专题04 化学反应的方向和调控（期中专项训练）高二化学上学期人教版

专题04 化学反应的方向和调控 题型1自发过程和自发反应 题型2化学反应方向的判定(重点) 题型3合成氨适宜条件的选择 题型4工业生产中反应条件的分析 题型5结合工业生产的化学平衡综合题(难点) 题型1自发过程和自发反应 易错提醒： (1)自发过程是指在一定条件下，不借助任何外力就可以进行的过程。例如水从高处往低处流 ，热从高温物体传向低温物体等。 (2)自发过程可以是物理过程，不一定是自发反应；而自发反应一定是自发过程。 1．【判断过程自发】下列过程属非自发的是( ) A．水由高处向低处流 B．室温下水结成冰 C．气体从高密度处向低密度处扩散 D．加热铁棒一端，热量传向另一端 2．【判断变化自发】下列不属于自发进行的变化是( ) A．红墨水加到清水使整杯水变红 B．冰在室温下融化成水 C．电解饱和食盐水 D．铁器在潮湿的空气中生锈 3．【判断反应自发】下列反应属于非自发反应的是( ) A．钠与水反应 B．氢气在氧气中燃烧生成水 C．水分解变成氢气和氧气 D．氨气和氯化氢相遇变成氯化铵 题型2化学反应方向的判定(重点) 易错提醒： (1)自发过程或反应具有方向性，即过程或反应的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程或反应的逆方向在该条件下肯定不能自发进行。 (2)能够自发进行的过程或反应在常温下不一定能够发生，自发性只能用于判断过程或反应的方向，不能确定过程或反应是否一定会发生和发生的速率。 (3)在用判据ΔH－TΔS判断时要注意ΔH与ΔS的单位的差别，需要转换。 ①不能片面地用焓判据、熵判据孤立判断。 ②不能忽视温度在大多数化学反应方向判断中的作用。 ③不能错误认为“自发反应”不需要任何条件。 ④不能忽视ΔH、T、ΔS单位的协调一致。 1．【化学反应方向判断】下列关于化学反应方向及其判据的说法中正确的是( ) A．1molSO3在不同状态时的熵值：S[SO3(s)]>S[SO3(1)]>S[SO3(g)] B．常温下，反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0 C．放热反应都可以自发进行，而吸热反应不能自发进行 D．2KClO3(s)=2KCl(s)+3CO2(g) ΔH>0能否自发进行与温度无关 2．【预测反应能否进行】下列对化学反应预测正确的是( ) 选项 化学方程式 已知条件 预测 A M(s)＝X(g)+Y(s) ∆H＞0 它是非自发反应 B 4M(s)+N(g)+2W(l)＝4Q(s) 常温下，自发进行 ∆H＞0 C 4X(g)+5Y(g)＝4W(g)+6G(g) 能自发进行 ∆H可能大于0 D W(s)+G(g)＝2Q(g) ∆H＞0 任何温度都能自发进行 3．【综合应用】回答下列问题： (1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)=2CO(g)+O2(g)，该反应的∆H________(填“>”或“<”，下同)0，∆S_______0，在低温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。 (2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO+2CO2CO2+N2。反应在常温下能够自发进行，则反应的∆H______(填“>”或“<”)0。 (3)已知在、298K时石灰石分解反应CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)的∆H＞0、∆S＞0。 ①常温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。 ②据本题反应数据分析，温度________(填“能”或“不能”)成为反应进行方向的决定因素。 (4)已知CaSO4(s)+ CO(g)=CaO(s)+SO2(g)+CO2(g) ΔH＝+218kJ·mol-1，该反应能够自发进行的反应条件是__________________________。 (5)某吸热反应能自发进行，则该反应的∆S_____(填“>”或“<”)0。 题型3合成氨适宜条件的选择 易错提醒： 工业生产中，必须从反应速率和反应限度两个角度选择合成氨的适宜条件。既要考虑尽量提高反应物的转化率，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。 1．【合成氨反应的特点】对于可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0，下列说法中正确的是( ) A．达到平衡后充入N2，当重新达到平衡时，NH3的浓度比原平衡的大，N2的浓度比原平衡的小 B．达到平衡后，升高温度，既加快了正、逆反应速率，又提高了NH3的产率 C．达到平衡后，缩小容器体积，既有利于加快正、逆反应速率，又有利于提高氢气的转化率 D．加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率增大，而逆反应速率减小 2．【合成氨反应的工艺流程】(2024-2025·浙江省台金七校联盟高二期中)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。 下列说法不正确的是( ) A．控制原料气，是因为N2相对易得，适度过量可提高H2转化率 B．合成氨一般选择进行，铁触媒的活性最大，原料气平衡转化率高 C．热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离 D．压缩机加压是为了保证尽可能高的平衡转化率和反应速率 3．【工业合成氨分析】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 (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。 反应 大气固氮 N2(g)＋O2(g) 2NO(g) 工业固氮 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) 温度/℃ 27 2000 25 400 450 K 0.1 0.507 0.152 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 。 题型4工业生产中反应条件的分析 易错提醒： 化学反应适宜条件选择的思维流程 工业生产中需考虑设备条件、安全操作、经济成本等；分析影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找合适的生产条件；根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求。 (1)反应限度：要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料。 (2)反应速率：要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量。 (3)生产要求：要考虑设备的要求和技术条件。 1．【条件控制的利用】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 2．【生产条件的调控】工业制备硫酸的生产过程及相关信息如下。下列有关说法正确的是( ) 温度/℃ 不同压强下接触室中SO2的平衡转化率/ 450 99.2 99.7 550 94.9 97.7 工艺流程 A．循环利用的物质是SO3 B．2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)为放热反应 C．吸收塔中98.3%H2SO4表现强氧化性 D．实际生产中，接触室中应采用温度450℃，压强10MPa 3．【工业生产条件的选择】工业上用硫铁矿为主要原料制取硫酸，主要设备有沸腾炉、接触室和吸收塔。 (1)有关接触法制硫酸的下列说法中，不正确的是___________。 A．二氧化硫的氧化在接触室中发生 B．吸收塔用浓度为98.3%浓硫酸吸收三氧化硫 C．接触室中反应的条件之一为较高温度是为了提高SO2的转化率 D．硫酸工业中在接触室安装热交换器是为了利用SO3转化为H2SO4时放出的热量 (2)平衡转化率与温度及压强关系如图所示。在实际生产中，SO2催化氧化反应的条件选择常压、450℃左右(对应图中A点)，而没有选择SO2转化率更高的B或C点对应的反应条件，其原因分别是 、 。 题型5结合工业生产的化学平衡综合题(难点) 易错提醒： 综合应用化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中具有重要的作用。 在处理工业生产中选择条件的相关问题时，要综合考虑外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响，同时还要注意与工业生产实际结合在一起进行综合分析与思考。从理论上说，一是要提高单位时间内产量，二是要提高原料的转化率，也就是尽量提高产品在平衡混合物中的百分含量，提高经济效益。在实际生产中，还要考虑原料的来源、储量、运输、生产设备、反应条件等许多问题，反应条件的选择要考虑实际与效益。 1．【废气的吸收】合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量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)2]Ac+CO+NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO △H<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的适宜条件应是 。 (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应是 。 2．【工业合成氨】(2025·上海静安高二期中)合成氮工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。其原理为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4kJ·mol-1，据此回答以下问题： (1)下列叙述中正确的是_____。 A．铁作催化剂可加快反应速率，且有利于平衡向合成氨的方向移动 B．将氨从混合气中分离，可加快反应速率，且有利于平衡向合成氨的方向移动 C．升高温度可以加快反应速率，所以工业生产中尽可能提高温度 D．增大压强可加快反应速率，且有利于平衡向合成氮的方向移动 (2)根据温度对化学平衡的影响规律可知，对于该反应，温度越高，其平衡常数越 。 (3)某温度下，若把10moN2与30moH2置于容积为10L的恒容密闭容器内，反应达到平衡状态时，测得混合气体中NH3的体积分数为20%，则该温度下反应的平衡常数K= (可用分数表示)。 (4)能说明该反应达到化学平衡状态的是_____(不定项)。 A．容器内气体的密度保持不变 B．容器内压强保持不变 C．v正(N2)=2v逆(NH3) D．混合气体中c(NH3)不变 (5)对于合成氨反应而言，下列有关图像一定正确的是 (不定项)。 (6)相同温度下，有恒容密闭容器A和恒压密闭容器B，两容器中均充入1molN2和3molH2，此时两容器的容积相等。待反应达到平衡状态，A中NH3的体积分数为a，放出热量Q1kJ；B中NH3的体积分数为b，放出热量Q2kJ。则：a b(填“>”“=”或“<”，下同)，Q1 92.4。 3．【生产甲醇燃料】(2025·陕西省宝鸡市高二期中)CO2可用来生产燃料甲醇。CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH2=- 49kJ·mol-1。在体积为1L的恒容密闭容器中，充入1molCO2和2molH2，一定条件下发生上述反应，测得的浓度随时间的变化如表所示： 时间/ 0 3 5 10 15 浓度/mol/L 0 0.3 0.45 0.5 0.5 (1)H2的平衡转化率=_______。该条件下上述反应的平衡常数K=_______。 (2)下列措施中能使平衡体系中增大且不减慢化学反应速率的是_______。 A．升高温度 B．充入He(g)，使体系压强增大 C．再充入1molH2 D．将H2O(g)从体系中分离出去 (3)当反应达到平衡时，H2的物质的量浓度为c1，然后向容器中再加入一定量H2，待反应再一次达到平衡后，H2的物质的量浓度为c2，则c1_______c2(填“>”、“＜”或“=”)。 (4)要提高CO2的转化率，可以采取的措施是_______(填序号)。 A．加入催化剂费处 B．增大CO2的浓度 C．通入惰性气体 D．通入H2 E．分离出甲醇 (5)T℃时，向恒容密闭容器中充入CO2和H2，发生反应CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H。在使用不同催化剂时，相同时间内测得CO2的转化率随温度的变化如下图所示。 则催化效果最佳的是催化剂_______(填“I”、“II”或“III”)。如果a点已经达到平衡状态，则b点的v正_______v逆(填“>”、“<”或“=”)，c点转化率比a点低的原因是_______。 8 / 8学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题04 化学反应的方向和调控 题型1自发过程和自发反应 题型2化学反应方向的判定(重点) 题型3合成氨适宜条件的选择 题型4工业生产中反应条件的分析 题型5结合工业生产的化学平衡综合题(难点) 题型1自发过程和自发反应 易错提醒： (1)自发过程是指在一定条件下，不借助任何外力就可以进行的过程。例如水从高处往低处流 ，热从高温物体传向低温物体等。 (2)自发过程可以是物理过程，不一定是自发反应；而自发反应一定是自发过程。 1．【判断过程自发】下列过程属非自发的是( ) A．水由高处向低处流 B．室温下水结成冰 C．气体从高密度处向低密度处扩散 D．加热铁棒一端，热量传向另一端 【答案】B 【解析】A．水由高处向低处流势能减小，自发进行，A不符合题意；B．水结成冰这个变化，虽然是放热的，但是同时也是熵减的，因此必须在某一温度(0°C)以下才能自发进行，室温下不能自发进行，B符合题意；C．气体从高密度处向低密度处扩散是自发过程，C不符合题意；D．加热铁棒一端，热量传向另一端是自发过程，D不符合题意；故选B。 2．【判断变化自发】下列不属于自发进行的变化是( ) A．红墨水加到清水使整杯水变红 B．冰在室温下融化成水 C．电解饱和食盐水 D．铁器在潮湿的空气中生锈 【答案】C 【解析】A项，扩散现象，是熵增加的自发过程，A不符合题意；B项，冰的熔点为0℃，水常温是液体，冰在室温下融化成水，是熵增加的自发过程，B不符合题意；C项，电解饱和食盐水，是在外电场的作用下强制发生的氧化还原反应，不是自发过程，C符合题意；D项，铁在潮湿的空气中生锈是发生了自发的氧化还原反应，属于电化学腐蚀，是自发进行的化学过程，D不符合题意；故选C。 3．【判断反应自发】下列反应属于非自发反应的是( ) A．钠与水反应 B．氢气在氧气中燃烧生成水 C．水分解变成氢气和氧气 D．氨气和氯化氢相遇变成氯化铵 【答案】C 【解析】A．钠与水在常温下能够发生反应，A错误；B．虽然需要点燃或加热，但反应一旦发生，就能自发地进行下去，B错误；C．水分解变成氢气和氧气需要持续不断的通电，所以水分解变成氢气和氧气是非自发的反应，C正确；D．氨气与氯化氢相遇变成氯化铵，在常温条件下能够发生，D错误；故选C。 题型2化学反应方向的判定(重点) 易错提醒： (1)自发过程或反应具有方向性，即过程或反应的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程或反应的逆方向在该条件下肯定不能自发进行。 (2)能够自发进行的过程或反应在常温下不一定能够发生，自发性只能用于判断过程或反应的方向，不能确定过程或反应是否一定会发生和发生的速率。 (3)在用判据ΔH－TΔS判断时要注意ΔH与ΔS的单位的差别，需要转换。 ①不能片面地用焓判据、熵判据孤立判断。 ②不能忽视温度在大多数化学反应方向判断中的作用。 ③不能错误认为“自发反应”不需要任何条件。 ④不能忽视ΔH、T、ΔS单位的协调一致。 1．【化学反应方向判断】下列关于化学反应方向及其判据的说法中正确的是( ) A．1molSO3在不同状态时的熵值：S[SO3(s)]>S[SO3(1)]>S[SO3(g)] B．常温下，反应C(s)+CO2(g)=2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH>0 C．放热反应都可以自发进行，而吸热反应不能自发进行 D．2KClO3(s)=2KCl(s)+3CO2(g) ΔH>0能否自发进行与温度无关 【答案】B 【解析】A项，物质聚集状态不同熵值不同，气体S> 液体S> 固体S，1molSO3在不同状态时的熵值：S[SO3(s)]<S[SO3(1)]<S[SO3(g)]，故A错误； B项，反应的自发性由焓变和熵变共同决定，该反应为ΔS>0，常温不能自发，说明高温时△G=△H-T•△S＜0，说明则该反应的ΔH>0，故B正确；C项，反应的自发性由焓变和熵变共同决定，当△G=△H-T•△S＜0时反应能自发进行，ΔG>0时反应不能自发进行，焓变小于零的反应，ΔH＜0，若ΔS＜0＜0，高温下可以ΔG>0，反应不能自发进行，熵变大于零的反应，ΔS>0，若ΔH>0 ，高温下可以ΔG＜0 时反应可自发进行，故C错误；D项，ΔH>0、ΔS>0 ，由△G=△H-T•△S＜0 的反应可自发进行，可知能否自发进行与温度有关，故D错误；故选B。 2．【预测反应能否进行】下列对化学反应预测正确的是( ) 选项 化学方程式 已知条件 预测 A M(s)＝X(g)+Y(s) ∆H＞0 它是非自发反应 B 4M(s)+N(g)+2W(l)＝4Q(s) 常温下，自发进行 ∆H＞0 C 4X(g)+5Y(g)＝4W(g)+6G(g) 能自发进行 ∆H可能大于0 D W(s)+G(g)＝2Q(g) ∆H＞0 任何温度都能自发进行 【答案】C 【解析】在等温、等压条件下，化学反应的方向是由反应的焓变和熵变共同决定的。化学反应自发进行的最终判据是吉布斯自由能变，自由能一般用∆G来表示，且∆G＝∆H－T∆S，当∆G＝∆H－T∆S＜0时，反应向正反应方向能自发进行；当∆G＝∆H－T∆S＝0时，反应达到平衡状态；当∆G＝∆H－T∆S＞0时，反应不能向正反应方向自发进行。A项，反应气体系数增大，为熵增大的反应，∆S＞0，∆H＞0，在高温条件下能自发进行，错误；B项，为气体系数减小的反应，∆S＜0，当∆H＞0时，∆H－T∆S＞0，一定不能自发进行，错误；C项，反应为气体系数增大的反应，∆S＞0，所以当∆H＜0，一定满足∆H－T∆S＜0，反应一定能够自发进行，当∆H＞0时，当高温时，∆H－T∆S＜0，成立，可以自发进行，正确；D项，反应为气体系数增大的反应，∆S＞0，由∆H＞0，则满足∆H－T∆S＜0，反应在高温下自发进行，错误。 3．【综合应用】回答下列问题： (1)用钌的配合物作催化剂，一定条件下可直接光催化分解CO2，发生反应：2CO2(g)=2CO(g)+O2(g)，该反应的∆H________(填“>”或“<”，下同)0，∆S_______0，在低温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。 (2)超音速飞机在平流层飞行时，尾气中的NO会破坏臭氧层。科学家正在研究利用催化技术将尾气中的NO和CO转变成CO2和N2，化学方程式为2NO+2CO2CO2+N2。反应在常温下能够自发进行，则反应的∆H______(填“>”或“<”)0。 (3)已知在、298K时石灰石分解反应CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)的∆H＞0、∆S＞0。 ①常温下，该反应________(填“能”或“不能”)自发进行。 ②据本题反应数据分析，温度________(填“能”或“不能”)成为反应进行方向的决定因素。 (4)已知CaSO4(s)+ CO(g)=CaO(s)+SO2(g)+CO2(g) ΔH＝+218kJ·mol-1，该反应能够自发进行的反应条件是__________________________。 (5)某吸热反应能自发进行，则该反应的∆S_____(填“>”或“<”)0。 【答案】(1)> > 不能 (2)< (3)不能 能 (4)高温 (5) > 【解析】(1)由于CO在O2中燃烧生成CO2为放热反应，则二氧化碳分解生成CO和氧气的反应为吸热反应，∆H＞0，根据化学方程式可知，反应后气体的化学计量数之和增加，∆S＞0，故低温下ΔG=ΔH-TΔS>0，反应不能自发进行；(2) ΔG=ΔH-TΔS＜0时反应自发进行，通过化学方程式可知常温下△S＜0，常温下反应能够自发进行，则△H＜0；(3)①根据ΔG=ΔH-TΔS＜0时反应自发进行，已知∆H＞0，∆S＞0，则常温下不能自发进行；②该反应的∆H＞0、∆S＞0，高温条件下能使ΔG=ΔH-TΔS＜0，而常温条件下ΔG=ΔH-TΔS>0，则该反应中温度能成为决定反应进行方向的因素；(4)该反应的∆S＞0、∆H＞0，则高温时ΔG=ΔH-TΔS＜0，反应能自发进行；(5)已知某吸热反应能自发进行，即ΔG=ΔH-TΔS＜0，∆H＞0，则∆S＞0。 题型3合成氨适宜条件的选择 易错提醒： 工业生产中，必须从反应速率和反应限度两个角度选择合成氨的适宜条件。既要考虑尽量提高反应物的转化率，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。 1．【合成氨反应的特点】对于可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0，下列说法中正确的是( ) A．达到平衡后充入N2，当重新达到平衡时，NH3的浓度比原平衡的大，N2的浓度比原平衡的小 B．达到平衡后，升高温度，既加快了正、逆反应速率，又提高了NH3的产率 C．达到平衡后，缩小容器体积，既有利于加快正、逆反应速率，又有利于提高氢气的转化率 D．加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率增大，而逆反应速率减小 【答案】C 【解析】达到平衡后，充入N2，平衡向正反应方向移动，达到新平衡后，NH3的浓度会增大，而N2的浓度不会减小；达到平衡后，升高温度，正、逆反应速率都增大，但平衡向逆反应方向移动，不利于NH3的生成；达到平衡后，缩小容器体积即增大压强，正、逆反应速率都增大，平衡向正反应方向移动，有利于提高H2的转化率；加入催化剂，能同等程度地增大正、逆反应速率，缩短反应达到平衡的时间。 2．【合成氨反应的工艺流程】(2024-2025·浙江省台金七校联盟高二期中)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。 下列说法不正确的是( ) A．控制原料气，是因为N2相对易得，适度过量可提高H2转化率 B．合成氨一般选择进行，铁触媒的活性最大，原料气平衡转化率高 C．热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离 D．压缩机加压是为了保证尽可能高的平衡转化率和反应速率 【答案】B 【解析】A．空气中氮气充足，相对易得，控制原料气比，使氮气过量，增加氢气的转化率，A正确；B．合成氨一般选择400~500℃进行，主要是让铁触媒的活性最大，反应速率增大，是考虑综合效率；该反应是放热反应，温度升高，该反应的平衡转化率降低，B错误；C．热交换将氨气的热量转给N2和H2，目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离，C正确；D．根据合成氨特点，该反应是气体体积减小的反应，加压提高原料的转化率并加快了反应速率，D正确；故选B。 3．【工业合成氨分析】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 (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。 反应 大气固氮 N2(g)＋O2(g) 2NO(g) 工业固氮 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) 温度/℃ 27 2000 25 400 450 K 0.1 0.507 0.152 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 。 【答案】(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 【解析】(1)A项，根据ΔG=ΔH-TΔS<0时反应自发进行，该反应ΔH<0，ΔS<0，则在低温或常温时自发进行，故A正确；B项，合成氨为放热反应，说明反应物断键吸收能量小于产物成键放出能量，故B正确；C项，合成氨厂一般采用的压强为10MPa ~30MPa，因为高压利于氨的合成，且能提高反应速率，与催化剂活性无关，故C错误；D项，N2的量越多，H2的转化率越大，当氢气转化至一定程度，多余的氮气对反应无促进作用，故D错误；故选AB； (2)合成氨的反应为可逆反应，氮气和氢气不能完全转化，循环使用可提高氮气和氢气转化率； (3)①使用催化剂，只能提高反应速率，不能提高产率； ②恒温恒容，增大原料气N2和H2充入量，反应物浓度增大，提高反应速率，压强增大，提高产率；③及时分离产生的NH3，可提高反应物转化率，但不能提升反应速率；④该反应为放热反应，升高温度，可提高反应速率，但平衡逆向移动，不能提高产率；⑤恒温恒容，充入惰性气体Ar使压强增大，反应物浓度不变，速率不变；所以要使氨的产率增大，同时又能提高反应速率，可采取的措施②； (4)①在400℃下模拟工业固氮，某时刻c(N2)= c(H2)= c(NH3)=1mol·L-1，此时浓度商，说明平衡逆向移动，所以v正<v逆；②根据表中数据可知，温度升高到2000℃，K=0.1，转化率较低，不适合大规模生产。 题型4工业生产中反应条件的分析 易错提醒： 化学反应适宜条件选择的思维流程 工业生产中需考虑设备条件、安全操作、经济成本等；分析影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找合适的生产条件；根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求。 (1)反应限度：要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料。 (2)反应速率：要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量。 (3)生产要求：要考虑设备的要求和技术条件。 1．【条件控制的利用】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。 2．【生产条件的调控】工业制备硫酸的生产过程及相关信息如下。下列有关说法正确的是( ) 温度/℃ 不同压强下接触室中SO2的平衡转化率/ 450 99.2 99.7 550 94.9 97.7 工艺流程 A．循环利用的物质是SO3 B．2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)为放热反应 C．吸收塔中98.3%H2SO4表现强氧化性 D．实际生产中，接触室中应采用温度450℃，压强10MPa 【答案】B 【解析】2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)为可逆反应，未参与反应的二氧化硫可循环利用，A错误；由表知，在相同压强下，升高温度，二氧化硫的平衡转化率减小，则2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)为放热反应，B正确；吸收塔中98.3%H2SO4是为了吸收三氧化硫，不体现强氧化性，C错误；1MPa和10MPa两状态SO2的平衡转化率相差不大，但10MPa压强大，对动力和设备要求高，所以实际生产中，接触室中应采用温度450℃，压强1MPa，D错误；故选B。 3．【工业生产条件的选择】工业上用硫铁矿为主要原料制取硫酸，主要设备有沸腾炉、接触室和吸收塔。 (1)有关接触法制硫酸的下列说法中，不正确的是___________。 A．二氧化硫的氧化在接触室中发生 B．吸收塔用浓度为98.3%浓硫酸吸收三氧化硫 C．接触室中反应的条件之一为较高温度是为了提高SO2的转化率 D．硫酸工业中在接触室安装热交换器是为了利用SO3转化为H2SO4时放出的热量 (2)平衡转化率与温度及压强关系如图所示。在实际生产中，SO2催化氧化反应的条件选择常压、450℃左右(对应图中A点)，而没有选择SO2转化率更高的B或C点对应的反应条件，其原因分别是 、 。 【答案】(1)CD (2)不选B点，因为压强越大对设备的投资越大，消耗的动能越大，SO2原料的转化率在常压(0.1MPa)下的转化率已达到97%左右，再提高压强，SO2的转化率提高的余地很小，所以采用常压 不选C点，因为温度越低，SO2的转化率虽然更高，但催化剂的催化作用会受影响，450℃时，催化剂的催化效率最高，故选择A点，而不选择C点 【解析】(1)依据接触法制硫酸的工业流程和三个设备分析判断，二氧化硫的接触氧化是在接触室中发生的，A正确；设备C中用98.3%的H2SO4来吸收SO3的原因是：用水吸收易形成酸雾阻止三氧化硫的吸收，B正确；该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，SO2的转化率降低，实际上工业生产中采用较高的温度，是为了保证催化剂的活性和一定的化学反应速率，C错误；硫酸工业中，在接触室安装热交换器是为了利用二氧化硫生成三氧化硫的反应是放热的，而不是利用SO3转化为H2SO4时放的热量，D错误；故选CD； (2)不选B点，因为压强越大对设备的投资越大，消耗的动能越大，SO2原料的转化率在常压(0.1MPa)下的转化率已达到97%左右，再提高压强，SO2的转化率提高的余地很小，所以采用常压；不选C点，因为温度越低，SO2的转化率虽然更高，但催化剂的催化作用会受影响，450℃时，催化剂的催化效率最高，故选择A点，而不选择C点。 题型5结合工业生产的化学平衡综合题(难点) 易错提醒： 综合应用化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中具有重要的作用。 在处理工业生产中选择条件的相关问题时，要综合考虑外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响，同时还要注意与工业生产实际结合在一起进行综合分析与思考。从理论上说，一是要提高单位时间内产量，二是要提高原料的转化率，也就是尽量提高产品在平衡混合物中的百分含量，提高经济效益。在实际生产中，还要考虑原料的来源、储量、运输、生产设备、反应条件等许多问题，反应条件的选择要考虑实际与效益。 1．【废气的吸收】合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量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)2]Ac+CO+NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO △H<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的适宜条件应是 。 (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应是 。 【答案】(1)防止合成塔中的催化剂中毒 (2)低温、高压 (3)高温、低压 【解析】分析吸收CO反应的特点：正反应是气体体积缩小的放热反应，对于这样一个可逆反应，用化学平衡移动原理及工业生产中适宜条件的选择等知识即可作答。 2．【工业合成氨】(2025·上海静安高二期中)合成氮工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。其原理为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4kJ·mol-1，据此回答以下问题： (1)下列叙述中正确的是_____。 A．铁作催化剂可加快反应速率，且有利于平衡向合成氨的方向移动 B．将氨从混合气中分离，可加快反应速率，且有利于平衡向合成氨的方向移动 C．升高温度可以加快反应速率，所以工业生产中尽可能提高温度 D．增大压强可加快反应速率，且有利于平衡向合成氮的方向移动 (2)根据温度对化学平衡的影响规律可知，对于该反应，温度越高，其平衡常数越 。 (3)某温度下，若把10moN2与30moH2置于容积为10L的恒容密闭容器内，反应达到平衡状态时，测得混合气体中NH3的体积分数为20%，则该温度下反应的平衡常数K= (可用分数表示)。 (4)能说明该反应达到化学平衡状态的是_____(不定项)。 A．容器内气体的密度保持不变 B．容器内压强保持不变 C．v正(N2)=2v逆(NH3) D．混合气体中c(NH3)不变 (5)对于合成氨反应而言，下列有关图像一定正确的是 (不定项)。 (6)相同温度下，有恒容密闭容器A和恒压密闭容器B，两容器中均充入1molN2和3molH2，此时两容器的容积相等。待反应达到平衡状态，A中NH3的体积分数为a，放出热量Q1kJ；B中NH3的体积分数为b，放出热量Q2kJ。则：a b(填“>”“=”或“<”，下同)，Q1 92.4。 【答案】(1)D (2)小 (3)1/12 1 (4)BD (5)ac (6)< < 【解析】(1)A项，催化剂只能提高反应速率，不能使平衡移动，故A错误；B项，不断把生成的NH3从体系中分离，既可减小逆反应速率，又可使平衡进一步向生成 NH3方向移动，故B错误；C项，升温虽能加快反应速率，但该反应为放热反应，温度越高平衡越不利于生成NH3，所以工业生产中尽选择适宜温度，故C错误；D项，增大压强有利于平衡向体积(气体物质的量)较小的一方移动，即向生成NH3一侧移动，故D正确；故选D； (2)该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，其平衡常数减小，故选小； (3)设氮气的物质的量减少xmol，可得三段式 则，解得，，故选1/12； (4)A项，恒容密闭体系中总质量/体积并未改变，密度从头到尾都一样，不能说明是否已达平衡，故A错误；B项，恒容体系中，压强是变量，压强将不再发生变化，可作为平衡判据，故B正确；C项，v正(N2)=2v逆(NH3)与化学计量数并不一致，不符合正逆反应速率相等的本质，不能说明反应达平衡状态，故C错误；D项，NH3浓度保持不变表明反应达到化学平衡状态，故D正确；故选BD； (5)a项，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡时NH3或体积分数越低，a正确；b项，图示N2、H2浓度随时间递减、NH3递增并趋于平衡，但达平衡时NH3、N2、H2的浓度不相等，b错误；c项，使用催化剂与未使用催化剂最终平衡产率相同，但有催化剂时反应速率更快，先达平衡，c正确；故选ac； (6)在同温度下，恒容(A)与恒压(B)两密闭容器中都起始充入 1 mol N2 和 3 mol H2。由于该反应为气体体积减少、放热反应；恒压体系(B)可通过缩小体积，相当于升高压强，更有利于平衡向生成NH3方向移动，故平衡时NH3的体积分数 b 大于恒容体系(A)中的 a；由于可逆反应不可能 100% 转化，放出的热量均小于理想完全反应所放出的 92.4 kJ，故Q1< 92.4。 3．【生产甲醇燃料】(2025·陕西省宝鸡市高二期中)CO2可用来生产燃料甲醇。CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH2=- 49kJ·mol-1。在体积为1L的恒容密闭容器中，充入1molCO2和2molH2，一定条件下发生上述反应，测得的浓度随时间的变化如表所示： 时间/ 0 3 5 10 15 浓度/mol/L 0 0.3 0.45 0.5 0.5 (1)H2的平衡转化率=_______。该条件下上述反应的平衡常数K=_______。 (2)下列措施中能使平衡体系中增大且不减慢化学反应速率的是_______。 A．升高温度 B．充入He(g)，使体系压强增大 C．再充入1molH2 D．将H2O(g)从体系中分离出去 (3)当反应达到平衡时，H2的物质的量浓度为c1，然后向容器中再加入一定量H2，待反应再一次达到平衡后，H2的物质的量浓度为c2，则c1_______c2(填“>”、“＜”或“=”)。 (4)要提高CO2的转化率，可以采取的措施是_______(填序号)。 A．加入催化剂费处 B．增大CO2的浓度 C．通入惰性气体 D．通入H2 E．分离出甲醇 (5)T℃时，向恒容密闭容器中充入CO2和H2，发生反应CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H。在使用不同催化剂时，相同时间内测得CO2的转化率随温度的变化如下图所示。 则催化效果最佳的是催化剂_______(填“I”、“II”或“III”)。如果a点已经达到平衡状态，则b点的v正_______v逆(填“>”、“<”或“=”)，c点转化率比a点低的原因是_______。 【答案】(1) 75% 4 (2)C (3)＜ (4)DE (5) Ⅰ ＞ 该反应放热，温度升高，平衡逆向移动 【解析】(1)根据表中数据，甲醇平衡时的浓度为0.5mol/L，依据反应方程式可知，达到平衡时，消耗氢气的浓度为0.5mol/L×3=1.5mol/L，氢气平衡时的转化率为×100%=75%，达到平衡时c(CH3OH)=c(H2O)=0.5mol/L，c(CO2)=(1mol/L－0.5mol/L)=0.5mol/L，c(H2)=(2mol/L－1.5mol/L)=0.5mol/L，平衡常数K==4；(2)A项，该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向进行，甲醇的物质的量减小，二氧化碳物质的量增大，即升高温度，该比值减小，故A不符合题意；B项，恒容状态下，充入He(g)，体系压强增大，但组分浓度不变，化学平衡不移动，该比值不变，故B不符合题意；C项，再充入1mol氢气，浓度增大，反应速率加快，增加反应物浓度，平衡向正反应方向移动，甲醇物质的量增大，二氧化碳物质的量减小，该比值增大，故C符合题意；D项，将水蒸气从体系中分离出来，化学反应速率减慢，故D不符合题意；故选C；(3)达到平衡时，再通入氢气，虽然平衡向正反应方向移动，但氢气浓度比原平衡大，即c1＜c2；(4)A项，加入催化剂，对化学平衡移动无影响，即CO2的平衡转化率不变，故A不符合题意；B项，增大CO2的浓度，平衡虽然向正反应方向移动，但CO2的转化率降低，故B不符合题意；C项，恒容状态下，通入惰性气体，虽然气体压强增大，但组分浓度不变，化学平衡不移动，即二氧化碳的转化率不变，故C不符合题意；D项，通入氢气，平衡向正反应方向移动，二氧化碳转化率增大，故D符合题意；E项，分离出甲醇，平衡向正反应方向移动，二氧化碳转化率增大，故E符合题意；故选DE；(5)根据图中可知，相同温度下，催化剂Ⅰ的催化效果最大，即催化效果最佳的是催化剂Ⅰ；a点达到平衡，加入催化剂，对化学平衡移动无影响，b点没有达到平衡，二氧化碳转化率增大，说明反应向正反应方向进行，即v正＞v逆；a点达到平衡，c点也是平衡点，但c点温度高于a点，该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向进行，二氧化碳转化率降低。 4 / 12学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $