第四节 化学反应的调控（举一反三专项训练，江苏专用）【上好课】 化学人教版选择性必修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】（24-25高二上·江苏南京·期中）下列关于工业合成氨的叙述错误的是 A．高压有利于提高反应速率和、的转化率 B．温度越高，、的转化率越高 C．在工业合成氨中，、的循环利用可降低成本 D．及时从反应体系中分离出液氨有利于平衡向右移动 【答案】B 【解析】A． 正反应气体系数和减小，增大压强平衡正向移动，高压有利于提高反应速率和、的转化率，故A正确；B．正反应放热，升高温度平衡逆向移动，温度越高，、的转化率越低，故B错误；C．在工业合成氨中，、的循环利用可提高原料利用率，降低成本，故C正确；D．及时从反应体系中分离出液氨，生成物浓度降低，有利于平衡向右移动，故D正确；选B。 【变式1-1】（24-25高二上·江苏镇江·月考）合成氨对人类生存和发展有着重要意义，1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨，实现了人工固氮，其合成原理为：  。下列说法不符合工业合成氨生产实际的是 A．增大压强，可增加单位体积内的活化分子数目，则速率增大 B．实际生产温度主要由催化剂决定 C．在实际生产中温度越高，化学反应速率一定越快 D．液化分离有利于合成氨 【答案】C 【解析】A．增大压强，可增加单位体积内的活化分子数目，从而使反应速率增大，A正确；B．实际生产温度主要由催化剂的最佳活性温度决定，B正确；C．在实际生产中温度过高，催化剂失活，化学反应速率会减慢，因此不是温度越高反应速率越快，C错误；D．液化分离，减小生成物浓度，化学平衡正向移动，有利于合成氨，D正确；故选C。 【变式1-2】（23-24高二上·江苏连云港·月考）氨是一种重要的化工原料，主要用于化肥工业，也广泛用于硝酸、纯碱、制药等工业；合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)   ΔH=-92.4 kJ/mol。下列有关合成氨反应的说法正确的是 A．高温条件下该反应可以自发 B．反应的ΔH=E(N-N)＋3E(H-H)-6E(N-H) (E表示键能) C．反应中每消耗1 mol H2转移电子的数目约等于2×6.02×1023 D．该反应采用高温高压条件是为了增大H2的平衡转化率 【答案】C 【解析】A．该反应气体体积减小，是熵减的过程，即，当时反应可以自发进行，则低温条件下该反应可以自发，A错误；B．N2中氮原子间形成氮氮三键，则反应的 (E表示键能)，B错误；C．反应中每消耗1molH2转移电子的数目为2NA，约等于2×6.02×1023，C正确；D．该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，不能增大H2的平衡转化率，但采用高温主要是考虑化学反应速率和催化剂的活性；该反应气体体积减小，增大压强，平衡正向移动，可以增大H2的平衡转化率，D错误； 故选C。 【变式1-3】（25-26高二上·江苏·月考）合成氨的反应是：N2（g）+3H2（g）2NH3（g）；△H＜0。使产率增大的方法是 A．升高温度 B．降低压强 C．使用催化剂 D．及时分离出NH3 【答案】D 【解析】A.该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，反应进行程度减小，产率减小，故A不选；B.该反应为气体体积缩小的反应，降低压强，平衡逆向移动，反应进行程度减小，产率减小，故B不选；C.使用催化剂，平衡不移动，不能使反应程度增大，产率不变，故C不选；D.及时分离出NH3，减小生成物浓度，平衡正向移动，反应进行程度增大，产率增大，故D选；故选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】（23-24高二上·江苏扬州·期中） 氮气是一种重要的化工原料，主要用于化肥工业，也广泛用于硝酸、纯碱、制药等工业；合成氨反应中，与反应生成放出的热量。该反应通常需要在高温高压条件下进行，反应过程通常采用铁触媒作为催化剂。下列说法不正确的是 A．合成氨反应中采用高温主要是因为此时催化剂的活性最大 B．合成氨反应中采用高压的目的主要是为了促进平衡向右移动 C．合成氨反应中采用铁触媒作为催化剂可以加快反应速度 D．合成氨反应中将和置于密闭容器中充分反应其放出热量为 【答案】D 【解析】A．合成氨反应中采用400-500℃高温，主要是因为该温度下催化剂的活性最大，A正确；B．合成氨正反应为气体体积减小的反应，增大压强化学平衡正向移动，故采用高压的条件，B正确；C．合成氨反应中使用铁触媒作为催化剂可以加快反应速率，C正确；D．合成氨的反应为可逆反应，0.5mol氮气和1.5mol氢气无法全部转化为1mol氨气，放出的热量少于46kJ，D错误；故答案选D。 【变式2-1】（22-23高二上·江苏南通·期末）工业上通常采用铁触媒、在和的条件下合成氨。合成氨的反应为。下列说法正确的是 A．的 B．采用的高温是有利于提高平衡转化率 C．采用的高压能增大反应的平衡常数 D．使用铁触媒可以降低反应的活化能 【答案】D 【解析】A． 正反向气体分子总数减小，，A错误；B． 采用的高温是有利于提高催化剂活性、提供反应速率，正反应是放热反应，升温平衡左移、平衡转化率小，B错误；C． 采用的高压能增大反应速率、能使平衡右移，但平衡常数只受温度影响，故增压不影响平衡常数， C错误；D．使用铁触媒可以降低反应的活化能、加快反应速率，D正确；答案选D。 【变式2-2】（24-25高二上·江苏·期中）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%，所以生产氨的工厂效率都很低 B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中是循环使用，所以总体来说氨的产率很高 C．合成氨工业的反应温度控制在500℃左右，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是20～50 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大 【答案】B 【解析】A、从合成塔中出来的混合气体还要循环使用，连续化生产，这样生产氨的工厂效率并不低，故A错误；B、抽出液化氨气，合成氨平衡正向移动，提高原料转化率，且N2、H2循环使用，氨的生产率很高，故B正确；C、合成氨是放热反应，高温可以保证足够的速率，但不利于提高产率，低温才利于氨的生成，温度需要综合速率、反应物转化率和催化剂活性等因素共同决定，500 ℃只是保证催化活性最大，不是使化学平衡向正反应方向移动，故C错误；D、合成氨的反应是分子数减小的反应，高压有利于向正反应方向移动，且能提高反应速率，跟催化剂的活性无关，故D错误；故选B。 【变式2-3】（23-24高三上·江苏徐州·月考）以铁触媒为催化剂。在400~500℃和10~30MPa的条件下进行合成氨反应： kJ⋅mol-1。下列说法正确的是 A．400~500℃温度范围内，铁触媒活性较高 B．该反应在任意条件下均能自发进行 C． kJ·mol-1(E表示键能) D．其他条件一定，增大压强能增大反应的平衡常数 【答案】A 【解析】A．合成氨反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，400~500℃温度范围内，铁触媒活性最高，故A正确；B．该反应为、，不是任意条件均小于0，所以不是任意条件均能自发进行，故B错误；C．反应热等于反应物总键能减去生成物总键能，即kJ/mol，故C错误；D．平衡常数只与温度有关，增大压强平衡常数不变，故D错误；故答案为：A。 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】（23-24高二上·江苏南通·期中）合成氨反应为 。下列图示正确且与对应的叙述相符的是 A．图1表示分别在有、无催化剂的情况下反应进程中的能量变化 B．图2表示时刻改变的条件是升高温度 C．图3表示一定条件下的合成氨反应中，平衡时的体积分数随起始体积分数(的起始量恒定)的变化关系，图中转化率a点大于b点 D．图4表示的平衡转化率与温度和压强的关系 【答案】C 【解析】A．催化剂不改变反应的焓变，A项错误；B．升高温度，正逆反应速率均同时增大，图中正反应速率没有立即增大，B项错误；C．图3中横坐标为氢气起始体积分数，a→b相当于增大氢气的浓度，合成氨平衡正向移动，但增加的氢气量大于平衡转化的氢气，氢气的转化率减小，即a点的氢气转化率大于b点，C项正确；D．该反应为放热反应，温度升高，氮气的平衡转化率减小，图4符合；该反应为气体系数减小的反应，压强增大，氮气的平衡转化率应增大，图4不符合，D项错误；故选C。 【变式3-1】（24-25高二下·江苏徐州·月考）对于可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。下列研究目的和图示相符的是 A B C D 研究目的 温度(T)对反应的影响(T2＞T1) 压强(p)对平衡常数的影响 温度(T)对反应的影响 压强(p)对反应的影响(p2＞p1) 图示 A．A B．B     . C．C D．D 【答案】C 【解析】A、温度越高反应速率越快，则温度T2对应曲线斜率大，A错误；B、平衡常数只受温度的影响，所以压强增大时，平衡常数不变，B错误；C、在建立平衡的过程中，反应要正向进行，氮气体积分数变小，当达到平衡后，由于该反应为放热反应，所以升高温度，平衡逆向移动，氮气体积分数变大，C正确；D、由于该反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，氨气的体积分数变大，即压强越大，氨气的体积分数越大，且首先达到平衡状态，D错误；答案选C。 【变式3-2】（22-23高二下·江苏徐州·期中）合成氨反应为。图1表示在一定温度下此反应过程中的能量变化。图2表示在的密闭容器中反应时的物质的量随时间的变化曲线。图3表示在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量，平衡时的质量分数的变化曲线。 下列说法正确的是 A．该反应为自发反应，由图1可得加入适当的催化剂，E和都减小 B．图2中内该反应的平均速率，从起其他条件不变，压缩容器的体积为，则的变化曲线为d C．图3中，a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物的转化率最高的是b点 D．该反应平衡常数表达式为，图3中和表示温度，对应温度下的平衡常数为，则： 【答案】B 【解析】A．加入催化剂活化能E降低，但不影响焓变，△H不变，由图1可知，合成氨是焓减熵减过程，△G＜0反应自发进行，根据△G＝△H−T△S可知，该反应在低温下自发进行，故A错误；B．由图2可知，0～10min内氮气的物质的量变化量为0.6mol−0.3mol＝0.3mol，，速率之比等于化学计量数之比，故v(H2)＝3v(N2)＝3×0.015mol/(L•min)＝0.045mol/(L•min)，11min压缩体积，压强增大，平衡向正反应移动，平衡时氮气的物质的量小于原平衡，故n(N2)的变化曲线为d，故B正确；C．图3表示平衡时氨气含量与氢气起始物质的量关系，曲线上各点都处于平衡状态，故a、b、c都处于平衡状态，达平衡后，增大氢气用量，氮气的转化率增大，故a、b、c三点中，c的氮气的转化率最高，故C错误；D．由图3可知，氢气的起始物质的量相同时，温度T1平衡后，氨气的含量更高，该反应为放热反应，降低温度平衡向正反应移动，故温度T1＜T2，温度越高化学平衡越低，故K1＞K2，故D错误；故答案选B。 【变式3-3】（24-25高二下·江苏苏州·期中）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】（24-25高二上·江苏·月考）比较合成氨工业与接触法制硫酸中SO2催化氧化的生产过程，下列说法错误的是 A．都使用了合适的催化剂 B．都选择了较高的温度 C．都采用了原料循环使用以提高原料利用率的方法 D．都采用了高压的生产条件 【答案】D 【解析】A.合成氨工业与SO2的催化氧化的过程，为了加快反应速率，缩短平衡到达的时间，都使用了合适的催化剂，故A正确；B.合成氨工业与SO2的催化氧化的过程，反应均为放热反应，选择了较高的温度，对反应物的转化率虽然不利，但都能加快反应速率，缩短平衡到达的时间，而且一定的温度下催化剂的活性也较好，故B正确；C.合成氨工业通常加入过量的氮气，提高氢气的转化率，SO2催化氧化成SO3的反应，加入过量的空气是增加氧气的浓度，提高二氧化硫的转化率，故C正确；D.合成氨工业采用高压，工业生产硫酸时，采用的是常压条件，因为在常压下反应物的转化率已经很高，无需高压条件，故D错误；故选D。 【变式4-1】（24-25·江苏·月考）接触法制硫酸，接触室中的反应如下：2SO2（g）＋O2（g）2 SO3（g）　ΔH＜0，SO2的平衡转化率与压强、温度的关系如下表所示： 1.01×102 5.05×102 1.01×103 1.01×104 400 99.2 99.6 99.7 99.9. 500 93.5 96.9 97.8 99.3 600 73.7 85.8 89.5 96.4 在实际生产中，下列条件最适宜的是 A．温度400℃、压强1.01×104 kPa B．温度500℃、压强1.01×103 kPa C．温度500℃、压强1.01×104 kPa D．温度400℃、压强1.01×102 kPa 【答案】D 【解析】由反应可知，该反应为放热反应，升高温度，向吸热反应方向移动，SO2转化率降低，所以温度选择400℃；分析表中数据可知，增大气体压强，能相应提高SO2的平衡转化率，但提高不多，常压下SO2的平衡转化率已经很高，在实际生产中加压必须增加设备和能量，增大成本，所以压强选择1.01×102 kPa；综上所述，故选D。 【变式4-2】（24-25高二下·江苏·期末）硫酸是重要的化工原料，工业上由硫或硫铁矿通过反应可得，催化氧化生成，再用浓硫酸吸收得发烟硫酸()，发烟硫酸与水反应可得硫酸。“热化学硫碘循环分解水”是一种利用硫酸、碘等来获取氢能源方法。下列有关接触法制硫酸的说法正确的是 A．硫铁矿和氧气在高温下发生的反应为吸热反应 B．升高接触室中气体的温度能提高的平衡转化率 C．将从吸收塔底部通入，浓硫酸从塔顶喷淋，提高了的吸收率 D．将全部转化为需消耗 【答案】C 【解析】A．硫铁矿和氧气在高温下发生的反应为放热反应，故A错误；B．催化氧化生成是放热反应，升高接触室中气体的温度，平衡逆向移动，因此能降低的平衡转化率，故B错误；C．将从吸收塔底部通入，浓硫酸从塔顶喷淋，逆向对流有利于提高了的吸收率，故C正确；D．将全部转化为需消耗，生成2mol，故D错误。综上所述，答案为C。 【变式4-3】（23-24高二上·江苏苏州·期中）化学反应速率和化学平衡在工农业生产和日常生活中都有重要应用。下列说法不正确的是 A．含氟牙膏能防治龋齿，使人们的牙齿更健康 B．工业合成氨采用400~500℃的高温是有利于提高平衡转化率 C．夏天面粉发酵速度与冬天面粉发酵速度相差较大 D．盐碱地(含较多NaCl、Na2CO3)不利于作物生长，可通过施加适量石膏降低土壤的碱性 【答案】B 【解析】A．氟离子与牙齿表面物质反应，使这些物质矿化，牙齿因此变得坚固。同时氟离子还能改变口腔内细菌的生存环境，从而防止龋齿，A正确；B．采用的高温是有利于提高催化剂活性、提高反应速率，正反应是放热反应，升温平衡左移、平衡转化率小，B错误；C．发酵速度受温度的影响，温度较高时，发酵速度更快。故夏天面粉发酵速度与冬天面粉发酵速度相差较大，C正确；D．石膏的主要成分为CaSO4，可以与碳酸根离子反应：CO+CaSO4＝SO+CaCO3。从而降低土壤的碱性，D正确；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 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】（24-25高二上·江苏南京·期中）下列关于工业合成氨的叙述错误的是 A．高压有利于提高反应速率和、的转化率 B．温度越高，、的转化率越高 C．在工业合成氨中，、的循环利用可降低成本 D．及时从反应体系中分离出液氨有利于平衡向右移动 【变式1-1】（24-25高二上·江苏镇江·月考）合成氨对人类生存和发展有着重要意义，1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨，实现了人工固氮，其合成原理为：  。下列说法不符合工业合成氨生产实际的是 A．增大压强，可增加单位体积内的活化分子数目，则速率增大 B．实际生产温度主要由催化剂决定 C．在实际生产中温度越高，化学反应速率一定越快 D．液化分离有利于合成氨 【变式1-2】（23-24高二上·江苏连云港·月考）氨是一种重要的化工原料，主要用于化肥工业，也广泛用于硝酸、纯碱、制药等工业；合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)   ΔH=-92.4 kJ/mol。下列有关合成氨反应的说法正确的是 A．高温条件下该反应可以自发 B．反应的ΔH=E(N-N)＋3E(H-H)-6E(N-H) (E表示键能) C．反应中每消耗1 mol H2转移电子的数目约等于2×6.02×1023 D．该反应采用高温高压条件是为了增大H2的平衡转化率 【变式1-3】（25-26高二上·江苏·月考）合成氨的反应是：N2（g）+3H2（g）2NH3（g）；△H＜0。使产率增大的方法是 A．升高温度 B．降低压强 C．使用催化剂 D．及时分离出NH3 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】（23-24高二上·江苏扬州·期中） 氮气是一种重要的化工原料，主要用于化肥工业，也广泛用于硝酸、纯碱、制药等工业；合成氨反应中，与反应生成放出的热量。该反应通常需要在高温高压条件下进行，反应过程通常采用铁触媒作为催化剂。下列说法不正确的是 A．合成氨反应中采用高温主要是因为此时催化剂的活性最大 B．合成氨反应中采用高压的目的主要是为了促进平衡向右移动 C．合成氨反应中采用铁触媒作为催化剂可以加快反应速度 D．合成氨反应中将和置于密闭容器中充分反应其放出热量为 【变式2-1】（22-23高二上·江苏南通·期末）工业上通常采用铁触媒、在和的条件下合成氨。合成氨的反应为。下列说法正确的是 A．的 B．采用的高温是有利于提高平衡转化率 C．采用的高压能增大反应的平衡常数 D．使用铁触媒可以降低反应的活化能 【变式2-2】（24-25高二上·江苏·期中）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%，所以生产氨的工厂效率都很低 B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中是循环使用，所以总体来说氨的产率很高 C．合成氨工业的反应温度控制在500℃左右，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是20～50 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大 【变式2-3】（23-24高三上·江苏徐州·月考）以铁触媒为催化剂。在400~500℃和10~30MPa的条件下进行合成氨反应： kJ⋅mol-1。下列说法正确的是 A．400~500℃温度范围内，铁触媒活性较高 B．该反应在任意条件下均能自发进行 C． kJ·mol-1(E表示键能) D．其他条件一定，增大压强能增大反应的平衡常数 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】（23-24高二上·江苏南通·期中）合成氨反应为 。下列图示正确且与对应的叙述相符的是 A．图1表示分别在有、无催化剂的情况下反应进程中的能量变化 B．图2表示时刻改变的条件是升高温度 C．图3表示一定条件下的合成氨反应中，平衡时的体积分数随起始体积分数(的起始量恒定)的变化关系，图中转化率a点大于b点 D．图4表示的平衡转化率与温度和压强的关系 【变式3-1】（24-25高二下·江苏徐州·月考）对于可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。下列研究目的和图示相符的是 A B C D 研究目的 温度(T)对反应的影响(T2＞T1) 压强(p)对平衡常数的影响 温度(T)对反应的影响 压强(p)对反应的影响(p2＞p1) 图示 A．A B．B     . C．C D．D 【变式3-2】（22-23高二下·江苏徐州·期中）合成氨反应为。图1表示在一定温度下此反应过程中的能量变化。图2表示在的密闭容器中反应时的物质的量随时间的变化曲线。图3表示在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量，平衡时的质量分数的变化曲线。 下列说法正确的是 A．该反应为自发反应，由图1可得加入适当的催化剂，E和都减小 B．图2中内该反应的平均速率，从起其他条件不变，压缩容器的体积为，则的变化曲线为d C．图3中，a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物的转化率最高的是b点 D．该反应平衡常数表达式为，图3中和表示温度，对应温度下的平衡常数为，则： 【变式3-3】（24-25高二下·江苏苏州·期中）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】（24-25高二上·江苏·月考）比较合成氨工业与接触法制硫酸中SO2催化氧化的生产过程，下列说法错误的是 A．都使用了合适的催化剂 B．都选择了较高的温度 C．都采用了原料循环使用以提高原料利用率的方法 D．都采用了高压的生产条件 【变式4-1】（24-25·江苏·月考）接触法制硫酸，接触室中的反应如下：2SO2（g）＋O2（g）2 SO3（g）　ΔH＜0，SO2的平衡转化率与压强、温度的关系如下表所示： 1.01×102 5.05×102 1.01×103 1.01×104 400 99.2 99.6 99.7 99.9. 500 93.5 96.9 97.8 99.3 600 73.7 85.8 89.5 96.4 在实际生产中，下列条件最适宜的是 A．温度400℃、压强1.01×104 kPa B．温度500℃、压强1.01×103 kPa C．温度500℃、压强1.01×104 kPa D．温度400℃、压强1.01×102 kPa 【变式4-2】（24-25高二下·江苏·期末）硫酸是重要的化工原料，工业上由硫或硫铁矿通过反应可得，催化氧化生成，再用浓硫酸吸收得发烟硫酸()，发烟硫酸与水反应可得硫酸。“热化学硫碘循环分解水”是一种利用硫酸、碘等来获取氢能源方法。下列有关接触法制硫酸的说法正确的是 A．硫铁矿和氧气在高温下发生的反应为吸热反应 B．升高接触室中气体的温度能提高的平衡转化率 C．将从吸收塔底部通入，浓硫酸从塔顶喷淋，提高了的吸收率 D．将全部转化为需消耗 【变式4-3】（23-24高二上·江苏苏州·期中）化学反应速率和化学平衡在工农业生产和日常生活中都有重要应用。下列说法不正确的是 A．含氟牙膏能防治龋齿，使人们的牙齿更健康 B．工业合成氨采用400~500℃的高温是有利于提高平衡转化率 C．夏天面粉发酵速度与冬天面粉发酵速度相差较大 D．盐碱地(含较多NaCl、Na2CO3)不利于作物生长，可通过施加适量石膏降低土壤的碱性 1 / 2 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 $