第四节 化学反应的调控（举一反三专项训练，天津专用） 【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】（23-24高二上·天津·期末）下图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率而采取的措施是 A．①②③ B．①③⑤ C．②④⑤ D．②③④ 【答案】C 【详解】工业合成氨的化学方程式为N2+3H22NH3，反应是可逆反应，反应前后气体体积减小，反应是放热反应；依据合成氨的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施为：增大压强，平衡向体积减小的方向进行，提高反应物的转化率；液化分离出氨气，促进平衡正向进行，提高反应物的转化率；氮气和氢气的循环使用，也可提高原料的转化率，故答案为：C。 【变式1-1】（23-24高二上·天津宁河·期末）已知合成氨反应，既要使合成氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的方法是 ①减压；②加压；③升温；④降温；⑤及时从平衡混合气中分离出；⑥补充或⑦加催化剂； A．③④⑤⑦ B．②④⑥ C．仅②⑥ D．②③⑥⑦ 【答案】C 【分析】合成氨反应，该反应的特点为：正反应放热且气体分子数减小；据此分析。 【详解】①减压，反应速率减慢，平衡逆向移动，的产率减小，①不可采取； ②加压，反应速率加快，平衡正向移动，的产率增大，②可采取； ③升温，反应速率加快，平衡逆向移动，的产率减小，③不可采取； ④降温，反应速率减慢，平衡正向移动，的产率增大，④不可采取； ⑤及时从平衡混合气中分离出，反应速率减慢，平衡正向移动，的产率增大，⑤不可采取； ⑥补充N2或H2，反应速率加快，平衡正向移动，的产率增大，⑥可采取； ⑦加催化剂，反应速率加快，但平衡不移动，的产率不变，⑦不可采取； 故选②⑥； 故选C。 【变式1-2】（20-21高二上·天津河北·期末）下图所示为工业合成氨的流程图。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．产品液氨除可生产化肥外，还可用作制冷剂 C．步骤③、④、⑤均有利于提高原料的转化率 D．步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以加快反应速率 【答案】C 【详解】A． 步骤①中“净化”是除去杂质，以防止催化剂中毒，故A正确； B． 氨气与酸反应得到铵盐可生产化肥；氨气易液化得到液氨，液氨变为气体时吸收周围热量可用作制冷剂，故B正确； C． 催化剂只能提高反应速率，不能提高平衡转化率；合成氨反应为放热反应，高温不利于平衡正向移动；而液化分离出NH3可以使平衡正向移动，有利于提高原料的平衡转化率；N2、H2的循环再利用也有利于提高原料的转化率；所以步骤④、⑤有利于提高原料的转化率，步骤③不能，故C错误； D． 合成氨的反应为气体分子数减小的反应，加压有利于平衡正向移动，提高原料转化率，加压也可以提高反应速率，故D正确； 故选C。 【变式1-3】（22-23高二上·天津·期中）如下图所示为工业合成氨的流程图。下列说法不正确的是 A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B．步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以加快反应速率 C．步骤③、④、⑤均有利于提高原料平衡的转化率 D．为提高反应物的转化率应及时将氨从混合气中分离出去 【答案】C 【分析】N2和H2净化干燥除去含P、S、As的化合物等杂质后，加压既能提高反应速率，又能促进平衡正向移动，合成氨的反应为放热反应，低温有利于平衡正向移动，但是低温下，催化剂活性低，反应速率也低，因此综合考虑将温度设定在500℃并使用含铁催化剂进行催化反应，及时将产生的NH3液化分离出来以提高N2和H2的转化率，剩余的N2和H2再循环利用，据此分析判断。 【详解】A．步骤①中“净化”是除去杂质，以防止铁催化剂中毒，故A正确； B．合成氨的反应为气体分子数减小的反应，加压有利于平衡正向移动，提高原料转化率，加压也可以提高反应速率，故B正确； C．催化剂只能提高反应速率，不能提高平衡转化率，合成氨反应为放热反应，高温不利于平衡正向移动，而液化分离出NH3和N2、H2的循环再利用均可以使平衡正向移动，所以步骤④、⑤有利于提高原料平衡的转化率，步骤③不能，故C错误； D．在反应达到一定转化率时及时将氨从混合气中分离出去，可使平衡正向移动，能保持足够高的原料转化率，故D正确； 故选C。 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·天津·期末）下列关于工业合成氨的叙述错误的是 A．合成氨没有选择更大的压强是因为压强过大会增加生产投资，降低综合经济效益 B．使用铁触媒能降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快地发生反应 C．工业合成氨温度为是因为升高温度有利于提高反应物的平衡转化率 D．及时从反应体系中分离出氨气有利于平衡向正反应方向移动 【答案】C 【详解】A．压强过大对设备的要求比较大，会增加生产投资，A正确； B．催化剂通过降低反应的活化能，提高反应速度，B正确； C．合成氨的反应为放热反应，温度越高，平衡逆向移动，不利于提高反应物的平衡转化率，C错误； D．分离生成物，根据勒夏特列原理，减少生成物浓度，平衡正向进行，D正确； 故答案为：C。 【变式2-1】（24-25高一下·天津·期中）下图所示为工业合成氨的流程图。下列有关生产条件的调控作用分析不正确的是 ①步骤②中“加压”可以加快反应速率 ②步骤②采用的压强是 因为在该压强下铁触媒的活性最大 ③目前，步骤③一般选择控制反应温度为700 ℃左右 ④步骤④⑤有利于提高原料的利用率，能节约生产成本 A．①② B．②③ C．①③ D．②④ 【答案】B 【分析】氮气和氢气催化合成氨，液化分离出氨气，剩余氮气和氢气循环利用； 【详解】①步骤②中“加压”使得压强增大，反应速率增大，正确； ②步骤②采用的压强是 只是为了加快反应速率，并不是该压强下催化剂的活性最大，错误； ③工业合成氨反应一般采用500℃左右，因为催化剂在500℃时活性最强，而不是700℃左右，错误； ④合成氨反应是可逆反应，反应物不能反应完全，步骤④⑤将未反应完全的氢气和氮气通过液化和氨气分离开来，循环使用，有利于提高原料的利用率，能节约生产成本，正确； 故选B。 【变式2-2】（23-24高二上·天津河北·期中）下列关于合成氨工业说法不正确的是 A．根据勒夏特列原理，500℃左右比室温更有利于合成氨的反应 B．合成氨厂一般采用10MPa~30MPa，综合考虑了反应速率、转化率和成本等因素 C．将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应 D．将原料气进行净化处理，是为了防止其中混有的杂质使催化剂“中毒” 【答案】A 【详解】A．合成氨反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，氨气的浓度减小，所以室温比500℃左右更有利于合成氨的反应，故A错误； B．合成氨厂一般采用10MPa～30MPa，综合考虑了反应速率、转化率和成本等因素，因为压强大，反应速率快，有利于合成氨，但是压强太高，对仪器设备要求也高，压强过低，反应速率慢，不利于合成氨，故B正确； C．将混合气体中的氨液化，减小了生成物的浓度，合成氨反应的化学平衡正向移动，有利于合成氨，故C正确； D．将原料气进行净化处理，是为了防止其中混有的杂质，比如氧气，能和催化剂铁在高温下反应，使催化剂“中毒”，故D正确； 故选A。 【变式2-3】（24-25高二上·天津·期中）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 【详解】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。 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·天津·期末）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)(正反应为放热反应)，673 K，30 MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间t变化的关系示意图如图所示。下列叙述中正确的是(　　)    A．c点处正反应速率和逆反应速率相等 B．a点处正反应速率比b点处的大 C．d点(t1时刻)和e点(t2时刻)处n(N2)不同 D．t2点时刻，正反应速率大于逆反应速率 【答案】B 【分析】 在N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)反应中，随着反应的进行，反应物的物质的量逐渐减少，生成物的物质的量逐渐增多，当达到平衡状态时，正逆反应速率相等，反应物和生成物的物质的量不再改变，曲线为水平直线，以此判断题中各项。 【详解】 A. c点反应物和生成物的物质的量仍在变化，没有达到平衡状态，所以正逆反应速率不相等，故A错误； B. 从a点到b点，氢气的物质的量浓度在逐渐减少，所以正反应的反应速率在逐渐降低，即点a的正反应速率比点b的大，故B正确。 C. d点和e点都处于平衡状态，n(N2)不变，即d点和e点n(N2)相等，故C错误； D. 在t2时刻，该反应处于化学平衡状态，所以正逆反应速率相等，故D错误。 故选B。 【变式3-1】（23-24高二上·天津·期中）一定条件下，合成氨反应：。图甲表示在此反应过程中的能量变化，图乙表示在2L的密闭容器中反应时的物质的量随时间的变化曲线。图丙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对此反应平衡的影响。 下列说法正确的是 A．升高温度，该反应的平衡常数增大 B．由图乙信息，从11min起其他条件不变，压缩容器的体积，则的变化曲线为d C．由图乙信息，10min内该反应的平均速率 D．图丙中温度，a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N2的转化率最高的是b点 【答案】B 【详解】A．由图1知，氮气和氢气的能量大于氨气的能量，所以由氮气和氢气生成氨气是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向进行，该反应的平衡常数减小，A错误； B．当缩小容器的体积，氮气的物质的量不变，容器中气体的压强增大，导致平衡向气体体积减小的方向移动，即向正反应方向移动，氮气的物质的量减少，所以曲线d符合，B正确； C．由图乙信息，10min内该反应的平均速率，单位错误，C错误； D．相同温度下，一定量氮气时，氢气的浓度越大，平衡向正反应方向移动导致氮气的转化率越大，所以图3中a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N2的转化率最高的是c点，D错误； 故选B。 【变式3-2】（23-24高二上·天津·期中）在容积为VL的恒温密闭容器中模拟工业合成氨。充入N2和H2的总物质的量为1mol，容器内各组分的物质的量分数与反应时间t的关系如图所示。下列说法不正确的是 A．a表示N2物质的量分数的变化情况 B．0～t1min，v(H2)=mol·L-1·min-1 C．t2min时，NH3的分解速率小于其生成速率 D．t3min时改变的条件可能为减小容器容积 【答案】B 【分析】由题中图示可知，开始时N2和H2各占50%，总物质的量是1mol，则N2和H2各为0.5mol，由可得，某时刻总物质的量为n(总)=(0.5-x)mol+(0.5-3x)mol+2xmol=(1-2x)mol，某时刻N2的物质的量分数为=50%，所以，N2的物质的量分数一直保持不变，是50%，则a代表N2的物质的量分数，随反应进行减小的是c代表H2的物质的量分数，b代表NH3的物质的量分数；据此解答。 【详解】A．由上述分析可知，N2的物质的量分数一直保持不变，是50%，则a代表N2的物质的量分数，故A正确； B．由上述分析可知，a代表N2的物质的量分数，c代表H2的物质的量分数，b代表NH3的物质的量分数，t1时H2、NH3的物质的量分数相等，即，解之x=0.1mol，则0～t1min，v(H2)= mol·L-1·min-1，故B错误； C．由上述分析可知，b代表NH3的物质的量分数，t2时刻及以后，NH3的物质的量分数增大，说明反应向右进行，则NH3的分解速率小于其生成速率，故C正确； D．由N2(g)+3H2(g)2NH3(g)可知，t3时刻，减小容积，压强增大，平衡正向移动，NH3的物质的量分数增大，H2的物质的量分数减小，故D正确； 答案为B。 【变式3-3】（20-21高二上·天津·期中）工业合成氨，反应过程中的能量变化如图所示，据图回答问题： (1)该反应通常用活性铁作催化剂，加活性铁会使图中点升高还是降低 。(填“升高”或“降低”或“不变”)理由是 。 (2)该反应在恒温恒容条件下进行，下列选项一定能判断反应达到平衡状态的是 。 A． B． 单位时间内每消耗的同时消耗 C． 单位时间内每断裂氮氮三键的同时生成氢氢单键 D． E.气体总密度不变 F.气体平均摩尔质量不变 (3)一定条件下的密闭容器中，该反应达到平衡，要提高的转化率，可以采取的合理措施有 (填字母代号)。 a.高温高压  b.加入催化剂  c.增加的浓度  d.增加的浓度  e.分离出 【答案】 降低 催化剂能降低活化能，故B点降低 CF ce 【详解】(1)加入活性铁作催化剂会使B点降低，因为A点与B点的能量差值代表活化能，催化剂能降低活化能，故B点降低； (2) A．υ(N2)、υ(H2)未指明正、逆，无法判断平衡，A不符合题意； B．消耗N2代表正反应速率，消耗H2也代表正反应速率，无逆反应速率，无法判断平衡，B不符合题意； C．断裂a mol N≡N，即正反应消耗a mol N2，生成3a mol H—H，即逆反应生成3a mol H2，同时生成a mol N2，满足υ(正)=υ(逆)，故反应达平衡，C符合题意； D．达平衡时，各个物质含量不变，不一定成比例，D不符合题意； E．由于反应前后均为气体，故混合气体总质量不变，又体积不变，则由知气体总密度始终不变，故不能说明达平衡状态，E不符合题意； F．反应前后气体总物质的量改变，则由知未达平衡前气体平均摩尔质量始终在变，当达平衡时n不变，平均摩尔质量也不变，故可以说明达平衡状态，F符合题意； 故答案选CF； (3)a．高温使平衡逆向移动，H2转化率降低，高压使平衡正向移动，H2转化率升高，故高温高压H2转化率不一定提高，a不符合题意；b．催化剂不影响平衡，H2转化率不变，b不符合题意；c．增加N2的浓度，使平衡正向移动，H2转化率提高，c符合题意；d．增加H2浓度，平衡虽然正向移动，但由于H2总量增加，故H2转化率降低，d不符合题意；e．分离出NH3，促进平衡正向移动，H2转化率提高，e符合题意；故答案选ce。 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】（23-24高二上·天津·期末）下列做法的主要目的与调控化学反应速率无关的是 A．食物存放在冰箱里 B．糕点包装内放置除氧剂 C．食盐中添加碘酸钾 D．煤块粉碎后燃烧 【答案】C 【详解】A．用冰箱冷藏食物，降低温度，速率减慢，故A不符合题意； B．在糕点包装内放置除氧剂，可以降低氧气浓度，延缓食品被氧化的速率，故B不符合题意； C．在食盐里添加碘酸钾与速率无关，故C符合题意； D．煤块碾成煤粉，增大接触面积，增大反应速率，故D不符合题意； 故选C。 【变式4-1】（24-25高二上·天津·期末）在工业生产、生活中，下列做法与调控化学反应速率无关的是 A．在食品中添加适量的防腐剂 B．高炉炼铁时，增加高炉的高度 C．合成氨厂制备氨气时，选择合适的催化剂 D．煅烧矿石时，向炉膛中鼓入空气增强火势 【答案】B 【详解】A．防腐剂可减缓包装袋内食品腐败变质的速率，即减慢反应速率，与化学反应速率调控有关，A不符合题意； B．增加高炉的高度，可以增加铁矿石与一氧化碳的接触时间，即延长化学反应时间，与化学反应速率调控无关，B符合题意； C．催化剂能加快反应速率，与化学反应速率调控有关，C不符合题意； D．鼓入空气可以增大氧气的浓度，加快燃烧速率，与化学反应速率调控有关，D不符合题意； 答案选B。 【变式4-2】（23-24高一下·天津 期末）工业制硫酸的重要反应之一是，该反应正反应放热。反应在密闭容器中进行，下列有关说法错误的是 A．使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率 B．在上述条件下，不可能100%地转化为 C．提高反应时的温度，可以实现的完全转化 D．通过调控反应条件，可以提高该反应进行的程度 【答案】C 【详解】A．使用催化剂能增大反应速率，提高生产效率，故A正确； B．是可逆反应，不可能100%地转化为，故B正确； C．是可逆反应，不可能100%地转化为，故C错误； D．改变反应条件，化学平衡可以移动，可以提高该反应进行的程度，故D正确； 选C。 【变式4-3】（25-26高二上·天津红桥·期中）化学反应广泛联系生活、生产及研究领域。下列叙述与化学反应调控无关的是 A．油锅起火，盖上锅盖灭火 B．高炉炼铁将矿石粉碎 C．生产糖果，加入食用色素 D．鲜牛奶冷藏，冷链运输 【答案】C 【详解】A．盖上锅盖隔绝氧气，终止燃烧反应，属于调控反应条件，A不符合； B．粉碎矿石增大接触面积，加快反应速率，属于调控措施，B不符合； C．加入食用色素仅改变颜色，未影响化学反应速率或限度，与调控无关，C符合； D．低温减缓微生物反应速率，属于调控反应条件，D不符合； 故选C。 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______反应。 （3）体积变化(熵变)：ΔS<0，正反应是气体体积______的反应。 （4）焓变：ΔH<0，是______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 ___ ___ 温度 ___ ___ 催化剂 ___ ___ 浓度 ___反应物浓度 ___反应物浓度，___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______温度、______压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是______温度、______压强。二者在______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】（23-24高二上·天津·期末）下图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率而采取的措施是 A．①②③ B．①③⑤ C．②④⑤ D．②③④ 【变式1-1】（23-24高二上·天津宁河·期末）已知合成氨反应，既要使合成氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的方法是 ①减压；②加压；③升温；④降温；⑤及时从平衡混合气中分离出；⑥补充或⑦加催化剂； A．③④⑤⑦ B．②④⑥ C．仅②⑥ D．②③⑥⑦ 【变式1-2】（20-21高二上·天津河北·期末）下图所示为工业合成氨的流程图。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．产品液氨除可生产化肥外，还可用作制冷剂 C．步骤③、④、⑤均有利于提高原料的转化率 D．步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以加快反应速率 【变式1-3】（22-23高二上·天津·期中）如下图所示为工业合成氨的流程图。下列说法不正确的是 A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B．步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以加快反应速率 C．步骤③、④、⑤均有利于提高原料平衡的转化率 D．为提高反应物的转化率应及时将氨从混合气中分离出去 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 ______MPa 温度 ______ ℃ 催化剂 使用______作催化剂 浓度 氨及时从混合气中分离出去，剩余气体______；及时_________ （1）压强 ①原理分析：_______________。 ②选用条件：目前，我国合成氨厂一般采用的压强为____________。 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：______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____________。 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_________________________________。 （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______。 ②采取的措施：采取_________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____________，并及时__________________，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_______________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_________，又提高了反应_________，有利于合成氨反应。 【典例2】（23-24高二上·天津·期末）下列关于工业合成氨的叙述错误的是 A．合成氨没有选择更大的压强是因为压强过大会增加生产投资，降低综合经济效益 B．使用铁触媒能降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快地发生反应 C．工业合成氨温度为是因为升高温度有利于提高反应物的平衡转化率 D．及时从反应体系中分离出氨气有利于平衡向正反应方向移动 【变式2-1】（24-25高一下·天津·期中）下图所示为工业合成氨的流程图。下列有关生产条件的调控作用分析不正确的是 ①步骤②中“加压”可以加快反应速率 ②步骤②采用的压强是 因为在该压强下铁触媒的活性最大 ③目前，步骤③一般选择控制反应温度为700 ℃左右 ④步骤④⑤有利于提高原料的利用率，能节约生产成本 A．①② B．②③ C．①③ D．②④ 【变式2-2】（23-24高二上·天津河北·期中）下列关于合成氨工业说法不正确的是 A．根据勒夏特列原理，500℃左右比室温更有利于合成氨的反应 B．合成氨厂一般采用10MPa~30MPa，综合考虑了反应速率、转化率和成本等因素 C．将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应 D．将原料气进行净化处理，是为了防止其中混有的杂质使催化剂“中毒” 【变式2-3】（24-25高二上·天津·期中）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 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·天津·期末）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)(正反应为放热反应)，673 K，30 MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间t变化的关系示意图如图所示。下列叙述中正确的是(　　)    A．c点处正反应速率和逆反应速率相等 B．a点处正反应速率比b点处的大 C．d点(t1时刻)和e点(t2时刻)处n(N2)不同 D．t2点时刻，正反应速率大于逆反应速率 【变式3-1】（23-24高二上·天津·期中）一定条件下，合成氨反应：。图甲表示在此反应过程中的能量变化，图乙表示在2L的密闭容器中反应时的物质的量随时间的变化曲线。图丙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对此反应平衡的影响。 下列说法正确的是 A．升高温度，该反应的平衡常数增大 B．由图乙信息，从11min起其他条件不变，压缩容器的体积，则的变化曲线为d C．由图乙信息，10min内该反应的平均速率 D．图丙中温度，a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N2的转化率最高的是b点 【变式3-2】（23-24高二上·天津·期中）在容积为VL的恒温密闭容器中模拟工业合成氨。充入N2和H2的总物质的量为1mol，容器内各组分的物质的量分数与反应时间t的关系如图所示。下列说法不正确的是 A．a表示N2物质的量分数的变化情况 B．0～t1min，v(H2)=mol·L-1·min-1 C．t2min时，NH3的分解速率小于其生成速率 D．t3min时改变的条件可能为减小容器容积 【变式3-3】（20-21高二上·天津·期中）工业合成氨，反应过程中的能量变化如图所示，据图回答问题： (1)该反应通常用活性铁作催化剂，加活性铁会使图中点升高还是降低 。(填“升高”或“降低”或“不变”)理由是 。 (2)该反应在恒温恒容条件下进行，下列选项一定能判断反应达到平衡状态的是 。 A． B． 单位时间内每消耗的同时消耗 C． 单位时间内每断裂氮氮三键的同时生成氢氢单键 D． E.气体总密度不变 F.气体平均摩尔质量不变 (3)一定条件下的密闭容器中，该反应达到平衡，要提高的转化率，可以采取的合理措施有 (填字母代号)。 a.高温高压  b.加入催化剂  c.增加的浓度  d.增加的浓度  e.分离出 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___，又不能太___ 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____性，又要注意二者影响的___性 从原料的利用率分析 增加_________原料，提高______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______对催化剂的活性的限制 【典例4】（23-24高二上·天津·期末）下列做法的主要目的与调控化学反应速率无关的是 A．食物存放在冰箱里 B．糕点包装内放置除氧剂 C．食盐中添加碘酸钾 D．煤块粉碎后燃烧 【变式4-1】（24-25高二上·天津·期末）在工业生产、生活中，下列做法与调控化学反应速率无关的是 A．在食品中添加适量的防腐剂 B．高炉炼铁时，增加高炉的高度 C．合成氨厂制备氨气时，选择合适的催化剂 D．煅烧矿石时，向炉膛中鼓入空气增强火势 【变式4-2】（23-24高一下·天津 期末）工业制硫酸的重要反应之一是，该反应正反应放热。反应在密闭容器中进行，下列有关说法错误的是 A．使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率 B．在上述条件下，不可能100%地转化为 C．提高反应时的温度，可以实现的完全转化 D．通过调控反应条件，可以提高该反应进行的程度 【变式4-3】（25-26高二上·天津红桥·期中）化学反应广泛联系生活、生产及研究领域。下列叙述与化学反应调控无关的是 A．油锅起火，盖上锅盖灭火 B．高炉炼铁将矿石粉碎 C．生产糖果，加入食用色素 D．鲜牛奶冷藏，冷链运输 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 $