第2章 第4节 化学反应的调控 -【正禾一本通】2025-2026学年高二化学选择性必修1同步课堂高效讲义配套课件（人教版单选）

该高中化学课件聚焦“化学反应的调控”，以工业合成氨生产条件为核心案例，通过情境导学导入，衔接第二章化学反应速率与化学平衡知识，借助基础自主生成、思维碰撞及流程图分析等支架，引导学生构建从理论到工业应用的认知脉络。 其亮点在于以真实工业情境为载体，融合化学观念（物质转化、反应条件优化）与科学思维（流程模型建构、证据推理），通过合成氨与硝酸制备流程探究（如造气、催化反应、分离步骤）及课后分层练，培养学生解决实际问题的能力。学生能深化反应规律理解，提升探究实践能力，教师可依托结构化资源提高教学效率。

第 二 章 化学反应速率与化学平衡 化学·选择性必修1 1 《正禾一本通》PPT均可实现任意编辑，方法如下： 在PPT编辑模式中，双击需编辑内容，呈现word文档，编辑后关闭word文档即可。 第四节　化学反应的调控　 3 「任务」　以工业合成氨生产条件为例研究化学反应的调控问题 4 × √ × × × [课后分层练（十四）]　化学反应的调控 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 42 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 eq \a\vs4\al([学习目标]) 1．通过工业合成氨适宜条件的选择与优化，认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。 2．在合成氨适宜条件的讨论中，形成多角度分析化学反应和化工生产条件的思路，体会化学反应原理的应用价值 合成氨反应是一个可逆反应：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；合成氨反应的平衡常数K＝4.1×106。 问题1.根据平衡移动原理，合成氨应该采用低温以提高平衡转化率。但是，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。工业生产中是如何解决这个矛盾的？ 提示：选择合适的催化剂加快反应速率，选择一个适宜的温度使催化剂的活性最佳。合成氨工业中普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。铁触媒在 500 ℃左右时的活性最大，这也是合成氨一般选择 400～500 ℃进行的重要原因。 问题2.工业制得的N2、H2如果不净化，有何影响？ 提示：会导致催化剂中毒。 一、合成氨反应的特点 1．反应 N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol-1 ΔS＝－198.2 J·K-1·mol-1 2．特点 (1)放热反应(ΔH 0)。 (2)熵减小的反应(ΔS 0)，即反应过程中气体分子总数减小。 (3)自发性：常温下，ΔH－TΔS 0， 自发进行。 (4)可逆反应。 < < < 能 二、实际合成氨工业中生产条件的选择 1．压强 理论分析 压强越 ，反应速率和转化率越大，但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，会增加生产投资，并可能降低综合经济效益 实际生产 一般采用的压强为10 MPa～30 MPa 大 2.温度 理论分析 温度 有利于提高反应速率，温度 有利于提高反应转化率 实际生产 需要选择一个适宜的温度，一般采用的温度为400～500 ℃，此时催化剂的效果也更好 升高 降低 净化 3.催化剂 理论分析 加入催化剂可以 反应速率，对化学平衡 影响 实际生产 一般选择 作为合成氨工业的催化剂。另外，为了防止杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过 加快 无 铁触媒 4.浓度 理论分析 增大反应物浓度，有利于提高反应 ；减少生成物浓度有利于提高反应 ，但反应速率减小 实际生产 为提高平衡转化率，工业上采取迅速冷却的方法，使氨气变成液氨后及时分离，分离后的原料气循环使用，并及时补充氢气和氮气，使反应物保持一定的浓度 速率 转化率 三、化学反应的调控 1．影响化学反应进行的因素 (1)参加反应的物质 等本身因素。 (2)温度、压强、浓度、催化剂等反应条件。 2．化学反应的调控 通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行。在实际生产中需要结合设备条件、安全操作、经济成本等情况，综合考虑影响 和 的因素，寻找适宜的生产条件。 组成、结构、性质 化学反应速率 化学平衡 (1)在合成氨的实际生产中，温度越低，压强越大越好( ) (2)在合成氨中，加入催化剂能提高原料的转化率( ) (3)催化剂在合成氨中质量没有改变，因此催化剂没有参与反应( ) (4)增大反应物的浓度，减少生成物的浓度，可以提高氨气的产率( ) (5)合成氨中在提高速率和原料的转化率上对温度的要求是一致的( ) 突破　以工业合成氨生产条件为例研究化学反应的调控问题 【例】 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 eq \f(n(H2),n(N2))＝2.7～2.9，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400～500 ℃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NH3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 解析：选B。合成氨一般选择400～500 ℃进行，铁触媒的活性最大，反应速率大，温度升高，该反应的平衡转化率降低，催化剂不能改变平衡转化率，B错误。 1．合成氨条件的理论分析与实际生产条件比较 对合成氨反应的影响 理论分析 实际生产条件 速率角度 增大反应速率的条件：①升高温度；②增大压强；③增大反应物浓度；④使用催化剂 温度：400～500 ℃ 压强：10 MPa～30 MPa 催化剂：铁触媒 平衡角度 ①温度越高，NH3的产率越低；②压强越大，NH3的产率越高；③不断分离出NH3，有利于提高反应物的转化率 实际生产中还需要考虑设备条件、安全操作、经济成本、环境保护和社会效益等情况，权衡利弊。 2．选择化工生产适宜条件的分析角度 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 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 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 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 压强 高压（有气体参加反应） ΔVg＜0 高压 在设备条件允许的前提下，尽量采取高压 ΔVg＞0 低压 兼顾速率和平衡，选取适宜的压强 ◎鲁科版《化学反应原理》P86 工业合成氨的催化历程 工业上，氮气与氢气合成氨的反应是在催化剂表面上进行的。这是一个复杂的过程，一般要经历反应物扩散至催化剂表面、吸附在催化剂表面、发生表面反应、产物从催化剂表面脱附、产物扩散离开反应区等五个步骤。 根据对合成氨反应的速率及催化反应过程的研究，得出以下结论： 1．第一步（氮的吸附分解）所需活化能最高，是控制总反应速率的关键步骤。为保证氮气占有一定份额的催化剂活性中心并提高吸附速率，应适当提高氮气的比例，即不是达到最大平衡转化率要求的n(N2)∶n(H2)＝1∶3，而是n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8。 2．为了提高氨的脱附速率，以空出活性中心供继续合成氨使用，必须降低反应后混合气体中氨的比例，适时地将氨从反应后的混合气体中分离出来。 1．合成氨工业中，原料气（N2、H2及少量CO、NH3的混合气）在进入合成塔前需经过铜氨液处理，目的是除去其中的CO，其反应为：[Cu(NH3)2]＋ ＋CO＋NH3⥫⥬[Cu(NH3)3CO]＋　ΔH<0。以下说法错误的是(　　 ) A．原料气中H2的体积分数越大，平衡混合物中NH3的体积分数 也越大 B．杂质有可能引发催化剂中毒 C．使用催化剂可降低反应的活化能，大大提高生产效率 D．铜氨液再生的适宜条件是高温低压 解析：选A。合成氨时适当增大H2的量，平衡正向移动，理论上当投料比 eq \f(n(H2),n(N2))＝3时，NH3的体积分数最大，A错误。 2．据报道，在300 ℃、70 MPa下由CO2和H2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．使用催化剂可提高生产效率 B．反应需在300 ℃下进行可推测该反应是吸热反应 C．充入过量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 解析：选B。使用催化剂可提高生产效率，A正确；加热可以加快化学反应速率，放热反应也可能在加热条件下进行，B错误；充入过量CO2气体、分离出CH3CH2OH和H2O均可提高H2的转化率，C、D正确。 3．催化剂的选择是合成氨的核心技术之一，使用催化剂1或催化剂2合成氨，产氨速率与温度的关系如图。 (1)由图判断，活化能Ea1　　　　Ea2（填“＞”“＝”或“＜”，下同） (2)使用催化剂1或催化剂2时，合成氨的ΔH1　　　ΔH2。 (3)N2和H2生成NH3的反应为： eq \f(1,2)N2(g)＋ eq \f(3,2)H2(g)===NH3(g)　ΔH(298 K) ＝－46.2 kJ·mol-1 在Fe催化剂作用下的反应过程为（*表示吸附态） 化学吸附：N2(g)―→2N*；H2(g)―→2H*； 表面反应：N*＋H*⥫⥬NH*；NH*＋H*⥫⥬NH eq \o\al(*,2)；NH eq \o\al(*,2)＋H*⥫⥬NH eq \o\al(*,3) 脱附：NH eq \o\al(*,3)⥫⥬NH3(g) 其中，N2的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。请回答：实际生产中，常用工艺条件为Fe作催化剂，控制温度773 K，压强3.0×105 Pa，原料中N2和H2物质的量之比为1∶2.8。分析说明原料气中N2过量的理由：_________________________________________________________________________。 答案：(1)＜　(2)＝ (3)N2价廉易得，适度过量有利于提高H2的转化率；N2在Fe催化剂表面的吸附分解是决速步骤，N2适度过量有利于提高整体反应速率 1．（2025·河南名校联考）下列做法与工业生产实际不相符的是(　　) A．合成氨时压强不是越大越好，需综合考虑对设备和动力的要求 B．其他条件不变，及时分离出NH3，会降低NH3的产率 C．合成氨选择温度时需考虑对催化剂活性的影响 D．冶炼铝时常向氧化铝中添加适量冰晶石作助熔剂 答案：B。 2．（2025·天津河西区高二期中）合成氨工业中采用了物质循环操作，主要的目的是(　　) A．降低氨的沸点 B．增大化学反应速率 C．提高N2和H2的利用率 D．提高平衡混合物中氨的含量 解析：选C。合成氨的反应是N2＋3H2⥫⥬2NH3，该反应是可逆反应，反应物只能部分转化成氨气，通过采用循环操作，大大提高了原料氮气、氢气的利用率。 3．（2025·河北石家庄四十三中期中）接触法制硫酸的核心反应是SO2在接触室中被催化氧化为SO3，已知该反应为放热反应。常压下，将2 mol SO2和1 mol O2充入一恒容密闭容器，充分反应后，放出热量a kJ，此时测得SO2的转化率为90%，下列说法正确的是(　　) A．2SO2(g)＋O2(g)⥫⥬2SO3(g)　ΔH＝－a kJ/mol B．根据勒夏特列原理，催化氧化时选用450～500 ℃的反应温度 C．该反应在实际生产中提高氧气用量有利于提高SO2转化率 D．该反应在实际生产中使用高压条件有利于提高反应物转化率 解析：选C。SO2的转化率为90%，则消耗的SO2为2 mol×90%＝1.8 mol，则2 mol SO2完全反应放出 eq \f(10,9)a kJ热量，热化学方程式为2SO2(g)＋O2(g) ⥫⥬2SO3(g)　ΔH＝－ eq \f(10,9)a kJ/mol，A错误；工业上选择温度450～500 ℃，主要原因是考虑催化剂的活性最佳和加快反应速率，催化剂不会影响平衡移动，且升温平衡逆向移动，B错误；实际生产中提高O2用量，反应物浓度增大，反应速率加快，平衡正向移动，从而提高SO2转化率，C正确；增大压强该反应平衡正向移动，但常压下SO2的转化率已经很高了，增大压强，会增加设备成本，实际生产中，采用常压条件，D错误。 4．（2025·山东济南重点高中联考）电催化N2还原制NH3的一种反应机理如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用*表示，下列说法不正确的是(　　 ) A．N2生成NH3是通过多步还原反应实现的 B．两个氮原子上的加氢过程同时进行 C．析氢反应(H*＋H*―→H2)会影响NH3的生成 D．NH3的及时脱附有利于提高催化剂活性 解析：选B。由图可知，加氢过程是分步进行的(*N2→*NNH→ *NHNH……)，B错误；析氢反应(H*＋H*―→H2)会导致NH3中H不足，从而影响NH3的生成，C正确；NH3的及时脱附，能够增加催化剂与反应物的接触面积，即有利于增加催化剂活性，D正确。 5．（2025·北京高二期中）合成氨是人类科技发展史上的一项重大突破。 (1)在一定条件下，N2(g)和H2(g)反应生成0.2 mol NH3(g)，放出9.24 kJ的热量，写出该可逆反应的热化学方程式：________________________________________________________________________。 从平衡视角合成氨应该选择常温条件，但实际工业生产却选择500 ℃左右的高温，可能的原因是　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　。 (2)将N2和H2通入体积为2 L的恒温恒容密闭容器中，5 min后达到化学平衡，测得NH3的浓度为0.2 mol/L，这段时间内用N2的浓度变化表示的化学反应速率为　　　　　 　。 (3)理论上，为了增大平衡时H2的转化率，可采取的措施是　　　　　　　　　　（写出一条）。 (4)如图是某压强下N2和H2按物质的量之比1∶3投料进行反应，反应混合物中NH3的物质的量分数随温度的变化曲线。Ⅰ是平衡时的曲线，Ⅱ是不同温度下反应经过相同时间测得的曲线，下列说法正确的是　　　　 　。 A．图中a点，容器内n(N2)∶n(NH3)＝1∶4 B．图中b点，v正<v逆 C．400～530 ℃，Ⅱ中NH3的物质的量分数随温度升高而增大，原因是升温化学反应速率加快 解析：(2)平衡时NH3的浓度为0.2 mol/L，这段时间内N2的浓度变化为0.1 mol/L，用N2表示的化学反应速率为 eq \f(0.1 mol/L,5 min)＝0.02 mol/(L·min)。(4)某压强下N2和H2按物质的量之比1∶3投料进行反应，得三段式： 　　 　N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g) 起始/mol 1 3 0 转化/mol a 3a 2a 平衡/mol 1－a 3－3a 2a 图中a点，氨气含量为50%，则 eq \f(2a,4－2a)×100%＝50%，a＝ eq \f(2,3)mol，则容器内n(N2)∶n(NH3)＝（1－ eq \f(2,3)）∶（2× eq \f(2,3)）＝1∶4，A正确；图中b点，NH3的物质的量分数比同温度平衡时的小，说明平衡正向进行，则v正>v逆，B错误；Ⅱ是不同温度下反应经过相同时间测得的曲线，升高温度化学反应速率增大，导致400～530 ℃Ⅱ中NH3的物质的量分数随温度升高而增大，C正确。 答案：(1)N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ/mol　从反应速率角度考虑，500 ℃高温反应速率更快，且从催化剂活性等综合因素考虑，选择500 ℃左右合适　(2)0.02 mol/(L·min)　(3)降温、增大压强、及时分离出NH3（任答一条即可）　(4)AC 【基础达标练】 1．（2025·山东德州高二期中）下列有关合成氨条件选择的说法正确的是(　　) A．适当增加氢气的浓度可提高氮气的平衡转化率 B．温度越高，速率越快，生产效益越好 C．使用铁触媒能提高合成氨反应的平衡转化率 D．将氨及时液化分离不利于提高氨的产率 答案：A。 2．（2025·河南郑州外国语学校期中）硫酸工业中SO2催化氧化生成SO3：2SO2(g)＋O2(g)⥫⥬2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJ·mol-1。将一定量的SO2和O2混合气在催化剂作用下反应。不同条件下，反应达到平衡时SO2的转化率如下表。下列有关说法正确的是(　　) 温度/℃ 平衡时SO2的转化率/% 0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 500 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 A．正反应的活化能小于逆反应的活化能 B．其他条件相同，550 ℃一定比450 ℃时反应速率快 C．实际生产中，最适宜的条件是温度450 ℃、压强10 MPa D．常温常压下，将0.5 mol O2和2 mol SO2混合充分反应，放出热量98.3 kJ 解析：选A。反应热等于正反应的活化能减去逆反应的活化能，正反应是一个放热反应，故正反应的活化能小于逆反应的活化能，A正确；要考虑催化剂的活性温度，B错误；450 ℃、1个标准大气压下SO2的转化率已经相当高了，再增大压强转化率提升较小，但对设备要求较高，C错误；常温常压下，将0.5 mol O2和2 mol SO2混合充分反应，O2不可能完全转化，故放出热量小于98.3 kJ，D错误。 3．氨是一种重要的化工产品和化工原料，下图为合成氨以及氨氧化制硝酸的流程示意图。 下列说法错误的是(　　) A．R比N2较容易与H2反应 B．氧化炉中发生的反应为：4NH3＋7O24NO2＋6H2O C．向吸收塔中通入R气体，有利于提高硝酸的产率 D．工业生产中为了盛装大量浓硝酸，可选择铁作为罐体材料 解析：选B。合成塔中N2与H2反应生成NH3，氧化炉中NH3与单质R即O2反应生成NO，NO与O2、水在吸收塔中反应生成硝酸。R为O2，根据元素周期律，O2比N2更易与H2反应，A正确；氧化炉中发生反应：4NH3＋5O24NO＋6H2O，B错误；吸收塔中发生反应：3NO2＋H2O===2HNO3＋NO，通入的O2与NO反应生成NO2，继续与H2O反应生成HNO3，有利于HNO3生成，C正确；常温下，Fe遇浓HNO3发生钝化，生成致密的氧化物保护膜阻碍HNO3继续与金属Fe反应，D正确。 4．（2025·湖南长郡中学校联考）在一定条件和催化剂作用下，CO2加氢可以合成二甲醚(CH3OCH3)，反应Ⅰ.2CO2(g)＋6H2(g)===CH3OCH3(g)＋3H2O(g)　ΔH1<0，在同一条件下还可能发生副反应Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)=== CO(g)＋H2O(g)　ΔH2>0。下列说法正确的是(　　) A．实际生产中温度常常控制在500 ℃左右，这是因为在高温下生成二甲醚的选择性较高 B．增大压强有助于生成更多二甲醚，故生产中使用的压强越大越好 C．在任何温度下反应Ⅰ都能自发进行 D．及时将二甲醚从体系中分离出来有助于提高二甲醚的平衡产率 解析：选D。反应Ⅰ是放热反应，反应Ⅱ是吸热反应，温度升高，反应Ⅰ平衡逆向移动，反应Ⅱ平衡正向移动，故高温下发生反应Ⅰ生成二甲醚的选择性较低，实际生产中温度常常控制在500 ℃左右可能是考虑催化剂活性，A错误；反应Ⅰ是气体分子数减小的反应，故增大压强有助于生成更多产物，但生产中还需考虑设备成本等问题，故压强并非越大越好，B错误；反应Ⅰ是ΔH<0，ΔS<0，则ΔG＝ΔH－TΔS在高温下可能大于零，此时反应不能自发进行，C错误。 5．下图是工业合成氨的流程示意图。有关说法不正确的是(　　) A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B．步骤②③既可加快反应速率，也可增大平衡常数 C．步骤④⑤均有利于提高原料的平衡转化率 D．步骤⑤的目的是将未反应的N2和H2循环再利用 解析：选B。加压、使用催化剂不能增大平衡常数，B错误。 6．西湖大学科研团队正在研究“聚酮合成酶（由链霉菌产生）”在有空气存在下“组装”物质的机理。物质A的“组装”过程如图所示，下列有关说法错误的是(　　) A．温度会影响“组装线”的“组装”效率 B．“组装”过程中可能有CO2和H2O生成 C．将四种“聚酮合成酶”交换顺序，也可以组装出该物质 D．上述流程如能大规模应用，可实现化工生产的“绿色化” 解析：选C。聚酮合成酶（由链霉菌产生）是一种蛋白质，也是高效催化剂，在一定的温度范围内催化活性最好，温度过低或过高均会影响组装线的组装效率，A正确；4种原料共含12个C原子，物质A有10个C原子，“组装线”在最后一步组装过程中，丙烷有一个C原子转化为羧基，被氧化，多余的C和H原子可能会反应生成CO2和H2O，B正确；将四种聚酮合成酶交换顺序，不可以组装出该物质，顺序不同结构不同，C错误；上述流程如能大规模应用，可实现化工生产的“绿色化”，D正确。 7．工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。回答下列问题： (1)在密闭容器中通入a mol N2和b mol H2，若在一定条件下反应达到平衡状态，容器中剩余c mol N2。 ①达到平衡时，H2的转化率为　　　　。 ②若把容器的体积扩大一倍，则正反应速率　　 　（填“增大”“减小”或“不变”，下同），逆反应速率　　　　，H2的转化率　　 　。 (2)研究发现铁催化剂表面上合成氨的反应过程如图所示，其中吸附在铁催化剂表面上的微粒用*标注。 该反应过程中最大活化能对应步骤的化学方程式为________________________________________________________________________。 合成氨反应 eq \f(1,2)N2(g)＋ eq \f(3,2)H2(g)⥫⥬NH3(g)的ΔH＝　　 　kJ/mol（用图中字母表示）。 解析：(1)①据所给信息可知消耗N2的物质的量为(a－c) mol，则消耗H2的物质的量为3(a－c) mol，H2的转化率为 eq \f(3(a－c),b)×100%。②容器体积扩大一倍，各物质浓度减小，压强减小，正、逆反应速率均减小，平衡向逆反应方向移动，H2的转化率减小。(2)由反应历程和相对能量图可知，活化能最大的是过渡态4的反应，因此化学方程式为NH eq \o\al(*,2)＋H*===NH eq \o\al(*,3)；从相对能量上看，合成氨反应是放热反应，反应焓变＝生成物总能量－反应物总能量＝(b－a) kJ/mol－0 kJ/mol＝(b－a) kJ/mol。 答案：(1)① eq \f(3(a－c),b)×100%　②减小　减小　减小 (2)NH eq \o\al(*,2)＋H*===NH eq \o\al(*,3)　(b－a) 【拓展提能练】 8．（2025·辽宁沈阳五校协作体高三期中）科学家结合实验与计算机模拟结果，研究了合成氨的反应过程，如图所示。其中吸附在催化剂表面的物质用*表示，TS表示过渡态。下列说法正确的是(　　) A．图示过程包含了9个基元反应 B．N eq \o\al(*,2)＋3H2===N eq \o\al(*,2)＋6H*反应的ΔH<0，说明H—H键断裂放出热量 C．实际工业生产中，合成氨一般采用的温度为400～500 ℃，是为了提高氨气产率 D．原料气n(N2)∶n(H2)＝1∶3，平衡时，氨气的体积分数为20%，则N2的转化率约为33.3% 解析：选D。根据反应历程图可知，该历程经历了TS0→TS6的7个基元反应，A错误；化学键的断裂需要吸收热量，B错误；合成氨一般采用的温度为400～500 ℃，是为了使催化剂的活性最大，提高反应速率，C错误；原料气n(N2)∶n(H2)＝1∶3，平衡时，氨气的体积分数为20%，设n(N2)＝1 mol，则n(H2)＝3 mol，消耗的n(N2)＝x mol，列三段式： 　　　　　　N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g) 起始量/mol 1 3 0 转化量/mol x 3x 2x 平衡量/mol 1－x 3－3x 2x 因 eq \f(2x,(1－x)＋(3－3x)＋2x)×100%＝20%，解得x＝ eq \f(1,3) mol，则N2的转化率约为 eq \f(\f(1,3) mol,1 mol)×100%＝33.3%，D正确。 9．合成氨的化学反应为N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol-1。科研人员合作研究，提出基于机械化学（“暴力”干扰使铁活化）在温和条件下由氮气合成氨的新方案（过程如图所示），利用这种方案所得氨的体积分数最终可高达82.5%。下列有关分析错误的是(　　) A．铁是该合成氨反应的催化剂 B．采用该方案生产氨气，活化能不变 C．采用该方案生产氨气，ΔH不变 D．该方案所得氨的含量高，与反应温度较低有关 解析：选B。由题图可以看出，Fe结合了活性氮原子参与了反应，后又生成Fe，反应前后Fe的质量和化学性质不变，故Fe是合成氨反应的催化剂，A正确；使用催化剂能改变反应历程，降低活化能，但不能改变反应的ΔH，B错误、C正确；合成氨反应是放热反应，较低的反应温度有利于提高NH3产率，D正确。 10．工业合成甲醇的反应为CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH<0。反应相同时间，实验测得甲醇的产率与压强、温度的关系分别如图1、图2所示。下列叙述正确的是(　　) A．实际生产中，合成甲醇时压强越大越好 B．增大压强，正反应速率增大，逆反应速率减小 C．合成甲醇的最佳温度为520 K D．520 K之前升高温度单位时间内甲醇的产率减小 解析：选C。图示曲线为反应相同时间，520 K之前反应未达到平衡状态，升高温度，反应速率加快，单位时间内甲醇的产率增大，D错误。 11．（2025·山东肥城慈明学校期中）恒压条件下，密闭容器中将CO2、H2按照体积比为1∶3合成CH3OH，其中涉及的主要反应： Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49 kJ·mol-1 Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)⥫⥬CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41 kJ·mol-1 在不同催化剂作用下发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图所示： 已知：CH3OH的选择性＝ eq \f(CH3OH的物质的量,反应的CO2的物质的量)×100% 下列说法正确的是(　　 ) A．保持恒温恒压下充入氮气，不影响CO的产率 B．合成甲醇的适宜工业条件是约230 ℃，催化剂选择CZT C．使用CZ(Zr­1)T，230 ℃以上，升高温度甲醇的产率降低，原因可能是催化剂的活性降低 D．使用CZT，230 ℃以上，升高温度甲醇的产率降低，可能是因为反应Ⅱ平衡正向移动 解析：选D。恒温恒压下充入氮气，容器容积增大，反应物与生成物的总分压减小，反应Ⅰ平衡逆向移动，H2和CO2增加从而导致反应Ⅱ的反应物浓度增大，平衡正向移动，CO的产率增加，A错误；相同条件下催化剂CZ(Zr­1)T选择性更高，此催化剂在230 ℃选择性较高且CH3OH的产率最高，所以合成甲醇的最适宜条件为约230 ℃、催化剂选择CZ(Zr­1)T，B错误；反应Ⅰ为放热反应，230 ℃以上升温平衡逆向移动，而反应Ⅱ为吸热反应，升温平衡正向移动，导致甲醇的产率降低，C错误；使用CZT，230 ℃以上甲醇的选择性低，且升温反应Ⅱ正向移动，所以该条件下主要以反应Ⅱ为主导致甲醇的产率降低，D正确。 12．（2025·江西赣州高二期中联考）工业上用生物法处理H2S的原理如下： 反应1：H2S＋Fe2(SO4)3===S↓＋2FeSO4＋H2SO4 反应2：4FeSO4＋O2＋2H2SO42Fe2(SO4)3＋2H2O 以硫杆菌作催化剂时，反应温度及溶液pH对Fe2+氧化速率的影响分别如图甲、图乙所示。下列有关说法错误的是(　　) A．反应1的条件下，还原性：Fe2+>H2S B．当反应温度过高时，Fe2+氧化速率下降的原因可能是硫杆菌失 去活性 C．由图甲和图乙可得出结论：使用硫杆菌作催化剂的最佳条件为30 ℃、pH＝2.0 D．当反应1中转移0.2 mol电子时，反应1中消耗的H2S在标准状况下的体积为2.24 L 解析：选A。根据化学方程式可知，H2S为还原剂，FeSO4为还原产物，利用还原剂的还原性强于还原产物的还原性，即有H2S＞FeSO4，A错误；温度过高，能使蛋白质变性，催化剂的活性降低，因此当反应温度过高时，Fe2+氧化速率下降的原因可能是硫杆菌失去活性，B正确；根据图像可知，催化剂活性最大的最佳条件是30 ℃，pH＝2.0左右，C正确；反应1中，消耗1 mol H2S，转移2 mol电子，因此转移0.2 mol电子时，消耗的硫化氢在标准状况下的体积为2.24 L，D正确。 13．Ⅰ.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。 (1)一定条件下，氨的平衡含量如下表，哈伯选用的条件是550 ℃、10 MPa，而非200 ℃、10 MPa，主要原因是________________________________________________________________________。 温度/ ℃ 压强/MPa 氨的平衡含量/% 200 10 81.5 550 10 8.25 Ⅱ.在其他条件不变时，不同温度(200 ℃、400 ℃、600 ℃)、压强下，平衡混合物中NH3的物质的量分数的变化情况如下图所示： (2)曲线a对应的温度是　　　　 　；M、N、Q点平衡常数K的大小关系是　　　　　　　　　。 Ⅲ.最新“人工固氮”的研究报道：常温、常压、光照条件下，N2在催化剂表面与某物质发生反应，相应的平衡常数表达式为K＝ eq \f(c4(NH3)c3(O2),c2(N2))。 (3)写出上述反应的化学方程式：________________________________________________________________________（标明物质的状态）。 (4)已知该反应的平衡常数K与温度的关系如图，则此反应的正反应 　　　　 　（填“吸热”“放热”或“不能确定”）。 (5)常温下，如果上述反应在体积不变的密闭容器中发生，当反应达到平衡时，下列描述正确的是　　　　 　。 A．容器中气体的平均分子量不随时间而变化 B．v(N2)∶v(O2)＝2∶3 C．容器中气体的密度不随时间而变化 D．再次通入稀有气体，平衡逆向移动 Ⅳ.工业上，在催化剂条件下，用NH3作为还原剂将烟气中的NOx还原成无害的氮气和水，化学方程式可表示为2NH3(g)＋NO(g)＋NO2(g)⥫⥬ 2N2(g)＋3H2O(g)。 (6)一定条件下，在容积为2 L的密闭容器内反应，20 min时达到平衡，生成N2 0.6 mol，则平均反应速率v(NO)＝　　　　。 (7)NH3的平衡转化率(α)与反应温度(T)和压强(p)的关系如下图所示，根据图像判断：p1　　　（填“>”“<”或“＝”）p2。 (8)温度不变，将容器体积压缩至原来的一半，再次达到新平衡，NO的浓度为原来的1.6倍，此时N2的体积分数相比原平衡状态下　　　　 　（填“增大”“减小”或“保持不变”）。 (9)体系的颜色变化能否作为判断上述反应达到平衡的依据？并说明理由：________________________________________________________________________。 解析：(2)合成氨反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，氨气的百分含量降低，平衡常数减小，所以曲线a对应的温度是200 ℃，由图可知温度的大小关系为Q＝M＜N，则平衡常数的大小关系为KQ＝KM>KN。(5)反应达到平衡时，向恒容容器中通入稀有气体，反应体系中各物质的浓度不变，反应速率不变，平衡不移动，D错误。(6)由题意可知，20 min反应达到平衡时，生成氮气的物质的量为0.6 mol，由化学方程式可知，一氧化氮的反应速率为 eq \f(0.6 mol×\f(1,2),2 L×20 min)＝0.007 5 mol/(L·min)。(7)该反应是气体 体积增大的反应，温度一定时，增大压强，平衡向逆反应方向移动，氨气的转化率减小，由图可知，温度相同时，p1条件下氨气的转化率小于p2条件下，所以压强p1大于p2。(8)温度不变，将容器体积压缩至原来的一半，再次达到新平衡，一氧化氮的浓度为原来的1.6倍，说明温度一定时，增大压强，水蒸气转化为液态水，平衡向正反应方向移动，所以氮气的体积分数增大。(9)由化学方程式可知，混合气体中只有二氧化氮为红棕色气体，体系的颜色不变说明二氧化氮的浓度不变，正、逆反应速率相等，反应已达到平衡，所以体系的颜色变化能作为判断上述反应达到平衡的依据。 答案：(1)550 ℃、10 MPa的条件下，催化剂活性最好，可以提高合成氨的反应速率 (2)200 ℃　KQ＝KM>KN (3)2N2(g)＋6H2O(l)4NH3(g)＋3O2(g)　(4)吸热　(5)ABC　(6)0.007 5 mol/(L·min)　(7)>　(8)增大　(9)能，混合气体中只有NO2为红棕色气体，混合气体颜色不变，说明NO2的浓度不变，反应达到平衡状态 $