分层作业(14)化学反应条件的优化——工业合成氨-【智学校本学案】2025-2026学年高中化学选择性必修第一册分层作业（鲁科版）

0.4mol,则起始时Y的物质的量为2.7mol一0.4mol=2.37.[解析](1)由图可知，反应I的活化能较高，反应Ⅱ的活化 mol;Q在2min内减少了0.3mol,所以起始时Q的物质的 能较低，相同条件下，反应的活化能越高，反应速率越慢，所 量是2.7mol十0.3mol=3mol。(2)根据以上分析可知，m 以反应速率：反应I<反应Ⅱ；催化剂能改变活化能的大小， =1、n=4、p=2、q=3。(3)2min内消耗的Z的物质的量是 从而影响反应速率，但它不能改变反应热，即△H将不变」 0.2mol,则用Z表示2min内的平均反应速率v(Z)= (2)①2NO(g)+2CO(g)=N2(g)+2CO2(g)△H<0,即 |△c(Z)l0.2mol 2 LX2 min =0.05mol·L-1·min1。 反应放热，因A为绝热容器，B为恒温容器，则随着反应的进 △t 行，容器A的温度高于容器B,则容器A中的反应速率较快， 分层作业（十三） 到达平衡所用的时间较短，但平衡时CO的转化率较低，所以 曲线a代表绝热条件，曲线b代表恒温条件，即表示容器A 的曲线为a。②X、Y两点中，CO转化率相同，即此时两容器 答案速对 内反应物浓度相同，但X为绝热条件下的反应，温度较高，反 应速率较快，则X、Y两点中，v玉(X)>v(Y);③M点处于 1: 23456 平衡状态，C0的转化率为50%，列出三段式： B BAD C D 2NO(g)+2CO(g)-N2 (g)+2CO2 (g) 起始浓度/ 7.(1)<不变 (mol·L-1) 1 1 0 0 (2)①a②>③1N 转化浓度/ 试题精折 (mol·L1) 0.5 0.5 0.25 0.5 平衡浓度/ 1.B[石墨合成金刚石，石墨和金刚石均为固体，改变压强，化 (mol·L-1) 0.5 0.5 0.25 0.5 学反应速率不变，故A错误；MnO2固体作催化剂，能加快反 c年(N2)·c年(C02)0.25X0.52 则K= 应速率，故C错误；Zn能置换出Cu,形成原电池，反应速率加 c￥(NO)·c(CO) -0.5×0.5mo1·L=1 快，故D错误。] mol厂1·L;M、N两点都是平衡点，则vE=v诞，即k正· 2.B[增大压强可增大单位体积内活化分子数，但活化分子百 c2NO·c2(C0)=k量·c(N,)·c2(C0,),则有 k正 分数不变，故A错误；升高温度，无论是吸热反应，还是放热 反应，正、逆反应速率均增大，故B正确；增加C(s)的用量， c(N2)·c2(CO2) 不能改变反应物的浓度，反应速率不变，故C错误；该反应为 c2(NO)·c2(CO) =K,即3k。一g灰=g餐爱=gK,平 气体体积不变的反应，增大压强，碘蒸气的浓度增大，气体颜 衡常数只与温度有关，该反应为放热反应，温度越低，平衡常 色加深，但平衡不移动，所以颜色加深不能用勒·夏特列原 数K越大，lgK越大，lgE一lgk是值越大，因温度：M<N, 理解释，故D错误。] 所以g及玉一g诞值小的点是N。 3.A[活化分子之间的碰撞必须有合适的取向才能引发化学 分层作业（十四） 反应，才是有效碰撞，A错误；增大反应物的浓度，活化分子 的浓度增大，使单位体积内的活化分子增多，反应速率增大， 答案速对 B正确；对于有气体参加的反应，通过压缩容器容积增大压 强，气体的浓度增大，单位体积内的活化分子增多，反应速率 增大，C正确；加入催化剂，反应的活化能降低，活化分子增 12345 6 多，单位体积内的活化分子百分数增加，反应速率增大，D D CC CC D 正确。门 7.(1)CuO-ZnO ab 4.D[碳酸氢钠与盐酸的反应过程是HCO?十H (2)2y<15.x H2CO3,H2CO3一H2O十CO2个，第一步反应成键放热，第 (3)0.075mol·L1·min-1 小于随着反应正向 二步反应断键吸热，故其能量变化与过程a不同，A错误；过 进行，反应产物浓度逐渐增加，逆反应速率逐渐加快， 程b发生两步反应，第一步活化能更高，故第一步反应决定整 个反应的反应速率，B错误；催化剂通过改变反应活化能而改 所以前5min内的逆(CH,OH)小于前l0min内 变反应速率，不会改变反应的焓变，C错误；由图可知△H< 的v滋(CH,OH) (4)AD 0,根据反应可知△S<0,当△G=△H一T△S<0时反应可自 发进行，故该反应在低温下可以自发进行，D正确。] 试题精析 5.C[分析题表中数据，温度一定时，pH越大，c(O3)减小一半 所需时间越短；pH一定时，温度越高，c(O3)减小一半所需时 1.D[由速率与浓度关系式可知，增大N2和H2的浓度，可加 间越短。c(O3)减小一半，在①40℃、pH=3.0时，所需时间 快反应速率；升高温度、使用催化剂均可加快反应速率。] 为31~158min;在②10℃、pH=5.0时，所需时间大于169 催化剂 min;在③30℃、pH=7.0时，所需时间小于15min,则分解 2.C[合成氨反应为N:(g)+3H,(g)高温、南压2NH,(g 速率依次增大为②①③。] △H<0,该反应的正反应是气体分子数减小的放热反应，要 6.D[升高温度，反应速率增大，降低温度，反应速率减小，A 使平衡向正反应方向移动且同时加快反应速率，可采取加压 项错误；该反应前后气体分子数目不变，改变压强，平衡不移 或增大反应物浓度的措施，故②⑥符合题意，C正确。] 动，但反应速率对应改变，B项错误；增大NO2的浓度为原来 3.C[合成氨生产中，温度通常控制在500℃左右，在该温度 的2倍，若T>250℃，根据v=k·c(NO2)·c(CO)可知，反 范围内催化剂的活性最高，可以加快反应速率，C项正确。] 应速率变为原来的2倍，C项错误；当温度低于250℃时，根 4.C[步骤①中“净化”是除去杂质，防止铁催化剂中毒，故A 据v=k·c2(NO2)可知，反应速率只与c(NO2)有关，改变 正确；合成氨的反应为气体分子数减小的反应，加压有利于 CO的浓度，反应速率不变，D项正确。] 平衡正向移动，提高原料转化率，加压也可以加快反应速率， 351■ 故B正确；催化剂只能加快反应速率，不能提高平衡转化率， 2.C「反应①焓变为正值，为吸热反应，故A错误；增大反应① 合成氨反应为放热反应，高温不利于提高原料的平衡转化 的压强，平衡不移动，H2转化率不变，故B错误；焓变只与反 率，而液化分离出NH3和N2、H2的循环再利用均可以使平 应体系的始态和终态有关，使用催化剂，△H2不变，故C正 衡正向移动，所以步骤④⑤有利于提高原料的平衡转化率 确；根据盖斯定律，由反应①十反应②可得CO2(g)十3H2(g) 步骤③不能，故C错误；在反应达到一定程度时及时将氨从 =CHOH(g)+H2O(g)△H=-58kJ·mol1,所以 混合气中分离出去，可使平衡正向移动，能保持足够高的原 CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(1)△H3≠-58 料转化率，故D正确。门 kJ·mol1,故D错误。] 5.C[合成氨反应是放热反应，升高温度使平衡逆向移动，氦 3.B[增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，则有利于 气的转化率降低，A错误；由于该反应是可逆反应，反应物不 反应「向生成甲醇的方向进行，但反应的平衡常数只与温度 能完全转化为反应产物，故3mol氢气和1mol氨气反应时， 有关，温度不变，平衡常数不变，故B错误。] 放出的热量小于92.2kJ,B错误；增加氢气的量，平衡正向移 4.B[使用催化剂可加快反应速率，从而提高生产效率，A项 动，氨气的转化率提高，但对于一个给定的化学反应，化学平 正确；加热可以加快化学反应速率，放热反应也可在加热条 衡常数K只受温度的影响，C正确；使用催化剂不能改变反 件下进行，B项错误；充入大量CO2气体可使平衡正向移动 应的化学平衡常数K,氨的产率不变，D错误。] 提高H2的转化率，C项正确：从平衡混合气体中分离出 6.D[表中数据经科学实验测定，不可能有明显误差，A错误； CHCH2OH和H2O可促使平衡正向移动，从而提高CO2和 合成氨生产过程是连续的，不可能对生产条件控制不当，B错 H2的利用率，D项正确。] 误；平衡浓度大小与分解速率的大小没有直接关系，C错误； 5.D[增大压强对设备要求和动力要求很高，成本太高，故A 实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%，与科学测 错误；反应温度较低，反应速率太慢，经济效益低，故B错误； 定结果相比偏低，这说明合成氨工业考虑单位时间的产量问 工业生产要求高效，为加快反应速率，应使用催化剂，但还需 题，并未使合成氨反应达到平衡，因为使反应达到平衡需要 要考虑催化剂的最佳活性温度，所以不一定温度越高，反应 一定的时间，时间太长生产成本增加，D正确。] 速率越快，故C错误；沸腾炉流出的气体含有许多粉尘和有 7.[解析](1)根据表格数据可知，在相同条件下，使用催化剂 害气体，会导致催化剂中毒，因此必须经过净化，第一阶段反 CuO-ZnO可使甲醇含量最高，催化效果最好；a、b两，点温度 应后，氧气含量下降明显，因此沸腾炉流出的气体净化后要 较低，反应速率慢，未达到平衡，c点是拐，点，是该温度的平衡 补充适量空气，再进入接触室，故D正确。] 点，d点继续升温，平衡逆向移动，故d点已经平衡。(2)由 6.B[该反应的正反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方 反应的平衡常数计算可得2y<15x时有Q<K。(3)反应10 向移动，平衡常数降低，故平衡后升高温度，平衡常数<400， min后，气体的总物质的量变为原来的75%，则气体总物质 故A错误；由表中数据可知，CH3OH的起始浓度为0.8mol 的量减少1mol,氢气反应了1.5mol,0~10min,氢气的平均 ·L-1+2×1.24mol·L1=3.28mol·L-1,设平衡后 反应速率为0.075mol·L1·min1;随着反应正向进行，反 c(CH,OCH)=xmol·L1,根据热化学方程式可知平衡时 应产物浓度逐渐增加，逆反应速率逐渐加快，所以前5min内 c(CH0H)=(3.28-2x)mol·L1,c(H2O)=xmol· 的o是(CH3OH)小于前10min内的o运(CH3OH)。(4)该反 应是气体体积减小的反应，平衡建立过程中容器内压强减 L,所以8.28-2z=400,x=1.6molL,故B正确： 小，则容器内压强保持不变说明正、逆反应速率相等，反应已 恒容条件下，反应混合物的总能量减少量等于反应放出的热 达到平衡；由质量守恒定律可知，反应过程中气体的总质量 量，由B中可知，平衡时后c(CH3OCH3)=1.6mol·L1,所 始终不变，在恒容密闭容器中混合气体的密度始终不变，则 以平衡时n(CH3OCH3)=1.6mol·L1×1L=1.6mol,由 混合气体的密度保持不变不能说明正、逆反应速率相等，无 热化学方程式可知反应放出的热量为25kJ·mol1×1.6mol 法判断反应是否达到平衡；3v玉(CHOH)=v(H2)不能说 =40kJ,故平衡时，反应混合物的总能量减少40kJ,故C错 明正、逆反应速率相等，无法判断反应是否达到平衡；反应中 误；平衡时，再加入与起始等量的CH3OH,等效为增大压强， 二氧化碳的物质的量减小，水蒸气的物质的量增大，则CO 反应前后气体的物质的量不变，与原平衡等效，平衡后 与H2O的物质的量之比保持不变说明正、逆反应速率相等， CHOH转化率不变，故D错误。] 反应已达到平衡。 7.[解析](1)R点时CO的平衡转化率为0.50，设起始加入 的CO为xmol,根据“三段式”分析： 分层作业（十五） CO(g)+2H2 (g)=CH OH(g) 起始/mol x 2x 0 答案速对 转化/mol 0.5x 0.5x 平衡/mol 0.5x x 0.5x 123:456 ,见=1，则类地=”类地 x+2x 恒温恒容时 n2 p2 卫平衡 n平街 0.5x+x+0.5x DC BB DB 3 2 2 1 2,故p4衡=p起6×3kPa=102X3kPa=68kPa,R点的 7.(1)1156 > (2)< 在1.3×10kPa时，C0的转 力平衡(CH3OH) 平衡 常 数 化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，同时生 Kp p单病(CO)·力年衡(H2) 产成本增加，得不偿失 68 kPaX2.0 0.5 试题精析 63PX器(s8kPX 1.012=1156(kPa)2,不同温度 1.D[用CO2生产甲醇，有利于减排CO2,故A正确；根据元 下，转化率越大，K越大，故K。(R)>K,(S)。(2)从图2来 素守恒知反应生成甲醇和水，故B正确；CO2与H2合成甲 看，随着温度的升高，CO的转化率变小，表明温度升高平衡 醇，甲醇在燃烧后产生二氧化碳，所以有利于碳资源循环利 逆向移动，该反应为放热反应，故△H<0;综合温度、压强对 用，故C正确；催化剂只能加快反应速率，对甲醇的平衡转化 CO转化率的影响来看，在1.3X10kPa时，C0的转化率已 率没有影响，故D错误。] 经很大，不必再增大压强。 1136■ 0□00□00 分层作业（十四） □口1口口1□ 题 2□2222 化学反应条件的优化 卡 年级： 33333 后 4□4口44口4☐ 一工业合成氨 信 班级： 位 5555I5 6□66☐66 (满分：26分) 姓名： 707070707 8☐8□8☐8]8 9□99□99□ 基础对点练· N27①净化NH,②加压 ③催化反应 ④液化 H干燥 12×10Pa 500℃、催化剂分离 -NH ⑤N2和H2 1.(2分)在特定条件下，合成氨反应的速率与有 再循环 关物质的浓度存在关系式？=kc(N2)· [A]步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 c15(H2)·c1(NH3),下列为加快反应速率而 [B]步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率， 采取的措施不正确的是 ( 又可以加快反应速率 [A]增大N2和H2的浓度 [c]步骤③④⑤均有利于提高原料的平衡转 [B]升高温度 化率 [c]使用催化剂 [D]为提高反应物的转化率应及时将氨从混合 [D]增大NH,的浓度 气中分离出去 2.(2分)合成氨时既要使氨的产率增大，又要使 能力提升练· 反应速率加快，可采取的办法是 ) 5.(2分)关于合成氨的反应N2(g)+3H2(g) ①减压②加压③升温④降温 ⑤及时从 催化剂 平衡混合气中分离出NH3⑥补充N2或H2 高温、高压 2NH3(g) △H=-92.2kJ· ⑦加催化剂⑧减小N2或H2的量 mol1,下列说法正确的是 () [A]③④⑤⑦ [B]①②⑤⑥ [A]升高温度有利于提高氮气的转化率 [c]②⑥ [D]②③⑥⑦ [B]一定条件下，取3mol氢气和1mol氮气放 3.(2分)工业上用H2和N2合成氨的反应是放热 在密闭容器中进行反应，放出的热量 反应，在合成氨的实际生产中，温度通常控制在 为92.2kJ 500℃左右。这是因为 [c]增加反应体系中氢气的量，化学平衡常数不 [A]高温有利于提高反应物的平衡转化率 改变，但可以提高氮气的转化率 [B]高温能使逆反应速率减慢 [D]使用催化剂有助于改变化学平衡常数K,提 []在该温度范围内催化剂活性最高 高氨的产率 [D]在该温度下反应的平衡常数最大 6.(2分)合成氨反应通常控制在20~50MPa的 4.(2分)如图所示为工业合成氨的流程图。下列 压强和500℃左右的温度，且进入合成塔的氮 说法不正确的是 ( 气和氢气的体积比为1：3，经科学测定，在相 27 应条件下氮气和氢气反应所得氨的平衡浓度 C0的转化率 (体积分数)如下表所示： 压强、温度20MPa、500℃ 50MPa、500℃ 体积分数 19.1% 42.2% T/K 而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为 由表可知，反应的最佳催化剂为 ;如 15%,这表明 ( [A]表中所测数据有明显误差 图是在一定反应时间内，CO的转化率与温度 [B]生产条件控制不当 的关系，则a、b、c、d四点中一定未达到平衡的 [c]氨的分解速率大于预测值 是 [D]合成塔中的反应并未达到平衡 (2)已知1000℃，反应C0(g)+H2O(g)-→ 19876543210+0.5 CO2(g)十H2(g)的平衡常数为10，该温度下， 7.(14分)（创新拔高题）I.2024年4月29日， 在某时刻体系中CO、H2O、CO2、H2的浓度分 2024碳达峰碳中和绿色发展论坛在北京举行。 别为3mol·L1、xmol·L1、4mol·L1、y 碳氧化物的综合利用成为近年研究热点。最 mol·L1,若此时上述反应的v正(CO)> 近，科学家成功利用CO2或CO和H2合成了 v逆(CO),x、y需满足 甲醇，这是极具前景的资源化研究领域，主要反 应有： Ⅱ.工业生产中可以以CO2与H2为原料制备甲 i.CO2(g)+3H2 (g)CH3 OH(g)+H2O 醇：CO2(g)+3H2(g)=CHOH(g)十H2O(g)。 (g)△H1=-49.4kJ·mol-1； (3)在2L容器中充入4 mol CO2和H2的混合 i.C02(g)+H2(g)C0(g)+H2O(g) 气体，反应10min后，气体的总物质的量变为原 △H2=+41.2kJ·mol-1; 来的75%，则0~10min,H2的平均反应速率为 ii CO(g)+2H2 (g)=CH,OH(g) ;前5min内的v逆(CH3OH) △H3=-90kJ·mol-1。 (填“大于”“等于”或“小于”)前10min内的℃逆 (1)为探究不同催化剂对C0和H2生成 (CHOH),原因是 CHOH的选择性效果，某实验室控制CO和 H2的初始投料比为1：3进行实验。 (4)一定温度下，在固定容积的密闭容器中发生 时间 甲醇的 T/K 催化剂种类 上述反应，下列能判断该反应达到平衡状态的 min 含量/% 250 10 CuO-ZnO 68 是 (填标号)。 250 20 CuO-ZnO 78 A.容器中的压强不再改变 250 100 ZnO-ZrO2 62 B.混合气体的密度不再改变 450 20 CuO-ZnO-ZrO, 78 C.3v正(CH3OH)=v正(H2) 450 100 ZnO-ZrO2 72 D.CO2与H2O的物质的量之比保持不变 28