第13讲 化学反应的调控（暑假预习讲义）新高二化学人教版

第13讲 化学反应的调控 内容导航 01 预习航标 → 析目标·明方向：预习导航精准定向 02 教材全解 → 析教材·学新知：情境概念深度构 情境启思：从生活或问题出发，激发兴趣 深研精炼：聚焦常考要点，学会解题思路 即练固基：趁热打铁练一练，巩固刚学内容 03过关检测 → 练考点·强落实：过关检测分层提 预习目标 1.了解合成氨反应的特点以及外部条件对合成氨反应的影响。 2.了解合成氨生产的主要流程。 3.了解工业生产条件选择的依据和原则，学会控制反应条件提高产率。 4.掌握化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的分析方法。 预习重点 工业合成氨条件的选择、化学反应调控的基本措施和一般原则 预习难点 工业合成氨条件的选择 情｜境｜启｜思 化工生产要求的基本原则是生产效率高、高原料利用率、低经济成本。而化学反应一般是温度越高、压强大反应速率越大，这对设备的要求就高，需要投入大成本设备，所以怎么去获得较高的收益？就需要通过本节内容学习，学会去调控化学反应。 深｜研｜精｜炼 知识点01 合成氨反应 1.反应原理 N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH = -92.4 kJ·mol-1 2.反应特点 自发性 常温(298 K)下，∆H-T∆S＜0,能自发进行。 可逆性 反应为可逆反应。 体积变化(熵变) ∆S＜0,正反应是气体体积减小的反应 焓变 ∆H＜0,是放热反应 合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在298 K时平衡常数K=4.1×106,只能说明该反应在此条件下正向进行得较完全，不能说明反应速率的快慢。 3.合成氨反应条件选择 (1)原理分析 根据合成氨反应的特点，为增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，可采取的措施如表: 对合成氨反应的影响 影响因素 浓度 温度 压强 催化剂 增大合成氨的反应速率 增大反应物浓度 高温 高压 使用 提高平衡混合物中氨的含量 增大反应物浓度、减小生成物浓度 低温 高压 无影响 当温度、压强一定时，按反应物的化学计量数之比投料，平衡时生成物的百分含量最高。故起始时N2与H2的体积比为1:3时，平衡时混合物中氨的含量最高。 (2)数据分析 不同温度、压强条件下，合成氨反应达到化学平衡时(初始时氮气和氢气的体积比为1:3)反应混合物中氨的含量(体积分数) 温度/℃ 氨的含量/% 0.1MPa 10MPa 20MPa 30MPa 60MPa 100MPa 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4 分析表格数据可知，①增大压强有利于提高达到化学平衡时混合物中氨的含量；②降低温度有利于提高达到化学平衡时混合物中氨的含量。 (3)结论分析 ①升高温度、增大压强、增大反应物浓度及使用催化剂等，都可以使合成氨的反应速率增大。 ②降低温度、增大压强、增大反应物浓度等有利于提高平衡混合物中氨的含量。 4.合成氨的适宜条件 压强 ①合成氨反应是反应前后气体分子数减小的反应，增大压强，既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动，提高产率，所以理论上压强越大越好。 ②压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，压缩H2和N2所需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能会降低综合经济效益。 综合考虑，实际生产中压强一般为10 MPa~30 MPa。 温度 ①因为合成氨反应是放热反应，所以降低温度有利于平衡正向移动。 ②温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，这在工业生产中是很不经济的，因此温度不宜太低。 ③催化剂在一定温度下催化活性达到最大。 综合考虑，实际生产中温度一般为400~500℃(主要考虑催化剂的活性)。 催化剂 即使在高温、高压下，合成氨反应仍然进行得十分缓慢。使用催化剂能改变反应历程，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。目前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 ℃左右时活性最大。 浓度 即使是在500℃和30 MPa下，以氮气和氢气体积比为1:3投料，合成氨反应达到平衡时，混合物中NH3的体积分数也只有26.4%,N2和H2的转化率仍不够高。在实际生产中，还需要考虑浓度对化学平衡的影响，例如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，使平衡向生成NH3的方向移动，以及将分离NH3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，以利于合成氨反应的进行。 催化剂“中毒” 因吸附或沉积毒物而使催化剂活性降低或丧失的过程，称为催化剂“中毒”。催化剂“中毒”后，会严重影响生产的正常进行。对于合成氨反应中的铁触媒催化剂，O2、CO、CO2和水蒸气等都能使其“中毒”,工业上为了防止催化剂“中毒”,要把反应物加以净化，以除去“毒物”。 【例1】下图所示为工业合成氨的流程图。有关说法错误的是 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．产品液氨除可生产化肥外，还可用作制冷剂 【答案】C 【分析】应用催化剂知识、反应速率和化学平衡理论，分析判断工业合成氨的反应速率和平衡转化率问题。 【详解】A项：合成氨使用含铁催化剂，为防止催化剂中毒，须将原料“净化”处理，A项正确； B项：步骤②中“加压”，可增大氮气、氢气浓度，加快合成氨反应速率又能使平衡右移，提高原料转化率，B项正确； C项：合成氨反应放热，步骤③使用较高温度不利于提高原料转化率，同时使用催化剂也不能使平衡移动，步骤④、⑤能有利于提高原料的转化率，故C项错误； D项：产品液氨可用酸吸收生成铵态氮肥。液氨汽化时会吸收大量热，可用作制冷剂，D项正确。 本题选C。 【解题要点】因吸附或沉积毒物而使催化剂活性降低或丧失的过程，称为催化剂“中毒”。 【即练1】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。 【即练2】2018年是哈伯因发明用氮气和氢气合成氨的方法而获得诺贝尔奖100周年。和生成的反应为，在Fe的催化作用下的反应历程如下（*表示吸附态） 化学吸附：；。 表面反应：；。 脱附：。 其中，的吸附分解反应活化能高、反应速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。请回答下列问题： （1）有利于提高合成氨平衡产率的条件有 。 A．低温    B．高温    C．低压     D．高压    E催化剂 （2）实际生产中，常用铁触媒作催化剂，控制温度为773K左右，压强为左右，原料气中和物质的量之比为1:2.8。分析说明原料气中过量的两个理由 、 。 （3）关于合成氨工艺的下列理解，正确的是 。 A．合成氨反应在不同温度下的和都小于零 B．当温度压强一定时，在原料气（和的比例不变）中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率 C．易液化，不断将液氨移去，有利于反应正向进行 D．分离空气可得通过天然气和水蒸气转化可得原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和发生安全事故 【答案】 AD 原料气中相对易得，适度过量有利于提高的转化率 的吸附分解是决定反应速率的步骤，适度过量有利于提高整体反应速率 ACD 【分析】分析过程可知空气中含大量氮气，增加氮气量可以提高氢气的转化率，反应历程中N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤。 【详解】①N2（g）+H2（g）NH3（g）△H（298 K）=-46.2kJ•mol-1是气体体积减小的放热反应，据此分析解题： A．低温有利于平衡正向进行，提高氨气产率，A正确； B．高温平衡逆向进行，不利于提高氨气产率，B错误； C．低压平衡逆向进行，不利于提高氨气产率，C错误； D．高压平衡正向进行，利于提高氨气产率，D正确； E．催化剂只改变反应速率，不改变化学平衡，不能提高产率，E错误； 故答案为：AD； ②原料中N2和H2物质的量之比为1：2.8，原料气中N2过量的两个理由：原料气中N2相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率；N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤，适度过量有利于提高整体反应速率，故答案为：原料气中N2相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率；N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤，适度过量有利于提高整体反应速率； ③A．N2（g）+H2（g）NH3（g）△H（298K）=-46.2kJ•mol-1是气体体积减小的放热反应，合成氨反应在不同温度下的△H和△S都小于零，A正确； B．当温度、压强一定时，在原料气（N2和H2的比例不变）中添加少量惰性气体，总压增大，分压不变，平衡不变，不能提高平衡转化率，B错误； C．NH3有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行，C正确； D．合成氨的反应在合成塔中发生，原料气中的N2是从空气中分离得来，先将空气液化，再蒸馏得N2，甲烷与水在高温催化剂条件下生成CO和H2，原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和发生安全事故，D正确； 故答案为：ACD。 知识点02 化学反应的调控 1.控制反应条件的目的 (1)促进有利的化学反应：通过控制反应条件，可以加快化学反应速率，提高反应物的转化率和目标产物的选择性，从而促进有利的化学反应进行。 (2)抑制有害的化学反应：通过控制反应条件，也可以减缓化学反应速率，减少甚至消除有害物质的产生或控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。 2.控制反应条件的基本措施 外界条件 反应速率因素 平衡移动因素 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 合适的催化剂 无影响 加入合适的催化剂 温度 高温 ∆H＜0 低温 兼顾速率和平衡，并考虑催化剂的适宜温度 ∆H＞0 高温 在设备和能源条件允许的前提下，尽可能采取高温并选取适宜的催化剂 压强 高压(有气体参加) ∆n(g)＜0 高压 在设备条件允许的前提下，尽可能采取高压 ∆n(g)＞0 低压 兼顾速率和平衡，选择适宜的压强 3.选择化工生产适宜条件的一般原则 角度 原理 从化学反应速率分析 既不能过快使反应不可控，又不能太慢使生产效率低下 从化学平衡移动分析 既要注意外界条件对速率和平衡的影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性 从原料的利用率分析 增加易得廉价原料的投料，以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 注意催化剂的活性对温度的限制 【例2】在硫酸工业中，通过下列反应：，下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时的转化率。下列说法正确的是 温度/ 平衡时的转化率 0.1MPa 0.5MPa 1MPa 5MPa 10MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 A．工业上通入过量空气的主要目的是加快反应速率 B．回收尾气中的仅为了防止空气污染 C．采用常压条件是因为常压下的转化率足够高，增大压强会增加设备成本 D．选择的较高温度既提高反应速率也提高平衡转化率 【答案】C 【详解】A．工业上通入过量空气的主要目的是加快反应速率和提高二氧化硫的转化率，故A错误；， B．回收尾气中的是为了防止空气污染和提高原料利用率，故B错误； C．由表中数据可知，采用常压条件是因为常压下的转化率足够高，增大压强会增加设备成本，故C正确； D．正反应放热，升高温度平衡逆向移动，的平衡转化率降低，选择的较高温度提高反应速率，故D错误； 选C。 【解题要点】增加易得廉价原料（过量空气）的投料，以提高难得高价原料（二氧化硫）的利用率，从而降低生产成本 【即练3】工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯：，在容积固定的密闭容器中，投入等物质的量和CO，测得相同时间内CO的转化率随温度的变化如图所示。下列说法不正确的是 A．增大压强，甲醇转化率减小 B．点反应速率 C．平衡常数：，反应速率： D．生产时反应温度控制在为宜 【答案】A 【详解】A．的正反应是气体分子数减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，甲醇的转化率增大，A错误； B．由题图可知，随着温度的升高，CO的转化率先增大后减小，在相同时间内，约83℃时反应达到平衡，点时反应没有达到平衡，仍向正反应方向进行，则，B正确； C．达到平衡后，升高温度，CO转化率降低，平衡逆向移动，平衡常数减小，则；温度越高，反应速率越快，因此反应速率：，C正确； D．由题图可知，在80～85℃时，CO的转化率较大，且反应速率较快，因此生产时反应温度控制在80～85℃为宜，D正确； 故选A。 【即练4】化学反应的调控对于工业生产具有积极意义，下列关于调控措施的说法错误的是 A．硫酸工业中，在高温高压、催化剂作用下，可提高生产效益 B．硫酸工业中，为提高的转化率，可通入稍过量的空气 C．工业合成氨，考虑催化剂的活性，选择的反应温度 D．工业合成氨，迅速冷却、液化氨气是为了使化学平衡向生成氨气的方向移动 【答案】A 【详解】A．高温高压、催化剂是合成氨的条件，硫酸工业不需要高压，故A错误； B．为提高SO2的转化率，不是通入的空气越多越好，通入空气越多，导致体系温度下降，需要更多的能量，为提高的转化率，可通入稍过量的空气，故B正确； C．升高温度可加快反应速率，为放热反应，升高温度平衡逆向移动，且催化剂的活性与温度有关，则反应温度选择400~500C是该反应催化剂的催化活性、反应速率、反应限度等角度综合考虑的结果，故C正确； D．工业合成氨，迅速冷却、液化氨气，是为了使化学平衡向生成氨气的方向移动，故D正确； 答案选：A。 一、单选题 1．硫酸工业中，通过下列反应使转化为，下列关于该过程实际生产中条件选择的说法错误的是 A．选择温度为是综合考虑了速率和平衡 B．选择压强为常压主要是出于控制成本角度考虑 C．通入过量空气可以提高的转化率 D．回收利用尾气中的，可以防止环境污染，同时提高其转化率 【答案】C 【详解】该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，氨气的产率增大，但温度过低反应速率太小，且影响催化剂的催化活性，是催化剂的活性温度，所以工业上选择温度为是综合考虑了速率和平衡，故A正确；常压下二氧化硫的转化率已经很高，增大压强，二氧化硫的平衡转化率虽然会提高，但变化不明显，且会增加设备成本，增大投资和能量消耗，所以选择压强为常压主要是出于控制成本角度考虑，故B正确；通入过量的空气，反应物氧气的浓度增大，平衡向正反应方向移动，二氧化硫的转化率增大，但氧气的转化率减小，故C错误；二氧化硫有毒，直接排放会污染环境，所以回收利用尾气中的二氧化硫，可以防止环境污染，同时提高其转化率，故D正确。 2．（25-26高一下·浙江台州·期中）工业上利用氢气与氮气在高温、高压、催化剂作用下制取氨气：，下列有关说法中不正确的是 A．在工业生产中，该反应采用的压强通常为，是考虑到压强越大，对动力和生产设备的要求也越高 B．在上述条件下，不可能完全转化为 C．合成氨的生产在温度较低时，氨的产率较高 D．达到平衡时，和的浓度之比为1：3：2 【答案】D 【详解】A．合成氨反应正向气体分子数减少，增大压强可提升反应速率和氨的产率，但压强过高会大幅提高动力需求和生产设备的制造成本，因此工业选择10MPa~30MPa的压强，A正确； B．该反应为可逆反应，反应存在限度，反应物不可能完全转化为生成物，因此不可能完全转化为，B正确； C．合成氨反应为放热反应，降低温度平衡会向正向移动，因此温度较低时氨的产率较高，C正确； D．平衡时各物质的浓度与起始投料比例、反应物的转化率均有关，并不一定等于化学计量数之比1:3:2，D错误； 故选D。 3．二甲醚是一种新型能源，由合成气(组成为和少量)直接制备二甲醚：  。下列措施中不能提高制备二甲醚反应速率的是 A．适当增大反应体系的压强 B．选择使用合适的催化剂 C．增加合成气的用量 D．将液化并及时抽走 【答案】D 【详解】A．适当增大反应体系的压强，各物质浓度增大，反应速率加快，A不符合题意； B．选择使用合适的催化剂能降低反应能，反应速率加快，B不符合题意； C．增加合成气的用量相当于加压，各物质浓度增大，反应速率加快，C不符合题意； D．将液化并及时抽走，减小生成物的浓度，能使平衡正向移动但反应速率减慢，D符合题意； 故选D。 4．化学反应的调控，就是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。工业上选用五氧化二钒作催化剂生产，在、常压时发生反应  。下列有关叙述不正确的是 A．工业生产的反应条件选择要结合设备条件、安全操作、经济成本及环境保护、社会效益等因素 B．反应时生成的热气体经如图所示装置进行热交换，预热混合气体，冷却反应后生成的气体，有利于提高反应速率和提高的转化率 C．对原料气进行净化处理可有效防止催化剂中毒 D．反应选择在进行主要是为了提高的转化率 【答案】D 【详解】A．由反应获取信息：工业生产反应条件的选择是一个综合体系，要结合设备条件、安全操作、经济成本及环境保护、社会效益等因素，A正确； B．进行热交换既有利于提高反应前混合气体的反应速率，又有利于反应后生成气体的平衡正向移动，B正确； C．原料气中的杂质易引起催化剂中毒，净化处理后可有效防止催化剂中毒，C正确； D．该反应为放热反应，反应选择在400~500℃进行，不利于平衡正向移动，不利于提高的转化率，D错误； 故选D。 5．合成氨的热化学方程式为N2(g) +3H2(g)2NH3(g) ∆H= -92.4 kJ/mol ，如图所示为相同温度下，在等量的不同催化剂作用下，某浓度氨气分解时对应生成氢气的初始速率，下列说法正确的是         （  ） A．Fe作催化剂时，氨气分解反应活化能最小 B．氨气分解达到平衡时，单位时间内N≡N键断裂数目和N —H键形成数目相同 C．低压有利于提高N2和H2产率 D．高温有利于提高工业合成氨产率 【答案】C 【详解】A．氨气分解反应活化能最大的即是反应速率最慢的，Ru作催化剂时，氨气分解反应活化能最小，A项错误； B．氨气分解达到平衡时，单位时间内 键断裂数目和N-H键形成数目之比为 1:6，B项错误； C．降低压强，反应2NH3(g) N2(g)+3H2(g)正向移动，有利于提高N2和H2产率，C项正确； D．高温使反应N2(g) +3H2(g)2NH3(g)逆向进行，不利于平衡向生成氨的方向移动，不利于提高合成氨的产率，选择高温主要基于速率考虑，D项错误； 故选：C。 6．目前工业上利用甲烷催化裂解生产不含一氧化碳和二氧化碳的清洁氢气。该过程多用铁、钴和镍等过渡金属纳米催化剂：，已知温度升高，甲烷的平衡转化率增大。下列有关说法不正确的是 A．甲烷裂解属于吸热反应 B．在反应体系中加催化剂，反应速率增大 C．增大体系压强，不能提高甲烷的转化率 D．在以上时，甲烷的转化率很高，但几乎得不到C，是因为该反应为放热反应 【答案】D 【详解】根据温度升高，甲烷的平衡转化率增大，可知甲烷裂解属于吸热反应，A正确，D错误；催化剂能加快化学反应速率，B正确；甲烷发生裂解，反应后气体体积增大，故增大压强，平衡向逆反应方向移动，C正确。 7．工业合成甲醇的原理为，其工艺流程如图所示。下列叙述正确的是 A．“干燥净化”的目的是防止催化剂失活 B．合成甲醇时压强越大越好 C．“冷却装置”能提高原料平衡转化率和反应速率 D．采用“高温”有利于提高甲醇的平衡产率 【答案】A 【详解】步骤①中“净化”是除去杂质以防止铁触媒中毒失活，确保工业生产过程中的效率和产品质量，故A正确；是气体体积减小的反应，增大压强可以使平衡正向移动，增大反应物的转化率，但压强过大会增加对设备材料和制造的要求，提高投资费用，在实际生产中，压强的选择并不是越大越好，而是需要综合考虑多个因素，故B错误；是放热反应，“冷却装置”能提高原料平衡转化率，但不能提高反应速率，故C错误；是放热反应，采用“高温”不利于提高甲醇的平衡产率，故D错误。 8．（25-26高二上·湖北·期中）工业合成氨不仅解决了粮食问题，还为工业、国防和能源领域提供了关键支撑。合成氨的流程图如下，已知，，下列说法正确的是 A．步骤①的目的是为了防止混入杂质使催化剂中毒 B．步骤②中“加压”不仅可以提高原料的转化率，还加快反应速率，所以生产中压强越大越好 C．步骤④中反应温度提高至800℃，反应速率加快且催化剂的活性更高 D．步骤④⑤⑥均有利于提高原料的平衡转化率 【答案】A 【分析】合成氨是放热、气体分子数减少的反应。步骤①干燥净化：除去杂质，防止催化剂中毒；步骤②加压：增大压强，平衡正向移动，提高氨的产率；步骤③热交换：利用反应放热预热原料气，节约能源；步骤④ 铁触媒（400-500℃）：催化剂加快反应速率，此温度是催化剂活性最佳温度（虽温度升高平衡逆向，但速率优先）；步骤⑤ 液化分离：分离出液态，使平衡正向移动，提高原料利用率；步骤⑥循环：未反应的、循环利用，提高原料转化率。 【详解】A．净化反应气是为了防止催化剂中毒，A正确； B．加压不仅可以提高原料的转化率，还加快反应速率，但也要考虑生产效率和成本，要选择合适的压强，不是压强越大越好，B错误； C．催化剂铁触煤活性温度为400-500℃，温度过高催化剂活性降低，反应速率减慢，C错误； D．第④步使用催化剂平衡不移动，不能提高原料的平衡转化率，D错误； 故答案选A。 9．（25-26高二上·四川·期中）有关工业合成氨反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)  ΔH<0，下列说法错误的是 A．在工业合成氨中N2、H2循环利用的目的是提高N2和H2的利用率 B．甲烷POM法制氢气：  ΔH<0，实际生产中若选用常温常压条件可以增大生产效益 C．当N2和H2投料比(物质的量之比)为1：3时，达到平衡时氨的体积分数最大 D．合成塔利用热交换控制体系温度为400~500℃，该温度下催化剂铁触媒活性最大 【答案】B 【详解】A．在工业合成氨中，未反应的N2和H2循环利用是为了提高原料利用率，减少浪费，A正确； B．甲烷POM法制氢气为放热反应，低温虽有利于平衡，但常温下催化剂活性可能不足，反应速率过低，实际生产中需适当温度以保证效率，选用常温常压并不能有效提高生产效益，B错误； C．按化学计量比1:3投料N2和H2时，平衡时NH3的体积分数最大，C正确； D．合成塔温度控制在400~500℃是因为铁触媒在此温度范围内活性最高，尽管高温不利于放热反应的平衡，但需兼顾催化剂活性和反应速率，D正确； 故答案选B。 10．（25-26高二上·安徽·期中）工业合成氨的流程如图所示，下列说法错误的是 A．步骤③中500℃时催化剂活性较高 B．液化分离，减小生成物浓度，提高原料的平衡转化率 C．适当延长反应时间，可以提高合成氨的平衡产率 D．升高温度会导致原料的平衡转化率降低 【答案】C 【分析】N2和H2净化干燥除去杂质后，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；据此作答。 【详解】A．由图可知，催化合成氨的反应温度为500℃，说明500℃时催化剂活性较高，A正确； B．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，B正确； C．当反应达到平衡时，延长反应时间，平衡不移动，平衡产率不变，C错误； D．合成氨反应为放热反应，升高温度使平衡逆向移动，导致原料的平衡转化率降低，D正确； 故答案选C。 二、非选择题 11．醇烃化新技术是近几年合成氨工业净化精炼原料气、除去少量的一种新方法。其原理可分为甲醇化和甲烷化两个部分。 甲醇化：     甲烷化：     (1)下列措施有利于提高醇烃化过程中转化率的是___________(填字母)。 A．及时分离出 B．适当升高反应温度 C．使用高效的催化剂 D．适当增大压强 (2)甲醇化平衡常数可用表示；为平衡组分中各物质的物质的量分数。若与混合原料气中的体积分数为，经甲醇化后的平衡转化率为w，则___________(用含w的表达式表示)。 (3)测试两种催化剂在不同压强和温度条件下，甲醇化过程中催化效率如图所示： 从上图可知选择哪种催化剂较好___________(填a或b)，理由是___________。 【答案】(1)AD (2) (3) b 达到较高催化效率时的压强小，达到较高催化效率时温度低且受温度影响小 【详解】(1)及时分离出，平衡向正反应方向移动，转化率增大，故A正确；反应为放热反应，升高反应温度，平衡逆向移动，转化率减小，故B错误；使用高效的催化剂，催化剂不影响化学平衡，故C错误；反应为气体体积减小的反应，适当增大压强，平衡正向移动，转化率增大，故D正确； (2)与混合原料气中的体积分数为，设参与反应的为，则为，经甲醇化后的平衡转化率为w，列三段式： 根据； (3)由图可知，b催化剂达到较高催化效率时的压强小，达到较高催化效率时温度低且受温度影响小，故选择b催化剂。 12．乙酸制氢具有重要意义，发生的反应如下： 热裂解反应： 脱羧基反应： (1)请写出与反应生成甲烷的热化学方程式：___________。 (2)在密闭容器中，利用乙酸制氢，选择的压强为___________(填“高压”或“常压”)。其中温度与气体产率的关系如图所示： ①约之前，脱羧基反应活化能低，速率快，故氢气产率低于甲烷；之后氢气产率高于甲烷，理由是随着温度升高，热裂解反应速率加快，同时___________。 ②保持其他条件不变，在乙酸气中掺杂一定量水，氢气产率显著提高而的产率下降，请分析原因：___________。 (3)若利用合适的催化剂控制其他副反应，温度为时达到平衡，总压强为，热裂解反应消耗乙酸，脱羧基反应消耗乙酸体积分数为___________；脱羧基反应的平衡常数为___________(为以分压表示的平衡常数，分压=总压×体积分数，计算结果用最简式表示)。 【答案】(1) (2) 常压 热裂解反应正向进行，而脱羧基反应逆向进行 和在高温下反应生成和 (3) 【详解】(1)根据盖斯定律得，； (2)正反应气体系数和增大，减压有利于平衡正向移动，利用乙酸制氢，选择的压强为常压； ①热裂解正反应吸热、脱羧基反应正反应放热，升高温度，热裂解反应速率加快，热裂解反应正向进行，而脱羧基反应逆向进行，所以之后氢气产率高于甲烷； ②和在高温下反应生成和，所以在乙酸气中掺杂一定量水，氢气产率显著提高而的产率下降； (3)设通入乙酸的物质的量为，热裂解反应消耗乙酸，则反应生成、氢气；脱羧基反应消耗乙酸，则反应生成甲烷、二氧化碳，剩余乙酸；容器内气体总物质的量是体积分数为；脱羧基反应的平衡常数。 13．近年来我国大力加强温室气体CO2的转化研究，如催化氢化合成甲醇技术的工业化量产研究，实现可持续发展。回答下列问题： (1)已知：CO2(g)+H2(g)⇌H2O(g)+CO(g)ΔH1＝+41.1kJ•mol﹣1 CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g) ΔH2＝﹣90.0kJ•mol﹣1 写出CO2催化氢化合成甲醇的热化学方程式 _____。 (2)为提高CH3OH(g)的产率，理论上应采用的条件是 _____(填序号)。 a．高温高压 b．低温低压 c．高温低压 d．低温高压 (3)250℃时，在恒容密闭容器中由CO2(g)催化氢化合成CH3OH(g)，如图为不同投料比[ ]时某反应物X的平衡转化率的变化曲线。反应物X是 _____(填“CO2”或“H2”)。 (4)催化剂和反应条件与反应物的转化率和产物的选择性高度相关。控制相同投料比和相同反应时间，得到如下四组实验数据： 实验编号 温度/K 催化剂 CO2的转化率/% 甲醇的选择性/% A 543 纳米棒 12.3 42.3 B 543 纳米片 11.9 72.7 C 553 纳米棒 15.3 39.1 D 553 纳米片 12.0 70.6 根据上表所给数据，用CO2生产甲醇的最优条件为 _____(填实验编号)。 (5)一定条件下CO2能与N2发生反应：N2(g)+CO2(g)⇌C(s)+2NO(g)。某温度下，若向2L体积恒定的密闭容器中充入等物质的量的N2和CO2，其中N2、NO物质的量随时间变化的曲线如图所示： ①图中B点v正_____v逆(填“＞”“＜”或“＝”)。 ②第10min时，外界改变的条件可能是 _____(填字母)。 A．加催化剂 B．增大C(s)的物质的量 C．减小CO2的物质的量 D．升温 E.降温 【答案】(1)CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)∆H＝﹣48.9kJ/mol (2)d (3)CO2 (4)B (5) ＞ AD 【详解】（1）已知：①CO2(g)+H2(g)⇌H2O(g)+CO(g)ΔH1＝+41.1kJ•mol﹣1，②CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g) ΔH2＝﹣90.0kJ•mol﹣1，由盖斯定律①+②可得CO2催化氢化合成甲醇的热化学方程式为：CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)∆H＝+41.1kJ•mol﹣1+(﹣90.0kJ•mol﹣1)＝﹣48.9kJ/mol，故答案为：CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)∆H＝﹣48.9kJ/mol； （2）反应正向放热，降低温度有利于平衡正向移动，提高CH3OH(g)的产率，反应正向体分子数减小，增大压强，有利于平衡正向移动，提高CH3OH(g)的产率，故为提高CH3OH(g)的产率，理论上应采用的条件是低温高压，故答案为：d； （3）横坐标可看作CO2充入量一定，增大氢气的充入量，平衡正向移动，CO2转化率增大，氢气转化率变小，故反应物X是CO2，故答案为：CO2； （4）由数据可知，纳米片作催化剂，甲醇的选择性高，对比B、D，温度升高，CO2的转化率增大，但甲醇的选择性降低，故最佳条件为B，故答案为：B； （5）①由图可知，B点时的物质的量在继续减小，NO的物质的量在继续增加，故反应正向进行，v正＞v逆，故答案为：＞； ②A．加催化剂，反应速率加快，故A正确； B．增大C(s)的物质的量，反应速率不变，故B错误； C．减小CO2的物质的量，反应正向进行，反应速率减小，故C错误； D．升温，反应速率加快，反应正向进行，故D正确； E．降温，反应速率减慢，故E错误； 故答案为：AD。 14．（25-26高二上·浙江·期中）合成氨是人类科学技术上的一项重大突破。 (1)已知相关数据如下： 化学键 键能 436.0 946.0 391.2 反应：  _______，_______0。(填“>”“＜”或“=”) (2)工业合成氨流程示意图如图： ①下列有关说法正确的是_______。 A．原料气干燥净化的核心目的是制得更高纯度的 B．设备是对原料气进行加压，目的是加快反应速率，提高反应物转化率 C．热交换器的主要作用是降低反应体系温度，使合成氨反应平衡正向移动 D．物质是液氨 ②用碰撞理论解释，工业上为什么通常在而非常温下进行合成氨反应_______。 (3)是工业制备硝酸的重要原料，其中的重要步骤有氧化反应：。该反应机理如下。 第一步(快速平衡)   第二步(慢反应)   ①第_______步反应是反应的决速步骤。 ②请在下列坐标系中补充完整：的反应过程-能量示意图_______。 ③实验发现，当其他条件相同，升高温度时，与反应生成的速率反而减慢，请结合反应机理加以解释。_______。 【答案】(1) ＜ (2) 催化剂活性最大，活化分子百分数高，有效碰撞频率大，反应快 (3) 二     第一步反应迅速达到平衡，温度升高第一步平衡逆向移动，使浓度降低，浓度降低的影响大于温度升高影响，第二步决速反应减慢 【分析】氮气和氢气混合气体净化干燥后，经过设备A压缩机加压，进入热交换加热后在催化剂作用下发生反应生成氨气，再经过热交换后冷却分离出物质B液态氨，未反应完的氮气和氢气可循环利用； 【详解】（1）根据反应焓变=反应物的键能之和-生成物的键能之和，可得，该反应正方向气体分子数减少，故； （2）①A．原料气干燥净化的核心目的是防止混有的杂质（如H2S等）使催化剂中毒，A错误； B．压强增大，反应速率加快，平衡正向移动，从而提高反应物的转化率，故使用设备A对原料气进行加压处理，B正确； C．热交换器的主要作用是回收反应余热，预热原料气，提高能源利用效率，并降低出塔气体的温度，便于液化分离产物NH3，C错误； D．产物混合气经冷却后，将NH3液化分离，未反应的N2和H2循环利用，故物质B是液氨，D正确； 故选BD； ②工业上通常在400~500℃下进行合成氨反应，不在常温下进行反应是因为400~500℃时催化剂活性最大，活化分子百分数高，有效碰撞频率大，反应速率更快； （3）①反应的决速步骤为反应速率最慢的一步基元反应，第二步为慢反应，则第二步反应为决速步骤； ②反应的活化能越大，反应速率越慢，第一步的快反应和第二步的慢反应都是反应物总能量大于生成物总能量的放热反应，且第一步反应的活化能小于第二步，则的反应过程-能量示意图为； ③当其他条件相同，升高温度时，与反应生成的速率反而减慢，原因是第一步反应迅速达到平衡，温度升高第一步平衡逆向移动，使浓度降低，浓度降低的影响大于温度升高影响，第二步决速反应减慢。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $ 第13讲 化学反应的调控 内容导航 01 预习航标 → 析目标·明方向：预习导航精准定向 02 教材全解 → 析教材·学新知：情境概念深度构 情境启思：从生活或问题出发，激发兴趣 深研精炼：聚焦常考要点，学会解题思路 即练固基：趁热打铁练一练，巩固刚学内容 03过关检测 → 练考点·强落实：过关检测分层提 预习目标 1.了解合成氨反应的特点以及外部条件对合成氨反应的影响。 2.了解合成氨生产的主要流程。 3.了解工业生产条件选择的依据和原则，学会控制反应条件提高产率。 4.掌握化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产和科学研究领域中的分析方法。 预习重点 工业合成氨条件的选择、化学反应调控的基本措施和一般原则 预习难点 工业合成氨条件的选择 情｜境｜启｜思 化工生产要求的基本原则是生产效率高、高原料利用率、低经济成本。而化学反应一般是温度越高、压强大反应速率越大，这对设备的要求就高，需要投入大成本设备，所以怎么去获得较高的收益？就需要通过本节内容学习，学会去调控化学反应。 深｜研｜精｜炼 知识点01 合成氨反应 1.反应原理 N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH = -92.4 kJ·mol-1 2.反应特点 自发性 常温(298 K)下，∆H-T∆S 0,能自发进行。 可逆性 反应为可逆反应。 体积变化(熵变) ∆S 0,正反应是气体体积减小的反应 焓变 ∆H 0,是放热反应 合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)在298 K时平衡常数K=4.1×106,只能说明该反应在此条件下正向进行得较 ，不能说明反应速率的快慢。 3.合成氨反应条件选择 (1)原理分析 根据合成氨反应的特点，为增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，可采取的措施如表: 对合成氨反应的影响 影响因素 浓度 温度 压强 催化剂 增大合成氨的反应速率 反应物浓度 提高平衡混合物中氨的含量 反应物浓度、 生成物浓度 当温度、压强一定时，按反应物的 投料，平衡时生成物的百分含量最 。故起始时N2与H2的体积比为1:3时，平衡时混合物中氨的含量最 。 (2)数据分析 不同温度、压强条件下，合成氨反应达到化学平衡时(初始时氮气和氢气的体积比为1:3)反应混合物中氨的含量(体积分数) 温度/℃ 氨的含量/% 0.1MPa 10MPa 20MPa 30MPa 60MPa 100MPa 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.20 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.40 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.10 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.50 9.10 13.8 23.1 31.4 分析表格数据可知，① 压强有利于提高达到化学平衡时混合物中氨的含量；② 温度有利于提高达到化学平衡时混合物中氨的含量。 (3)结论分析 ①升高温度、增大压强、增大反应物浓度及使用催化剂等，都可以使合成氨的反应速率 。 ②降低温度、增大压强、增大反应物浓度等有利于提高平衡混合物中氨的 。 4.合成氨的适宜条件 压强 ①合成氨反应是反应前后气体分子数减小的反应，增大压强，既可以增大反应速率，又能使平衡正向移动，提高产率，所以理论上压强越大越 。 ②压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，压缩H2和N2所需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能会降低综合经济效益。 综合考虑，实际生产中压强一般为 。 温度 ①因为合成氨反应是放热反应，所以降低温度有利于平衡正向移动。 ②温度越低，反应速率越小，达到平衡所需要的时间越长，这在工业生产中是很不经济的，因此温度不宜太低。 ③催化剂在一定温度下催化活性达到最大。 综合考虑，实际生产中温度一般为 (主要考虑催化剂的 )。 催化剂 即使在高温、高压下，合成氨反应仍然进行得十分缓慢。使用催化剂能改变反应历程，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。目前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 。铁触媒在 左右时活性最大。 浓度 即使是在500℃和30 MPa下，以氮气和氢气体积比为1:3投料，合成氨反应达到平衡时，混合物中NH3的体积分数也只有26.4%,N2和H2的转化率仍不够高。在实际生产中，还需要考虑浓度对化学平衡的影响，例如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，使平衡向生成NH3的方向移动，以及将分离NH3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，以利于合成氨反应的进行。 催化剂“中毒” 因吸附或沉积毒物而使催化剂活性 或丧失的过程，称为催化剂“中毒”。催化剂“中毒”后，会严重影响生产的正常进行。对于合成氨反应中的铁触媒催化剂，O2、CO、CO2和水蒸气等都能使其“中毒”,工业上为了防止催化剂“中毒”,要把反应物加以净化，以除去“毒物”。 【例1】下图所示为工业合成氨的流程图。有关说法错误的是 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．产品液氨除可生产化肥外，还可用作制冷剂 【解题要点】因吸附或沉积毒物而使催化剂活性降低或丧失的过程，称为催化剂“中毒”。 【即练1】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 【即练2】2018年是哈伯因发明用氮气和氢气合成氨的方法而获得诺贝尔奖100周年。和生成的反应为，在Fe的催化作用下的反应历程如下（*表示吸附态） 化学吸附：；。 表面反应：；。 脱附：。 其中，的吸附分解反应活化能高、反应速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。请回答下列问题： （1）有利于提高合成氨平衡产率的条件有 。 A．低温    B．高温    C．低压     D．高压    E催化剂 （2）实际生产中，常用铁触媒作催化剂，控制温度为773K左右，压强为左右，原料气中和物质的量之比为1:2.8。分析说明原料气中过量的两个理由 、 。 （3）关于合成氨工艺的下列理解，正确的是 。 A．合成氨反应在不同温度下的和都小于零 B．当温度压强一定时，在原料气（和的比例不变）中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率 C．易液化，不断将液氨移去，有利于反应正向进行 D．分离空气可得通过天然气和水蒸气转化可得原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和发生安全事故 知识点02 化学反应的调控 1.控制反应条件的目的 (1)促进有利的化学反应：通过控制反应条件，可以加快化学反应 ，提高反应物的 和目标产物的选择性，从而促进有利的化学反应进行。 (2)抑制有害的化学反应：通过控制反应条件，也可以减缓化学反应速率，减少甚至消除有害物质的产生或控制副反应的发生，从而抑制有害的化学反应继续进行。 2.控制反应条件的基本措施 外界条件 反应速率因素 平衡移动因素 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 合适的催化剂 无影响 加入合适的催化剂 温度 高温 ∆H＜0 低温 兼顾速率和平衡，并考虑催化剂的适宜温度 ∆H＞0 高温 在设备和能源条件允许的前提下，尽可能采取高温并选取适宜的催化剂 压强 高压(有气体参加) ∆n(g)＜0 高压 在设备条件允许的前提下，尽可能采取高压 ∆n(g)＞0 低压 兼顾速率和平衡，选择适宜的压强 3.选择化工生产适宜条件的一般原则 角度 原理 从化学反应速率分析 既不能过快使反应不可控，又不能太慢使生产效率低下 从化学平衡移动分析 既要注意外界条件对速率和平衡的影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性 从原料的利用率分析 增加易得廉价原料的投料，以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 注意催化剂的活性对温度的限制 【例2】在硫酸工业中，通过下列反应：，下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时的转化率。下列说法正确的是 温度/ 平衡时的转化率 0.1MPa 0.5MPa 1MPa 5MPa 10MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 A．工业上通入过量空气的主要目的是加快反应速率 B．回收尾气中的仅为了防止空气污染 C．采用常压条件是因为常压下的转化率足够高，增大压强会增加设备成本 D．选择的较高温度既提高反应速率也提高平衡转化率 【解题要点】增加易得廉价原料（过量空气）的投料，以提高难得高价原料（二氧化硫）的利用率，从而降低生产成本 【即练3】工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯：，在容积固定的密闭容器中，投入等物质的量和CO，测得相同时间内CO的转化率随温度的变化如图所示。下列说法不正确的是 A．增大压强，甲醇转化率减小 B．点反应速率 C．平衡常数：，反应速率： D．生产时反应温度控制在为宜 【即练4】化学反应的调控对于工业生产具有积极意义，下列关于调控措施的说法错误的是 A．硫酸工业中，在高温高压、催化剂作用下，可提高生产效益 B．硫酸工业中，为提高的转化率，可通入稍过量的空气 C．工业合成氨，考虑催化剂的活性，选择的反应温度 D．工业合成氨，迅速冷却、液化氨气是为了使化学平衡向生成氨气的方向移动 一、单选题 1．硫酸工业中，通过下列反应使转化为，下列关于该过程实际生产中条件选择的说法错误的是 A．选择温度为是综合考虑了速率和平衡 B．选择压强为常压主要是出于控制成本角度考虑 C．通入过量空气可以提高的转化率 D．回收利用尾气中的，可以防止环境污染，同时提高其转化率 2．（25-26高一下·浙江台州·期中）工业上利用氢气与氮气在高温、高压、催化剂作用下制取氨气：，下列有关说法中不正确的是 A．在工业生产中，该反应采用的压强通常为，是考虑到压强越大，对动力和生产设备的要求也越高 B．在上述条件下，不可能完全转化为 C．合成氨的生产在温度较低时，氨的产率较高 D．达到平衡时，和的浓度之比为1：3：2 3．二甲醚是一种新型能源，由合成气(组成为和少量)直接制备二甲醚：  。下列措施中不能提高制备二甲醚反应速率的是 A．适当增大反应体系的压强 B．选择使用合适的催化剂 C．增加合成气的用量 D．将液化并及时抽走 4．化学反应的调控，就是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。工业上选用五氧化二钒作催化剂生产，在、常压时发生反应  。下列有关叙述不正确的是 A．工业生产的反应条件选择要结合设备条件、安全操作、经济成本及环境保护、社会效益等因素 B．反应时生成的热气体经如图所示装置进行热交换，预热混合气体，冷却反应后生成的气体，有利于提高反应速率和提高的转化率 C．对原料气进行净化处理可有效防止催化剂中毒 D．反应选择在进行主要是为了提高的转化率 5．合成氨的热化学方程式为N2(g) +3H2(g)2NH3(g) ∆H= -92.4 kJ/mol ，如图所示为相同温度下，在等量的不同催化剂作用下，某浓度氨气分解时对应生成氢气的初始速率，下列说法正确的是         （  ） A．Fe作催化剂时，氨气分解反应活化能最小 B．氨气分解达到平衡时，单位时间内N≡N键断裂数目和N —H键形成数目相同 C．低压有利于提高N2和H2产率 D．高温有利于提高工业合成氨产率 6．目前工业上利用甲烷催化裂解生产不含一氧化碳和二氧化碳的清洁氢气。该过程多用铁、钴和镍等过渡金属纳米催化剂：，已知温度升高，甲烷的平衡转化率增大。下列有关说法不正确的是 A．甲烷裂解属于吸热反应 B．在反应体系中加催化剂，反应速率增大 C．增大体系压强，不能提高甲烷的转化率 D．在以上时，甲烷的转化率很高，但几乎得不到C，是因为该反应为放热反应 7．工业合成甲醇的原理为，其工艺流程如图所示。下列叙述正确的是 A．“干燥净化”的目的是防止催化剂失活 B．合成甲醇时压强越大越好 C．“冷却装置”能提高原料平衡转化率和反应速率 D．采用“高温”有利于提高甲醇的平衡产率 8．（25-26高二上·湖北·期中）工业合成氨不仅解决了粮食问题，还为工业、国防和能源领域提供了关键支撑。合成氨的流程图如下，已知，，下列说法正确的是 A．步骤①的目的是为了防止混入杂质使催化剂中毒 B．步骤②中“加压”不仅可以提高原料的转化率，还加快反应速率，所以生产中压强越大越好 C．步骤④中反应温度提高至800℃，反应速率加快且催化剂的活性更高 D．步骤④⑤⑥均有利于提高原料的平衡转化率 9．（25-26高二上·四川·期中）有关工业合成氨反应：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)  ΔH<0，下列说法错误的是 A．在工业合成氨中N2、H2循环利用的目的是提高N2和H2的利用率 B．甲烷POM法制氢气：  ΔH<0，实际生产中若选用常温常压条件可以增大生产效益 C．当N2和H2投料比(物质的量之比)为1：3时，达到平衡时氨的体积分数最大 D．合成塔利用热交换控制体系温度为400~500℃，该温度下催化剂铁触媒活性最大 10．（25-26高二上·安徽·期中）工业合成氨的流程如图所示，下列说法错误的是 A．步骤③中500℃时催化剂活性较高 B．液化分离，减小生成物浓度，提高原料的平衡转化率 C．适当延长反应时间，可以提高合成氨的平衡产率 D．升高温度会导致原料的平衡转化率降低 二、非选择题 11．醇烃化新技术是近几年合成氨工业净化精炼原料气、除去少量的一种新方法。其原理可分为甲醇化和甲烷化两个部分。 甲醇化：     甲烷化：     (1)下列措施有利于提高醇烃化过程中转化率的是___________(填字母)。 A．及时分离出 B．适当升高反应温度 C．使用高效的催化剂 D．适当增大压强 (2)甲醇化平衡常数可用表示；为平衡组分中各物质的物质的量分数。若与混合原料气中的体积分数为，经甲醇化后的平衡转化率为w，则___________(用含w的表达式表示)。 (3)测试两种催化剂在不同压强和温度条件下，甲醇化过程中催化效率如图所示： 从上图可知选择哪种催化剂较好___________(填a或b)，理由是___________。 12．乙酸制氢具有重要意义，发生的反应如下： 热裂解反应： 脱羧基反应： (1)请写出与反应生成甲烷的热化学方程式：___________。 (2)在密闭容器中，利用乙酸制氢，选择的压强为___________(填“高压”或“常压”)。其中温度与气体产率的关系如图所示： ①约之前，脱羧基反应活化能低，速率快，故氢气产率低于甲烷；之后氢气产率高于甲烷，理由是随着温度升高，热裂解反应速率加快，同时___________。 ②保持其他条件不变，在乙酸气中掺杂一定量水，氢气产率显著提高而的产率下降，请分析原因：___________。 (3)若利用合适的催化剂控制其他副反应，温度为时达到平衡，总压强为，热裂解反应消耗乙酸，脱羧基反应消耗乙酸体积分数为___________；脱羧基反应的平衡常数为___________(为以分压表示的平衡常数，分压=总压×体积分数，计算结果用最简式表示)。 13．近年来我国大力加强温室气体CO2的转化研究，如催化氢化合成甲醇技术的工业化量产研究，实现可持续发展。回答下列问题： (1)已知：CO2(g)+H2(g)⇌H2O(g)+CO(g)ΔH1＝+41.1kJ•mol﹣1 CO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g) ΔH2＝﹣90.0kJ•mol﹣1 写出CO2催化氢化合成甲醇的热化学方程式 _____。 (2)为提高CH3OH(g)的产率，理论上应采用的条件是 _____(填序号)。 a．高温高压 b．低温低压 c．高温低压 d．低温高压 (3)250℃时，在恒容密闭容器中由CO2(g)催化氢化合成CH3OH(g)，如图为不同投料比[ ]时某反应物X的平衡转化率的变化曲线。反应物X是 _____(填“CO2”或“H2”)。 (4)催化剂和反应条件与反应物的转化率和产物的选择性高度相关。控制相同投料比和相同反应时间，得到如下四组实验数据： 实验编号 温度/K 催化剂 CO2的转化率/% 甲醇的选择性/% A 543 纳米棒 12.3 42.3 B 543 纳米片 11.9 72.7 C 553 纳米棒 15.3 39.1 D 553 纳米片 12.0 70.6 根据上表所给数据，用CO2生产甲醇的最优条件为 _____(填实验编号)。 (5)一定条件下CO2能与N2发生反应：N2(g)+CO2(g)⇌C(s)+2NO(g)。某温度下，若向2L体积恒定的密闭容器中充入等物质的量的N2和CO2，其中N2、NO物质的量随时间变化的曲线如图所示： ①图中B点v正_____v逆(填“＞”“＜”或“＝”)。 ②第10min时，外界改变的条件可能是 _____(填字母)。 A．加催化剂 B．增大C(s)的物质的量 C．减小CO2的物质的量 D．升温 E.降温 14．（25-26高二上·浙江·期中）合成氨是人类科学技术上的一项重大突破。 (1)已知相关数据如下： 化学键 键能 436.0 946.0 391.2 反应：  _______，_______0。(填“>”“＜”或“=”) (2)工业合成氨流程示意图如图： ①下列有关说法正确的是_______。 A．原料气干燥净化的核心目的是制得更高纯度的 B．设备是对原料气进行加压，目的是加快反应速率，提高反应物转化率 C．热交换器的主要作用是降低反应体系温度，使合成氨反应平衡正向移动 D．物质是液氨 ②用碰撞理论解释，工业上为什么通常在而非常温下进行合成氨反应_______。 (3)是工业制备硝酸的重要原料，其中的重要步骤有氧化反应：。该反应机理如下。 第一步(快速平衡)   第二步(慢反应)   ①第_______步反应是反应的决速步骤。 ②请在下列坐标系中补充完整：的反应过程-能量示意图_______。 ③实验发现，当其他条件相同，升高温度时，与反应生成的速率反而减慢，请结合反应机理加以解释。_______。 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $