合气体的温度 (6)装置C中排出的尾气不能直接排放到空气中，主要是因为尾气中含有 等气体，直接排放到空气中可能造成的污染是 。实验室中，通常用 吸收该尾气，反应的化学方程式 。 ( ) 考点二 合成氨工业 知识点1合成氨反应的特点 1．合成氨反应的特点 (1)反应：合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJmol－1，ΔS＝－198.2 Jmol－1K－1。 (2)特点： ①________反应 ②________反应：ΔH<0 ③________的反应：ΔS<0 ④常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，________进行。 2．合成氨反应特点的分析 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 ________ ________ ________ ________ 提高平衡混合物中氨的含量 ________ ________ ________ ________ 知识点2工业合成氨条件的选择 1．工业合成氨的适宜条件 外部条件 工业合成氨的适宜条件 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(__________MPa) 温度 适宜温度，__________℃ 催化剂 使用铁触媒做催化剂(500℃左右时的活性最大) 浓度 N2和H2的物质的量之比为__________的投料比，氨及时从混合气中分离出去 2．问题讨论 (1)压强：目前我国合成氨厂一般采用的压强在10～30 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。 (2)温度：升高温度能提高化学反应速率，但工业合成氨温度不能太高的理由是： ①合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率降低。 ②400～500℃催化剂活性最大，升高温度，催化剂活性减弱。 注意：工业生产中，必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。 3．合成氨的生产流程 (1)生产流程 (2)流程分析 ①原料气干燥、净化：除去原料气中的水蒸气及其他气体杂质，防止与催化剂接触时，导致催化剂“中毒”而降低或丧失催化活性 ②压缩机加压：增大压强 ③热交换：合成氨反应为放热反应，反应体系温度逐渐升高，为原料气反应提供热量，故热交换可充分利用能源，提高经济效益。 ④冷却：生成物NH3的液化需较低温度采取迅速冷却的方法，可使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出来，以促使平衡向生成NH3的方向移动。 ⑤循环使用原料气：因合成氨反应为可逆反应，平衡混合物中含有原料气，将NH3分离后的原料气循环利用，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，提高经济效益。 考向 合成氨反应适宜条件的选择 例1下列有关工业合成氨的说法不正确的是_____________。 A．迅速冷却的方法将氨液化，并不断移去液氨，利于反应正向进行 B．选择温度400~500℃，是为了保证尽可能大的平衡转化率 C．增大压强，有利于增大反应速率和平衡混合物中氨气的体积分数 D．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生 【变式训练1·变考法】工业合成氨的反应为：N2(g) + 3H2(g)2NH3(g) △H <0，该反应应采取的适宜条件是_____________。 A．低温、高压、催化剂 B．适宜的温度、压强、催化剂 C．低温、常压、催化剂 D．高温、高压、催化剂 【变式训练2·变考法】1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大太满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下图是合成氨生产流程示意图，下列说法不正确的是_____________。 A．“干燥净化”可以防止催化剂中毒 B．“压缩机加压”既提高了原料的转化率又加快了反应速率 C．“冷却”提高了原料的平衡转化率和利用率 D．“铁触媒”在生产过程中需使用外加热源持续加热 【逻辑思维与科学建模】【变式训练3】(2025·上海七宝中学高三期中)NH3是一种重要的工业原料在工农业生产、生活中有着重要作用。以铁为主的催化剂在400~500℃和20~50MPa的条件下，由N2和H2合成氨。回答下列问题： (1)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，其中NH3只占15%，所以生产氨的工厂的效率很低 B．由于氨易液化，N2、H2是循环使用，所以总体来说氨的产率很高 C．依据勒夏特列原理，加热是使化学平衡向正反应方向移动 D．合成氨厂采用的压强是20~50MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大 (2)该反应放热，但仍选择较高温度400~500℃，其原因是___________。 A．适当提高NH3的合成速率 B．适当提高H2的转化率 C．提高NH3的产率 D．催化剂在500℃左右活性最大 (3)某温度下，在一容积可变的容器中，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到平衡时，N2、H2和NH3物质的量分别为4mol、2mol和4mol。保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整，可使平衡右移的是___________。 A．均增加1mol B．均减半 C．均减少1mol D．均加倍 1．(2017·上海卷，11)在N2+3H22NH3(正反应为放热反应)的反应中，为了提高H2的利用率，可以采取的措施为( ) A．升温 B．增大压强 C．使用催化剂 D．增大H2的浓度 2．(2016·上海卷，14)在硫酸工业生产中，为了有利于SO2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室(见图)。下列说法错误的是_____________。 A．a、b两处的混合气体成分含量相同，温度不同 B．c、d两处的混合气体成分含量相同，温度不同 C．热交换器的作用是预热待反应的气体，冷却反应后的气体 D．c处气体经热交换后再次催化氧化的目的是提高SO2的转化率 3．(2012·上海卷)下列关于硫酸工业生产过程的叙述错误的是_____________。 A．在接触室中使用铁粉作催化剂 B．在接触室中运用热交换技术可充分利用能源 C．把硫铁矿磨成细粉末，可以提高原料的利用率 D．该反应采用450～500°C主要是因为该温度下催化剂活性好 4．(2010·上海卷)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 5．(2010·上海卷)据报道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实：2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g)，下列叙述错误的是 A．使用Cu-Zn-Fe催化剂可大大提高生产效率 B．反应需在300℃进行可推测该反应是吸热反应 C．充入大量CO2气体可提高H2的转化率 D．从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率 6．(2023•辽宁省选择性考试，18)硫酸工业在国民经济中占有重要地位。 (1)我国古籍记载了硫酸的制备方法——“炼石胆(CuSO4·5H2O)取精华法”。借助现代仪器分析，该制备过程中CuSO4·5H2O分解的TG曲线(热重)及DSC曲线(反映体系热量变化情况，数值已省略)如下图所示。700℃左右有两个吸热峰，则此时分解生成的氧化物有SO2、_______和_______(填化学式)。 (2)铅室法使用了大容积铅室制备硫酸(76%以下)，副产物为亚硝基硫酸，主要反应如下： NO2+SO2+H2O=NO+H2SO4 2NO+O2=2NO2 (ⅰ)上述过程中NO2的作用为_______。 (ⅱ)为了适应化工生产的需求，铅室法最终被接触法所代替，其主要原因是_______(答出两点即可)。 (3)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化： SO2(g)+O2(g)SO3(g) ΔH=-98.9kJ·mol-1 (ⅰ)为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如下图所示，下列说法正确的是_______。 a．温度越高，反应速率越大 b．α=0.88的曲线代表平衡转化率 c．α越大，反应速率最大值对应温度越低 d．可根据不同下的最大速率，选择最佳生产温度 (ⅱ)为提高钒催化剂的综合性能，我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下，温度和转化率关系如下图所示，催化性能最佳的是_______(填标号)。 (ⅲ)设O2的平衡分压为p，SO2的平衡转化率为αe，用含p和αe的代数式表示上述催化氧化反应的Kp=_______(用平衡分压代替平衡浓度计算)。 7．(2022•辽宁省选择性，18)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，其反应为： 回答下列问题： (1)合成氨反应在常温下___________(填“能”或“不能”)自发。 (2)___________温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率，___________温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用400-500℃。 针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。 (3)方案二：复合催化剂。 下列说法正确的是___________。 a．300℃时，复合催化剂比单一催化剂效率更高 b．同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率 c．温度越高，复合催化剂活性一定越高 (4)某合成氨速率方程为：，根据表中数据，___________； 实验 1 m n p q 2 n p 3 m n 4 m p 在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为___________。 a．有利于平衡正向移动 b．防止催化剂中毒 c．提高正反应速率 (5)某种新型储氢材料的晶胞如图，八面体中心为M金属离子，顶点均为NH3配体；四面体中心为硼原子，顶点均为氢原子。若其摩尔质量为188 g·molˉ1，则M元素为___________(填元素符号)；在该化合物中，M离子的价电子排布式为___________。 1 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第13讲 硫酸工业与合成氨工业 目录 01 02 体系构建·思维可视 03 核心突破·靶向攻坚 考点一 硫酸工业 知识点1控制反应条件的目的及措施 知识点2工业上选择适宜生产条件的原则 考向1工业上选择适宜生产条件的原则 【思维建模】化学反应适宜条件选择的思维流程和原则 考向2硫酸工业生产条件的调控 考点二 合成氨工业 知识点1合成氨反应的特点 知识点2工业合成氨条件的选择 考向 合成氨反应适宜条件的选择 04真题溯源·考向感知 考点要求 考查形式 2025年 2024年 硫酸工业 非选择题 —— —— 合成氨工业 非选择题 —— —— 考情分析： 1．从命题题型和内容上看，自2024年以来上海高考化学试题采用新的命题形式，共五个大题，均为非选择题，对硫酸工业和合成氨工业有所涉及，由于受题量限制，主要在化学反应原理综合题、化工流程综合题中有所体现，主要考查硫酸工业、合成氨工业、化工生产中适宜条件的选择等。 2．从命题思路上看，侧重以化工生产为背景，考查化学反应速率和化学平衡知识在生产中的应用，以选择化工生产条件。可以通过图像或表格提供信息，从反应时间、投料比值、催化剂的选择、转化率等角度考查生产条件的选择。 复习目标： 1．了解工业生产条件选择的依据和原则。 2．了解硫酸工业、合成氨工业生产的主要流程。 3．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。 4．知道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重要作用。 ( ) 考点一 硫酸工业 知识点1控制反应条件的目的及措施 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，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．控制反应条件考虑因素：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，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找适宜的生产条件。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。 3．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。 知识点2工业上选择适宜生产条件的原则 外界 条件 有利于加快速率的条件控制 有利于平衡正向移动的条件控制 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 加合适的催化剂 不需要 加合适的催化剂 温度 高温 ΔH＜0 低温 兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度 ΔH＞0 高温 在设备条件允许的前提下，尽量采取高温并考虑催化剂的活性 压强 高压(有气体参加) Δνg＜0 高压 在设备条件允许的前提下，尽量采取高压 Δνg＞0 低压 兼顾速率和平衡，选取适宜的压强 得分速记 1．选择原则：反应速率快，产品含量高 (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 A+BC A+BD 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 考向1工业上选择适宜生产条件的原则 例1某工业生产中发生反应：2X(g)+Y(g)2M(g)　ΔH<0。下列有关该反应的说法正确的是_____________。 A．工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成 B．若物质Y价廉易得，工业上一般采用加入过量的Y的方法，以提高X和Y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M的日产量 【答案】D 【解析】虽然高压条件有利于M生成，但不一定都采用高压条件，如2SO2+O22SO3，常压下SO2的转化率已经很高，高压对SO2的转化率影响不大，因而工业上采用常压；加入Y，X的转化率提高，但Y的转化率降低；ΔH<0，升高温度，反应物转化率降低；催化剂可加快化学反应速率。 思维建模 化学反应适宜条件选择的思维流程和原则 (1)化学反应适宜条件选择的思维流程 (2)化工生产适宜条件选择的一般原则 条件 原则 从化学反应速率分析 既不能过快，又不能太慢 从化学平衡移动分析 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，尽可能使化学平衡向生成所需产物的方向移动 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，循环利用从而降低生产成本 从实际生产能力分析 既要注意理论上的需要，又要考虑实际生产(如设备条件、安全操作、经济成本等)的可能性 从催化剂的使用分析 ①防止催化剂中毒，增加乳化装置； ②温度对催化剂活性的影响； ③应用催化剂的选择性，控制副反应，提高产率，降低生产成本 【变式训练1·变载体】人们可通过改变条件来调控化学反应的速率与限度，使其向着对人类更有益的方向发展。下列条件的改变不是从化学反应速率与限度的角度考虑的是_____________。 A．橡胶轮胎中加入防老剂 B．燃煤中加入CaO C．汽车排气管中使用三元催化器 D．工业合成氨不断移去液氨 【答案】B 【解析】橡胶轮胎中加入防老剂，是为了减慢老化速率，A错误；燃煤中加入CaO，是为了除去对环境污染的二氧化硫气体，与化学反应速率与限度无关，B正确；催化剂可改变反应速率，C错误；工业合成氨不断移去液氨，可以降低氨气浓度，使平衡正向移动，D错误；故选B。 【变式训练2·变考法】有平衡体系:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)　ΔH<0。为了增加甲醇(CH3OH)的产量，应采取的正确措施是_____________。 A．高温，高压 B．适宜温度，高压，催化剂 C．低温，低压 D．高温，高压，催化剂 【答案】B 【解析】该反应是一个气体体积减小的放热反应，为增加甲醇的产量，需使平衡正向移动，理论上可采用低温、高压的方式，但在实际生产中还需考虑反应速率、设备承受的压力及催化剂的活性等因素的影响，因此可采取适宜温度、高压和使用催化剂的条件。 【变式训练3·变题型钾是一种活泼的金属，工业上通常用金属钠和氯化钾在高温下反应制取。该反应为Na(l)＋KCl(l) NaCl(l)＋K(g) ΔH>0。 该反应的平衡常数可表示为K＝c(K)，各物质的沸点与压强的关系见下表： 压强/kPa 13.33 53.32 101.3 K的沸点/℃ 590 710 770 Na的沸点/℃ 700 830 890 NaCl的沸点/℃ － － 1 437 KCl的沸点/℃ － － 1 465 (1)在常压下金属钾转变为气态从反应混合物中分离的最低温度约为________，而反应的最高温度应低于________。 (2)制取钾的过程中，为了提高原料的转化率可以采取的措施是_________________。 (3)常压下，当反应温度升高到900 ℃时，该反应的平衡常数可表示为___________。 【答案】(1)770℃ 890℃ (2)降低压强或移去钾蒸气、适当升高温度 (3)K＝c(K)/c(Na) 考向2硫酸工业生产条件的调控 例2(2025·上海闵行高二期中)硫酸工业生产中，根据化学平衡移动原理来确定的条件或措施有 。 A．含铁矿石加入沸腾炉之前先粉碎 B．使用V2O5作催化剂 C．转化器中使用500℃高温 D．净化后的炉气中要有过量的空气 E．催化氧化在常压下进行 F．排出的酸性废水用石灰乳中和处理 【答案】D 【解析】A项，矿石加入沸腾炉之前先粉碎，目的是为了增大黄铁矿与空气的接触面，加快4FeS2+11O22Fe2O3+8SO2反应速率，而不是从2SO2+O22SO3反应中化学平衡角度考虑，故A不正确；B项，使用V2O5作催化剂，催化2SO2+O22SO3反应，只能加快该反应的速率，不能使平衡移动，故B不正确；C项，接触室中催化转化器使用适宜的温度，目的是使催化剂活性最强，使反应速率最快，而实际上升高温度，会促使2SO2+O22SO3平衡向吸热方向移动，即逆向移动，不利于提高SO2的转化率，故C不正确；D项，从沸腾炉中出来的气体成分为SO2、O2、N2，经过净化后，进入接触室，炉气中要有过量的空气，即增大O2浓度，会促使2SO2+O22SO3平衡正向移动，加快反应速率，有利于提高SO2的转化率，故D正确；E项，接触室中：2SO2+O22SO3，增大压强促使平衡正向移动(即气体总体积减小的方向)，减小压强促使平衡逆向移动(即气体总体积增大的方向)。在常压下，不利于平衡正向移动，不利于提高SO2的转化率，不利于加快反应速率，对于该化学平衡，压强的增大，促使平衡正向移动，效果并不明显，常压下反应物的转化率已经很高，所以工业上直接采用常压条件，而不采用高压条件，故E不正确；F项，排出的酸性废水用石灰乳中和处理，是为了防止污染，与化学平衡移动原理以及反应速率无关，故F不正确；故选D。 【变式训练1·变载体】工业制硫酸中有一步重要的反应是SO2在400-600℃下发生催化氧化：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ∆H＜0，下列说法正确的是_____________。 A．为提高的转化率，在生产过程中压强越高越好 B．工业生产中可通过增大二氧化硫的浓度来提升反应物转化率 C．其他条件保持不变，温度越高，反应速率越快，生产效益越好 D．工业生产中使用催化剂是为了提高生产效率 【答案】D 【解析】A项，增大压强平衡正向移动，则提高SO3的产率，但高压会对动力和设备要求太高，从而增加生产成本，为了降低成本，应该适当增大压强，故A错误；B项，增大一种反应物的浓度，可以提高另一种反应物的转化率，所以实际生产中可通过增大氧气的浓度来提高二氧化硫的转化率，从而降低成本，故B错误；C项，其他条件保持不变，温度越高，反应速率越快，但平衡逆向移动，降低产率，且增加生产成本，对提高生产效益产生不利影响，故C错误；D项，催化剂能降低反应所需活化能而增大活化分子百分数，所以使用催化剂可加快化学反应速率，从而缩短反应到达平衡的时间，提高生产效率，故D正确；故选D。 【变式训练2·变考法】(2025·上海育才中学高一期末)在硫酸工业中，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)(正反应放热)。下表为在不同温度和压强条件下，该反应达到平衡时SO2的转化率数据。下列相关叙述正确的是 温度/℃ 平衡时SO2的转化率/% 0.1Mpa 1Mpa 10Mpa 450 97.5 99.2 99.7 550 85.6 94.9 98.3 A．实际生产中应采用50MPa高压 B．通入过量O2可增大该反应的平衡常数 C．回收并循环使用尾气中的SO2可提高其转化率 D．低温、高压条件下有利于提高SO2的反应速率 【答案】C 【解析】A项，实际生产中采用50MPa高压会导致设备成本过高，而表格显示在10MPa时转化率已接近极限，A错误；B项，平衡常数仅与温度有关，通入过量O2不影响K值，B错误；C项，回收SO2循环使用可减少原料损失，提高总转化率，C正确；D项，低温会降低反应速率，高压虽能提高反应速率但低温的负面影响更显著，D错误；故选C。 【变式训练3·变题型】(2025·上海华东师大附中高二期中)下图是工业上以硫铁矿为原料生产硫酸工艺流程示意图，完成下列问题。 (1)写出装置的名称：A． B． C． (2)写出装置A中发生的化学方程式 ，写出装置B中发生的化学方程式 ，写出装置C中发生的化学方程式 。 (3)b口处进入的气体的主要成分是 。 (4)装置B中，对于a、b两进口处的气体，主要成分 、温度 (以上两空均选填“相同”或“不相同”)，这主要是由于装置B中的 (填装置名称)造成的。 (5)根据上述工艺流程图判断，下列说法不正确的是 。 A．为了使硫铁矿充分燃烧，需将其粉碎 B．过量空气能提高SO2的转化率 C．使用催化剂能提高SO2的转化率和反应速率 D．装置A排出的矿渣可供炼铁 E．装置C中填入空心瓷砖是为了增大接触面积，提高SO3的吸收率 F．从装置A中出来的气体需要净化，其主要目的是为了降低混合气体的温度 (6)装置C中排出的尾气不能直接排放到空气中，主要是因为尾气中含有 等气体，直接排放到空气中可能造成的污染是 。实验室中，通常用 吸收该尾气，反应的化学方程式 。 【答案】(1)沸腾炉 接触室 吸收塔 (2)4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2； 2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) SO3＋H2O=H2SO4。 (3)氧气、氮气、二氧化硫等 (4) 相同 不相同 热交换器 (5)CF (6)二氧化硫 形成酸雨 氢氧化钠溶液 SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O 【解析】工业上以硫铁矿为原料生产硫酸工艺流程示意图中，包括A为沸腾炉，反应为4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2；B为接触室，反应为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－196.6 kJ·mol－1；C为吸收塔，反应为SO3＋H2O=H2SO4。接触室中利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是工业制硫酸中最关键的步骤。 (1)装置的名称分别是A为沸腾炉，B为接触室，C为吸收塔。 (2)装置A中发生的化学方程式是4FeS2＋11O22Fe2O3＋8SO2；B反应为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＝－196.6 kJ·mol－1；C反应为SO3＋H2O=H2SO4。 (3)B为接触室，反应为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，可逆反应，故b口处进入的气体的主要成分是氧气、氮气和二氧化硫； (4)装置B中，对于a、b两进口处的气体，主要成分都是氧气和二氧化硫，反应前后温度不同，这主要是由于装置B中的热交换器造成的。故答案是相同、不相同、热交换器。 (5)A项，为了使硫铁矿充分燃烧，需将其粉碎，可增大反应接触面，促进反应，A项正确；B项，过量空气能提高SO2的转化率，B项正确；C项，催化剂原理是降低活化能，改变反应速率，不能提高SO2的转化率，C项错误；D项，装置A排出的矿渣主要成分是氧化铁，可供炼铁，D项正确；E项，装置C中填入空心瓷砖是为了增大接触面积，提高SO3的吸收率，E项正确；F项，从装置A中出来的气体含二氧化硫，需要净化，其主要目的是二氧化硫有毒，防止二氧化硫污染空气，F项错误；故符合题意的是CF。 (6)装置C中排出的尾气不能直接排放到空气中，主要是因为尾气中含有二氧化硫等气体，直接排放到空气中可能造成的污染是形成酸雨；实验室中通常用氢氧化钠溶液吸收该尾气，反应的化学方程式是SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O。 ( ) 考点二 合成氨工业 知识点1合成氨反应的特点 1．合成氨反应的特点 (1)反应：合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJmol－1，ΔS＝－198.2 Jmol－1K－1。 (2)特点： ①可逆反应 ②放热反应：ΔH<0 ③熵减的反应：ΔS<0 ④常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。 2．合成氨反应特点的分析 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 升高 增大 使用 提高平衡混合物中氨的含量 增大 降低 增大 无影响 知识点2工业合成氨条件的选择 1．工业合成氨的适宜条件 外部条件 工业合成氨的适宜条件 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(10～30 MPa) 温度 适宜温度，400～500 ℃ 催化剂 使用铁触媒做催化剂(500℃左右时的活性最大) 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 2．问题讨论 (1)压强：目前我国合成氨厂一般采用的压强在10～30 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。 (2)温度：升高温度能提高化学反应速率，但工业合成氨温度不能太高的理由是： ①合成氨反应为放热反应，升高温度，转化率降低。 ②400～500℃催化剂活性最大，升高温度，催化剂活性减弱。 注意：工业生产中，必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。 3．合成氨的生产流程 (1)生产流程 (2)流程分析 ①原料气干燥、净化：除去原料气中的水蒸气及其他气体杂质，防止与催化剂接触时，导致催化剂“中毒”而降低或丧失催化活性 ②压缩机加压：增大压强 ③热交换：合成氨反应为放热反应，反应体系温度逐渐升高，为原料气反应提供热量，故热交换可充分利用能源，提高经济效益。 ④冷却：生成物NH3的液化需较低温度采取迅速冷却的方法，可使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出来，以促使平衡向生成NH3的方向移动。 ⑤循环使用原料气：因合成氨反应为可逆反应，平衡混合物中含有原料气，将NH3分离后的原料气循环利用，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，提高经济效益。 考向 合成氨反应适宜条件的选择 例1下列有关工业合成氨的说法不正确的是_____________。 A．迅速冷却的方法将氨液化，并不断移去液氨，利于反应正向进行 B．选择温度400~500℃，是为了保证尽可能大的平衡转化率 C．增大压强，有利于增大反应速率和平衡混合物中氨气的体积分数 D．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生 【答案】B 【解析】A项，减小生成物的浓度，平衡正向移动，故将NH3液化，并不断将液氨移去，利于反应正向进行，A正确；B项，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，反应物的平衡转化率降低，则控制温度400~500℃，远高于室温，是为了加快反应速率，B错误；C项，该反应为体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，有利于增大反应速率和平衡混合物中氨气的体积分数，C正确；D项，原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生，D正确；故选B。 【变式训练1·变考法】工业合成氨的反应为：N2(g) + 3H2(g)2NH3(g) △H <0，该反应应采取的适宜条件是_____________。 A．低温、高压、催化剂 B．适宜的温度、压强、催化剂 C．低温、常压、催化剂 D．高温、高压、催化剂 【答案】B 【解析】降温平衡右移，但反应速率太慢，从反应速率和催化剂的活性考虑，温度选在500℃左右，增大压强，平衡右移，但压强太大，对设备要求很高，所以也要选择适宜的压强，催化剂能增大反应速率，也要选择适宜的催化剂。故选B。 【变式训练2·变考法】1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大太满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下图是合成氨生产流程示意图，下列说法不正确的是_____________。 A．“干燥净化”可以防止催化剂中毒 B．“压缩机加压”既提高了原料的转化率又加快了反应速率 C．“冷却”提高了原料的平衡转化率和利用率 D．“铁触媒”在生产过程中需使用外加热源持续加热 【答案】D 【解析】A项，合成氨反应的原料中含有能使催化剂中毒的杂质，所以“干燥净化”可以防止催化剂中毒，故A正确；B项，合成氨反应是气体体积减小的反应，增大压强，化学反应速率加快，平衡向正反应方向移动，原料的转化率增大，所以“压缩机加压”既提高了原料的转化率又加快了反应速率，故B正确；C项，氨气易液化，冷却时氨气转化为液氨，生成物的浓度减小，平衡向正反应方向移动，原料的转化率增大，所以“冷却”提高了原料的平衡转化率和利用率，故C正确；D项，合成氨反应为放热反应，“铁触媒”在生产过程中可以通过反应放出的热量和热交换达到反应所需的温度，不需使用外加热源持续加热，故D错误；故选D。 【逻辑思维与科学建模】【变式训练3】(2025·上海七宝中学高三期中)NH3是一种重要的工业原料在工农业生产、生活中有着重要作用。以铁为主的催化剂在400~500℃和20~50MPa的条件下，由N2和H2合成氨。回答下列问题： (1)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，其中NH3只占15%，所以生产氨的工厂的效率很低 B．由于氨易液化，N2、H2是循环使用，所以总体来说氨的产率很高 C．依据勒夏特列原理，加热是使化学平衡向正反应方向移动 D．合成氨厂采用的压强是20~50MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大 (2)该反应放热，但仍选择较高温度400~500℃，其原因是___________。 A．适当提高NH3的合成速率 B．适当提高H2的转化率 C．提高NH3的产率 D．催化剂在500℃左右活性最大 (3)某温度下，在一容积可变的容器中，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到平衡时，N2、H2和NH3物质的量分别为4mol、2mol和4mol。保持温度和压强不变，对平衡混合物中三者的物质的量做如下调整，可使平衡右移的是___________。 A．均增加1mol B．均减半 C．均减少1mol D．均加倍 【答案】(1)B (2)AD (3)A 【解析】(1)A项，从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占15%，通过循环使用氮气和氢气，大大提高了氨气的产率，故A错误；B项，由于氨易液化，分离出氨气，通过N2、H2的循环使用，大大提高了氨的产率，故B正确；C项，该反应正反应是放热反应，高温不利用氨气的合成，合成氨反应温度控制在500℃左右，在该温度下反应速率较快、催化剂活性较高，故C错误；D项，合成氨是可逆反应，增大压强，平衡向着使压强减小的方向移动，有利于生成氨气，提高原料的利用率，故D错误；故选B； (2)A项，合成氨为放热反应，一般采用400～500℃的温度，其原因是适当提高氨的合成速率，A符合题意；B项，该反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，因此选择较高温度400～500℃，原因不是为了提高H2的转化率，B不符合题意；C项，该反应是放热反应，降低温度平衡正向移动，有利于合成氨，氨的产率能提高，所以选择较高温度400～500℃，原因不是为了提高NH3的产率，C不符合题意；D项，选择较高温度400～500℃，是因为催化剂在 500℃左右时活性最大，催化效果最佳，D符合题意；故选：AD； (3)A项，达到平衡时，N2、H2和NH3物质的量分别为4mol、2mol和4mol，假设浓度也分别为4 mol/L、2 mol/L、4mol/L，则平衡常数为，均增加1mol，浓度可认为变化为5 mol/L、3 mol/L、5mol/L，此时浓度商，平衡右移，A符合题意；B项，在恒压条件下，各组分的物质的量均减半，体系体积减半，各组分的浓度不变，Qc=K，平衡不移动，B不符合题意；C项，均减少1mol，N2、H2和NH3浓度可认为变化为3 mol/L、1 mol/L、3mol/L，则，平衡左移，C不符合题意；D项，在恒压条件下，各组分的物质的量均加倍，体系体积加倍，各组分的浓度不变，Qc=K，平衡不移动，D不符合题意；故选A。 1．(2017·上海卷，11)在N2+3H22NH3(正反应为放热反应)的反应中，为了提高H2的利用率，可以采取的措施为( ) A．升温 B．增大压强 C．使用催化剂 D．增大H2的浓度 【答案】B 【解析】A项，正反应为放热反应，升温，平衡逆向移动，H2的利用率减小，错误；B项，反应后气体的物质的量减少，增大压强，平衡正向移动，H2的利用率增大，正确；C项，使用催化剂，平衡不移动，氢气的利用率不变，错误；D项，增大H2的浓度，平衡正向移动，氮气的利用率增大，但H2的利用率减小，错误；故选B。 2．(2016·上海卷，14)在硫酸工业生产中，为了有利于SO2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室(见图)。下列说法错误的是_____________。 A．a、b两处的混合气体成分含量相同，温度不同 B．c、d两处的混合气体成分含量相同，温度不同 C．热交换器的作用是预热待反应的气体，冷却反应后的气体 D．c处气体经热交换后再次催化氧化的目的是提高SO2的转化率 【答案】B 【解析】A项，根据装置图可知，从a进入的气体是含有SO2、O2、N2等的冷气，经过热交换器后从b处出来的是热的气体，成分与a处相同，正确；B项，在c处出来的气体SO2、O2在催化剂表面发生反应产生的含有SO3及未反应的SO2、O2等气体，该反应是放热反应，当经过热交换器后被冷的气体降温，SO3变为液态，故二者含有的气体的成分不相同，错误；C项，热交换器的作用是预热待反应的冷的气体，同时冷却反应产生的气体，为SO3的吸收创造条件，正确；D项，处气体经过热交换器后再次被催化氧化，目的就是使未反应的SO2进一步反应产生SO3，从而可以提高SO2的转化率，正确。 3．(2012·上海卷)下列关于硫酸工业生产过程的叙述错误的是_____________。 A．在接触室中使用铁粉作催化剂 B．在接触室中运用热交换技术可充分利用能源 C．把硫铁矿磨成细粉末，可以提高原料的利用率 D．该反应采用450～500°C主要是因为该温度下催化剂活性好 【答案】A 【解析】硫酸工业生产过程中，接触室中发生的反应为2SO2＋O22SO3，所用催化剂为V2O5。故选A。 4．(2010·上海卷)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 【答案】B 【解析】合成氨气的反应是体积减小的、放热的可逆反应。①净化干燥的目的是减少副反应的发生，提高产物的纯度，不能提高转化率，故①不符合；②增大压强平衡向正反应方向移动，可提高原料的转化率，故②符合题意；③催化剂只改变反应速率，不影响平衡状态，不能提高转化率，故③不符合；④把生成物氨气及时分离出来，可以促使平衡向正反应方向移动，提高反应物转化率，故④符合题意。⑤通过氮气和氢气的循环使用，可以提高原料的利用率，故⑤符合题意；即②④⑤正确；故选B。 5．(2010·上海卷)据报道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实：2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g)，下列叙述错误的是 A．使用Cu-Zn-Fe催化剂可大大提高生产效率 B．反应需在300℃进行可推测该反应是吸热反应 C．充入大量CO2气体可提高H2的转化率 D．从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率 【答案】B 【解析】A项，使用Cu-Zn-Fe催化剂可加快反应速率，能大大提高生产效率，A项正确；B项，反应加热与反应放热还是吸热没有直接的关系，如煤的燃烧放热，但需要加热，B项错误；C项，充入大量CO2气体平衡会正向移动，所以可提高H2的转化率，C项正确；D项，从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O会使平衡正向移动，所以可提高CO2和H2的利用率，D项正确；故选B。 6．(2023•辽宁省选择性考试，18)硫酸工业在国民经济中占有重要地位。 (1)我国古籍记载了硫酸的制备方法——“炼石胆(CuSO4·5H2O)取精华法”。借助现代仪器分析，该制备过程中CuSO4·5H2O分解的TG曲线(热重)及DSC曲线(反映体系热量变化情况，数值已省略)如下图所示。700℃左右有两个吸热峰，则此时分解生成的氧化物有SO2、_______和_______(填化学式)。 (2)铅室法使用了大容积铅室制备硫酸(76%以下)，副产物为亚硝基硫酸，主要反应如下： NO2+SO2+H2O=NO+H2SO4 2NO+O2=2NO2 (ⅰ)上述过程中NO2的作用为_______。 (ⅱ)为了适应化工生产的需求，铅室法最终被接触法所代替，其主要原因是_______(答出两点即可)。 (3)接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化： SO2(g)+O2(g)SO3(g) ΔH=-98.9kJ·mol-1 (ⅰ)为寻求固定投料比下不同反应阶段的最佳生产温度，绘制相应转化率(α)下反应速率(数值已略去)与温度的关系如下图所示，下列说法正确的是_______。 a．温度越高，反应速率越大 b．α=0.88的曲线代表平衡转化率 c．α越大，反应速率最大值对应温度越低 d．可根据不同下的最大速率，选择最佳生产温度 (ⅱ)为提高钒催化剂的综合性能，我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下，温度和转化率关系如下图所示，催化性能最佳的是_______(填标号)。 (ⅲ)设O2的平衡分压为p，SO2的平衡转化率为αe，用含p和αe的代数式表示上述催化氧化反应的Kp=_______(用平衡分压代替平衡浓度计算)。 【答案】(1)①CuO ②SO3 (2)①催化剂 ②反应中有污染空气的NO和NO2放出影响空气环境、NO2可以溶解在硫酸中给产物硫酸带来杂质、产率不高(答案合理即可) (3)①cd ②d ③ 【解析】(1)根据图示的热重曲线所示，在700℃左右会出现两个吸热峰，说明此时CuSO4发生热分解反应，从TG图像可以看出，质量减少量为原CuSO4质量的一半，说明有固体CuO剩余，还有其他气体产出，此时气体产物为SO2、SO3、O2，可能出现的化学方程式为3CuSO43CuO+2SO2↑+SO3↑+O2↑，结合反应中产物的固体产物质量和气体产物质量可以确定，该反应的产物为CuO、SO2、SO3、O2。(2)(i)根据所给的反应方程式，NO2在反应过程中线消耗再生成，说明NO2在反应中起催化剂的作用；(ii)近年来，铅室法被接触法代替因为在反应中有污染空气的NO和NO2放出影响空气环境、同时作为催化剂的NO2可以溶解在硫酸中给产物硫酸带来杂质影响产品质量、产率不高(答案合理即可)。(3) (i)a项，根据不同转化率下的反应速率曲线可以看出，随着温度的升高反应速率先加快后减慢，a错误；b项，从图中所给出的速率曲线可以看出，相同温度下，转化率越低反应速率越快，但在转化率小于88%的时的反应速率图像并没有给出，无法判断α=0.88的条件下是平衡转化率，b错误；c项，从图像可以看出随着转化率的增大，最大反应速率不断减小，最大反应速率出现的温度也逐渐降低，c正确；d项，从图像可以看出随着转化率的增大，最大反应速率出现的温度也逐渐降低，这时可以根据不同转化率选择合适的反应温度以减少能源的消耗，d正确；故选cd；(ii)为了提高催化剂的综合性能，科学家对催化剂进行了改良，从图中可以看出标号为d的催化剂V-K-Cs-Ce对SO2的转化率最好，产率最佳，故选d；(iii)利用分压代替浓度计算平衡常数，反应的平衡常数Kp===；设SO2初始量为m mol，则平衡时n(SO2)=m·αe，n(SO3)=m-m·αe=m(1-αe)，Kp==。 7．(2022•辽宁省选择性，18)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，其反应为： 回答下列问题： (1)合成氨反应在常温下___________(填“能”或“不能”)自发。 (2)___________温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率，___________温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用400-500℃。 针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。 (3)方案二：复合催化剂。 下列说法正确的是___________。 a．300℃时，复合催化剂比单一催化剂效率更高 b．同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率 c．温度越高，复合催化剂活性一定越高 (4)某合成氨速率方程为：，根据表中数据，___________； 实验 1 m n p q 2 n p 3 m n 4 m p 在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为___________。 a．有利于平衡正向移动 b．防止催化剂中毒 c．提高正反应速率 (5)某种新型储氢材料的晶胞如图，八面体中心为M金属离子，顶点均为NH3配体；四面体中心为硼原子，顶点均为氢原子。若其摩尔质量为188 g·molˉ1，则M元素为___________(填元素符号)；在该化合物中，M离子的价电子排布式为___________。 【答案】(1)能 (2)高     低 (3)a (4)  -1     a (5) Fe     3d6 【解析】(1)氨的分离对反应速率的影响；从反应速率方程可以推知，当c(NH3)降低时，v增大。注意由于反应速率方程通常由实验测定，其中v应指净反应速率，即，因此在其他条件一定时，分离氨气是通过降低逆反应速率，从而提高净反应速率。(2) Fe(NH3)6·(BH4)2中，氢元素化合价的判断：由于电负性N＞H＞B，因此NH3中H显+1价，BH4-中H元素的化合价为-1价；(3)中根据图像进行判断，利用控制变量法进行分析；(4)利用实验对比，注意选择对比实验室，选择控制变量，找变量；(5)利用晶胞密度计算公式计算元素的相对原子质量，根据元素相对原子质量进行判断元素；(1)对于合成氨反应，常温下，ΔG=ΔH-TΔS==-32.8 kJ·mol−1＜0，故合成氨反应在常温下能自发进行；(2)其他条件一定时，升高温度，可以提供更高的能量，使活化分子百分数增大，反应速率加快；合成氨反应是放热反应，要提高平衡转化率，即使反应平衡正向移动，应降低温度；(3)由题图可知，300℃时，复合催化剂催化时合成氨反应的反应速率比单-催化剂催化时大很多，说明300℃时复合催化剂比单-催化剂效率更高，a正确；同温同压下，复合催化剂能提高反应速率，但不能使平衡发生移动，故不能提高氨的平衡产率，b错误；温度过高，复合催化剂可能会失去活性，催化效率反而降低，c错误；故选a；(4)将实验1、3中数据分别代入合成氨的速率方程可得：①，③，可得。合成氨过程中，不断分离出氨，即降低体系中c(NH3)，生成物浓度下降，平衡向正反应方向移动，但不会提高正反应速率，a正确，c错误；反应主产物即氨不能使催化剂中毒，b错误。(5)由图可知，“”代表M(NH3)6，“”代表BH4，面心立方最密堆积的晶胞中，“”处于8个顶角和6个面心，则每个晶胞中含“”的个数为，8个“ ”均处于晶胞内部，则“”和“ ”的个数之比为4：8=1：2，故该晶体的化学式为M(NH3)6·(BH4)2；又知该化合物的摩尔质量为188 g·molˉ1，则有，解得，故M元素为Fe。化合物Fe(NH3)6·(BH4)2中，NH3整体为0价，BH4-中B为+3价，H为-1价，则Fe为+2价，基态Fe原子核外电子排布式为[Ar]3d64s2)，失去4s轨道上的2个电子得到Fe2+，故Fe2+的价电子排布式为3d6。 15 / 19 学科网（北京）股份有限公司 $$