第06讲 化学反应的调控（培优讲义）（暑假培优讲义）新高二化学人教版

第06讲 化学反应的调控 内容导航 暑期启航·目标明确：暑期提前规划学习任务，明确阶段目标与提升路径 新知先修·体系构建：提前预习核心知识内容，梳理知识脉络，搭建完整框架 重点突破·方法培优：聚焦重难点知识突破，提炼解题思路，培养高效方法 典例精研·即时提升：精选典型例题深度讲解，掌握解题规律，实现即时提升 分层精练·培优拓展：基础巩固与培优拓展结合，分层训练提升综合应用能力 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。 重点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 （1）自发性：常温(298 K)下，∆H-T∆S 0,能自发进行。 （2）可逆性：反应为可逆反应。 （3）体积变化(熵变)：∆S 0,正反应是气体体积减小的反应。 （4）焓变：∆H 0,是放热反应。 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 【方法技巧】 1、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。 2、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 。 重点02 工业合成氨反应条件的控制 1.合成氨反应条件的选择 工业生产中，必须从反应 和反应 两个角度来选择合成氨的适宜条件，既要考虑提高反应物的转化率，充分利用原料，又要考虑增大反应速率，提高单位时间内的产量，此外还要考虑设备和技术条件。 【方法技巧】 化学反应条件选择的三原则 ①既要注意外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性。 ②既要注意温度、催化剂对反应速率影响的一致性，又要注意催化剂的活性对温度的要求。 ③既要注意理论上的需求，又要考虑化工生产中动力、材料和设备条件。 工业生产中提高综合经济效益的分析 （1）理论探讨 ①提高单位时间内氨的产量(化学反应速率角度)。 ②提高平衡混合物中氨的含量(化学平衡移动角度)。 （2）实际论证 从生产成本、动力、材料、设备等方面对上述理论探讨进一步论证，以得出合理的结论。 2.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。 【方法技巧】 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”。 合成氨反应的解题规律 1.体积差法(恒温恒压下) 3H₂(g)+N₂(g)2NH₃(g) ∆V 3 1 2 2 由化学方程式可知：反应后气体减小的体积 生成氨气的体积。例如，恒温恒压下，V1 L N2和H2的混合气体充分反应后，气体体积变为V2 L,则生成NH3的体积为(V1-V2) L。 2.图像分析 （1）3H₂(g)+N₂(g)2NH₃(g) ∆H＜0,平衡时混合物中氨的含量与温度、压强的关系如图所示： 结论：当其他条件相同时，压强越大，氨的含量越 ；温度越高，氨的含量越 。 （2）速率-时间图像的分析 如图是合成氨反应：3H₂(g)+N₂(g)2NH₃(g) ∆H＜0的速率随时间变化的曲线图。 图像分析： ①t0时，v正、v逆均不为零，说明反应从两个方向 ，由于v正>v逆,所以反应向 方向进行； ②t1时， 反应物浓度，平衡向 方向移动； ③t2时， 生成物浓度，平衡向 方向移动； ④t3时， 压强，平衡向 方向移动； ⑤t4时， 压强，平衡向 方向移动； ⑥t5时， 温度，平衡向 方向移动； ⑦t6时， 温度，平衡向 方向移动； ⑧t7时， N2、H2的浓度， NH3的浓度，平衡向正反应方向移动； ⑨t8时，加入 ，平衡不移动。 解题技巧： 反应达到平衡后，改变条件： ①v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。 重点03 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 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 （1）控制化学反应速率的措施 通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。 （2）提高转化率的措施 通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。 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 重点01合成氨反应 【典例01】（24-25高二下·广东东莞·阶段检测）下列关于工业合成氨反应的调控说法正确的是 A．合成氨时，常采用迅速冷却的方法将氨液化，提高平衡转化率 B．合成氨时为提高平衡转化率，温度越高越好 C．增大浓度，可以提高活化分子百分数，从而加快反应速率 D．合成氨选择压强越高越好，可以加快反应速率，并提高转化率 【即时提升1-1】（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 【即时提升1-2】（24-25高二上·浙江台州·期中）和生成的反应为  ，其中，的分解反应活化能高，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)该反应自发的条件是：___________。 (2)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 (3)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，原料气中和的物质的量之比为1：2.8，分析说明原料气中过量的两个理由：___________。 (4)关于合成氨工艺的说法，正确的是___________。 A．工业上获取一般是采用分离液态空气法 B．工业上获取一般是采用电解水的方式 C．原料气先通过净化是为了防止催化剂中毒 D．该反应温度控制在400-500℃之间，主要是考虑平衡时反应物的转化率 E．热交换的目的是充分利用热量减少能耗，并且有利于下一步氨气的分离 重点02 工业合成氨反应条件的控制 【典例02】（25-26高二上·河南·期末）合成氨工业的生产条件一般为700K、、铁做催化剂，原料气体中，下列分析错误的是 A．不采用常温是基于反应速率的考虑 B．不使用更高压强是基于对生产条件、设备要求考虑 C．使用催化剂是基于反应速率、平衡转化率考虑 D．而不是1：3，是为了提高氮气在催化剂活性中心的占有份额 【即时提升2-1】（25-26高二上·吉林延边·期末）工业合成氨是人类科技的一次重大突破，其反应为  ，其流程示意图如下图Ⅰ，下列说法错误的是 已知：阿伦尼乌斯方程为(Ea为活化能，k为速率常数，R和C为常数) A．工业上通常在400℃-500℃下，进行合成氨反应，因为在常温下，反应物中活化分子数较低，发生有效碰撞次数较少，反应速率较慢 B．流程中干燥净化的目的是除去反应物中的杂质气体，防止催化剂中毒 C．假设现有合成氨催化剂铁触媒时的图像如图Ⅱ中x1线所示，若使用一种新型催化剂合成氨反应条件降为350℃、1MPa，则使用该催化剂下图像为x2线 D．流程中装置A的作用是加压，B处的物质主要是液氨 【即时提升2-2】（25-26高二上·上海·课后作业）氨是一种重要的化工原料，氨的合成和应用是当前的重要研究内容之一。 传统哈伯法合成氨工艺中相关的反应式为：N2+3H22NH3 ΔH<0。 (1)该反应的平衡常数K的表达式为：K=_______。降低温度，K值_______(填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)不同温度、压强下，合成氨平衡体系中NH3的物质的量分数见下表(N2和H2的起始物质的量之比为1:3)。分析表中数据，_______(填温度和压强)时H2转化率最高，实际工业生产不选用该条件的主要原因是_______。 0.1 10 20 30 60 100 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.2 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.4 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.1 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.5 9.1 13.8 23.1 31.4 重点03 化学反应的调控 【典例03】（24-25高二上·辽宁·期中）工业合成甲醇的原理为  H<0，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 【即时提升3-1】．（24-25高二上·河南信阳·期中）温度改变对催化剂活性有影响，评价催化剂的活性参数——空时收率和CO的选择性可表示如下： 空时收率 CO的选择性 某学习小组以反应：  为研究对象，在不同温度下，对四组其他条件都相同的反应物进行研究，经过相同时间小时，测得空时收率、CO的选择性数据如下表所示。 组别 反应温度(℃) 空时收率 CO的选择性(%) ① 130 0.70 72.5 ② 140 0.75 71.0 ③ 150 0.71 55.6 ④ 160 0.66 63.3 下列说法正确的是 A．温度升高，空时收率先增大后减小，说明 B．温度升高，催化剂活性逐渐减弱，对CO的选择性逐渐降低 C．时，CO的选择性最高，说明CO生成的转化率最高 D．综合考虑空时收率和CO的选择性，工业生成时，选择效果最好 【即时提升3-2】．（25-26高二上·河南信阳·期中）、和起始的物质的量分数分别为7.5％、10.5％和82％时，在、和不同压强下发生反应：，的平衡转化率随温度的变化如图所示。下列说法正确的是 A．恒压条件下，增加初始用量，增大 B．该反应在常温常压下进行最有利于提高效益 C．压强大小顺序为 D．其他条件不变，若将、初始用量调整为，则增大 基础巩固 1．（25-26高二下·浙江金华·阶段检测）工业上通常采用铁触媒。在400℃-500℃和10MPa-30MPa的条件下合成氨，下列说法中不正确的是 A．德国化学家哈伯发明了由氮气和氢气合成氨的方法 B．增大压强有利于该反应平衡正向移动 C．该反应低温自发 D．增大氮气的投入量，使平衡正向移动，氮气的转化率增大 2．（25-26高二下·江苏·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．生产糖果，加入食用色素 C．鲜牛奶冷藏，冷链运输 D．洗衣服时使用加酶洗衣粉 3（25-26高二下·四川德阳·阶段检测）某温度下，对可逆反应：  ，下列叙述正确的是 A．加入少量，逆反应速率增大 B．平衡后加入，上述反应的平衡常数增大 C．升高温度时，正反应速率增大，逆反应速率减小 D．压强不变，充入Ar，反应速率减小；体积不变，充入Ar，反应速率不变 4（24-25高二上·广东广州·期末）工业合成氨的反应为  。如图表示反应速率(v)与时间(t)的关系。下列说法正确的是 A．时刻改变的条件是扩大容器体积 B．时刻后的平衡转化率减小 C．合成氨工业中采用循环操作，主要是为了提高平衡时混合物中氨的含量 D．某温度下恒容密闭容器中充入和进行反应(起始浓度分别为和)，达平衡时的转化率为50%，则该温度下此反应平衡常数 5．（25-26高二上·湖北荆州·期末）由Si和耦合加氢的热化学方程式为  ，相同条件下，用Cu、CuO和CuCl分别催化上述反应，一段时间内的转化率如下表所示。 催化剂 Cu CuO CuCl 的转化率/% 7.3 14.3 22.3 下列说法正确的是 A．有利于反应自发进行的条件为高温 B．用Cu作催化剂所需要的活化能大于用CuCl作催化剂 C．分离出产物时，可加快正反应速率，平衡正向移动 D．为了加快化学反应速率，反应温度越高越好，但的平衡转化率减小 6．（25-26高二上·浙江湖州·期末）下图为工业合成氨的流程图，下列说法不正确的是 A．对原料气进行干燥净化处理的目的是防止催化剂中毒 B．热交换过程提高了能量的利用率 C．工业上采用高温高压的条件生产氨气，符合勒夏特列原理 D．合成氨工业中采用循环操作主要是为了提高氮气和氢气的利用率 7．（25-26高二上·四川绵阳·期末）已知：   ΔH<0，向1 L密闭容器中加入1 mol CO和一定量NO2，反应一段时间后达到平衡状态。达到平衡后，下列说法错误的是 A．的浓度一定小于1 mol/L B．加入可提高CO的转化率 C．再充入1 mol ，平衡不移动 D．升高体系温度平衡将正向移动 8．（25-26高二上·浙江嘉兴·期末）在硫酸工业中，通过下列反应使氧化为。下表列出不同温度和压强下，反应达到平衡时的转化率，则下列说法正确的是 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．该反应 B．实际生产中，通入过量空气，主要是提高的转化率 C．实际生产中，采用常压合成，主要是高压转化率提升不明显，设备成本增加 D．实际生产中，选定温度为400~500℃，主要是高温加快化学反应速率 9．（25-26高二上·北京·期末）硫酸工业制法中，反应之一为：。科学家分析其主要反应机理如下。 反应I： 反应II：…… 反应中的能量变化如图。下列说法中不正确的是 A．反应II的热化学方程式为： B．使用作为反应催化剂，降低了反应的 C．通入过量空气，可提高的平衡转化率 D．实际反应温度为，这是综合考虑化学反应速率、化学平衡及催化剂等因素的结果 10．（25-26高二上·青海西宁·期末）有关工业合成氨的说法正确的是 A．使用铁催化剂可提高反应物的平衡转化率 B．增大压强有利于加快反应速率，所以压强越大越好 C．升高温度有利于向合成氨反应方向进行 D．将氨气液化分离后，可提高氨气的产率 11．（25-26高二上·北京东城·期末）已知反应的平衡常数与温度的关系如下： 温度/℃ 700 800 830 1000 平衡常数 0.6 0.9 1.0 1.7 830℃下，时刻向某恒容密闭体系中投入3 mol CO、、和。下列说法正确的是 A．时刻，反应向逆反应方向进行 B．反应达到平衡状态， C．其他条件不变，若提高反应温度，CO的平衡转化率减小 D．混合气体平均密度不变可作为该体系达到平衡状态的判据 12．（25-26高二上·河北·期末）温度为时，在三个容积相同的恒容密闭容器中按如表所示投料进行反应： ，结果如表。实验测得： ，，为速率常数。下列说法错误的是 容器编号 物质的起始浓度 物质的平衡浓度 I 0.8 0.3 0 0.2 Ⅱ 0.8 0.3 0.1 Ⅲ 0.8 0.3 0.6 A．温度为时，该反应的平衡常数为1.6 B．平衡转化率：容器Ⅰ>容器Ⅱ C．达平衡时，容器Ⅲ中的 NH3体积分数大于 D．若温度改变为，容器Ⅰ中达平衡时，满足则 13（25-26高二上·广东·阶段检测）如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③中“升温”既可以加快反应速率，也可以增大化学平衡常数 C．步骤④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和循环再利用，提高和的利用率 14．（24-25高二下·山西·开学考试）在4 L恒容密闭容器中投入2 mol N2和5 mol H2发生合成氨反应：N2(g) + 3H2(g)2NH3(g)  ΔH<0。 (1)若在某条件下合成氨反应2 min后达到平衡，H2变为0.8 mol·L−1，则这2 min内的化学反应速率为(NH3)=___________，N2的转化率为___________，若此时向容器中加入1molN2，1molNH3，则平衡___________(填“正向”、“逆向”或“不”)移动；若此时升高温度K值___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (2)如图为合成氨反应速率(ν)与时间(t)关系的示意图， 由图判断，在t2时刻曲线发生变化的原因可能是___________。 (3)若恒容通入He气使容器内压强增大，则合成氨的化学反应速率___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (4)下列措施中能加快反应速率并提高氢气的转化率的是___________(填字母)。 A．其他条件不变时，压缩容器体积 B．其他条件不变时，升高反应体系温度 C．使用合适的催化剂 D．保持容器体积不变，充入一定量的氮气 (5)实际生产中往往需要将温度控制在一个合适的范围，分析温度不宜过高也不宜过低的原因是___________。 15．（25-26高二上·黑龙江牡丹江·期末）运用化学反应原理研究化学反应有重要意义。 (1)硫酸生产中，涉及反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，不同压强下反应体系中平衡时的百分含量(α%)和温度(T)的关系如图所示。 ①___________(填“＞”或“＜”)；C、D两点的平衡常数：___________(填“＞”“＜”或“=”)。 ②下列能使平衡向正反应方向移动，且能提高的平衡转化率的措施是___________(填标号)。 a．升高温度    b．仅增大的浓度     c．仅增大的浓度 (2)图乙表示反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)  在密闭容器中达到平衡时，由于条件改变而引起反应速率和化学平衡的变化情况，a～b过程中改变的条件可能是___________；b～c过程中改变的条件可能是___________； 培优拓展 16．（25-26高二上·山西临汾·阶段检测）下列事实不能用勒夏特列原理解释的个数 ①反应达平衡后，缩小容器体积可使体系颜色变深 ②工业合成氨，通常采取400℃～500℃的温度下进行 ③打开可乐瓶盖时，有大量气泡逸出 ④实验室常用饱和食盐水除去中的 ⑤铁在潮湿的空气中生锈    ⑥工业上用常压而不采用高压条件合成 A．1 B．2 C．3 D．4 17．（25-26高二上·广东佛山·期中）已知反应：  kJ· mol-1。在一定条件下，该反应达到平衡状态，下列说法正确的是 A．降温，可提高反应物的转化率 B．此时反应不再发生 C．使用催化剂，可以使反应速率增大，平衡向正反应方向移动 D．保持容器内压强不变，向容器中通入氮气，平衡不发生移动 18．（25-26高二上·江苏扬州·期中）合成氨反应为新研制的催化剂可使该反应在常温、常压下进行，以氮气和氢气为反应物的燃料电池是利用氮气的一种新方法。下列说法正确的是 A．合成氨的反应 ΔH>0 B．选用高效催化剂，可降低该反应的∆H C．增大起始n(N2)：n(H2)的比值， 可提高H2的平衡转化率 D．增大压强，可提高反应速率，增大反应的化学平衡常数 19．（25-26高二上·陕西咸阳·期中）工业合成氨对解决人类粮食问题做出了突出的贡献，下列有关说法错误的是 A．在生产中，选用适当的催化剂可以缩短反应达到平衡的时间 B．工业合成氨中未转化的合成气循环利用，可以提高反应物的转化率 C．将生成的氨气及时液化分离，可促进平衡正向移动，加快正反应速率 D．一般选择400~500℃的条件是从反应速率、催化剂活性、设备及成本等多方面考量的结果 20．（25-26高二上·北京·期中）  是工业制硫酸的重要反应，下列说法正确的是 A．工业上选择较高温度的目的是为了提高的平衡转化率 B．使用催化剂能提高反应速率，降低反应的 C．当、、的分子数之比为2:1:2时，说明反应达到了平衡状态 D．其他条件不变，通入过量空气能提高的平衡转化率，但化学平衡常数不变 21．（24-25高二·全国·寒假作业）450℃，一定压强下，在密闭体系中以和为原料，利用铁触媒做催化剂可合成氨：  ＜0。下列说法正确的是 A．温度降为400℃不利于提高反应限度 B．保持压强不变，室温下该反应不能自发进行 C．其他条件不变，若反应在恒容绝热体系中发生，的平衡产率将下降 D．初始充入等物质的量的和，反应一段时间后，若体积分数保持不变，则反应达到平衡状态 22．（25-26高二上·山西·期中）在密闭容器中进行合成甲醇的反应：  。为了在实际生产中同时兼顾反应速率和平衡转化率，以获得最佳的经济效益，需要对反应条件进行综合调控。下列操作中，能同时提高CO的平衡转化率和反应速率的是 A．缩小容器体积 B．加入催化剂 C．降低温度 D．增大浓度 23．（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NH3，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 24．（25-26高二上·云南楚雄·阶段检测）足量碳和在密闭容器中发生反应：，一段时间后达到平衡状态。回答下列问题： (1)增加碳的量，化学反应速率_____（填“增大”“减小”或“不变”）。升高温度，物质的量浓度增大的是_____（填化学式）。 (2)恒压条件下充入，平衡_____（填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”）。平衡常数_____（填“增大”“减小”或“不变”）。 (3)恒容条件下充入，的转化率_____（填“增大”“减小”或“不变”，下同）。恒容条件下通入，再平衡时的物质的量浓度和原平衡相比_____。 (4)恒压下充入，再平衡时的物质的量浓度和原平衡相比_____（填“增大”“减小”或“不变”）。 25．（25-26高二上·广西·阶段检测）合成氨对人类的生存和发展有着重要意义，至今有三位科学家因在该领域的研究获诺贝尔奖。合成氨的反应为：。请回答下列问题： (1)该反应的化学平衡常数表达式_______。 (2)某温度时，将和按一定比例充入恒容容器中，平衡后测得数据如下表： 物质 平衡时各物质 的物质的量 2.00 5.00 1.00 ①该反应可以在_______(填“高温”、“低温”或“任意温度”)条件下自发进行。 ②该温度下，若平衡后，再向平衡体系中加入、和各，此时反应向_______方向(填“正反应”或“逆反应”)进行，结合计算说明理由：_______。 (3)实验测得在某反应容器中充入、，不同温度下分别达到平衡时，混合气中的体积分数随压强变化的曲线如下图所示。 ①温度、、大小关系是_______。 ②点混合气中的体积分数是_______。 ③实际生产中，为提高的转化率，可以采取的措施是_______(至少写两条措施)。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第06讲 化学反应的调控 内容导航 暑期启航·目标明确：暑期提前规划学习任务，明确阶段目标与提升路径 新知先修·体系构建：提前预习核心知识内容，梳理知识脉络，搭建完整框架 重点突破·方法培优：聚焦重难点知识突破，提炼解题思路，培养高效方法 典例精研·即时提升：精选典型例题深度讲解，掌握解题规律，实现即时提升 分层精练·培优拓展：基础巩固与培优拓展结合，分层训练提升综合应用能力 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。 重点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 （1）自发性：常温(298 K)下，∆H-T∆S＜0,能自发进行。 （2）可逆性：反应为可逆反应。 （3）体积变化(熵变)：∆S＜0,正反应是气体体积减小的反应。 （4）焓变：∆H＜0,是放热反应。 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 【方法技巧】 1、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。 2、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。 重点02 工业合成氨反应条件的控制 1.合成氨反应条件的选择 工业生产中，必须从反应速率和反应限度两个角度来选择合成氨的适宜条件，既要考虑提高反应物的转化率，充分利用原料，又要考虑增大反应速率，提高单位时间内的产量，此外还要考虑设备和技术条件。 【方法技巧】 化学反应条件选择的三原则 ①既要注意外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性。 ②既要注意温度、催化剂对反应速率影响的一致性，又要注意催化剂的活性对温度的要求。 ③既要注意理论上的需求，又要考虑化工生产中动力、材料和设备条件。 工业生产中提高综合经济效益的分析 （1）理论探讨 ①提高单位时间内氨的产量(化学反应速率角度)。 ②提高平衡混合物中氨的含量(化学平衡移动角度)。 （2）实际论证 从生产成本、动力、材料、设备等方面对上述理论探讨进一步论证，以得出合理的结论。 2.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。 【方法技巧】 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”。 合成氨反应的解题规律 1.体积差法(恒温恒压下) 3H₂(g)+N₂(g)2NH₃(g) ∆V 3 1 2 2 由化学方程式可知：反应后气体减小的体积等于生成氨气的体积。例如，恒温恒压下，V1 L N2和H2的混合气体充分反应后，气体体积变为V2 L,则生成NH3的体积为(V1-V2) L。 2.图像分析 （1）3H₂(g)+N₂(g)2NH₃(g) ∆H＜0,平衡时混合物中氨的含量与温度、压强的关系如图所示： 结论：当其他条件相同时，压强越大，氨的含量越高；温度越高，氨的含量越低。 （2）速率-时间图像的分析 如图是合成氨反应：3H₂(g)+N₂(g)2NH₃(g) ∆H＜0的速率随时间变化的曲线图。 图像分析： ①t0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； ②t1时，增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动； ③t2时，减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动； ④t3时，增大压强，平衡向正反应方向移动； ⑤t4时，减小压强，平衡向逆反应方向移动； ⑥t5时，升高温度，平衡向逆反应方向移动； ⑦t6时，降低温度，平衡向正反应方向移动； ⑧t7时，增大N2、H2的浓度，减小NH3的浓度，平衡向正反应方向移动； ⑨t8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： ①v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。 重点03 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 （1）控制化学反应速率的措施 通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率。 （2）提高转化率的措施 通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率。 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 重点01合成氨反应 【典例01】（24-25高二下·广东东莞·阶段检测）下列关于工业合成氨反应的调控说法正确的是 A．合成氨时，常采用迅速冷却的方法将氨液化，提高平衡转化率 B．合成氨时为提高平衡转化率，温度越高越好 C．增大浓度，可以提高活化分子百分数，从而加快反应速率 D．合成氨选择压强越高越好，可以加快反应速率，并提高转化率 【答案】A 【详解】A．合成氨反应为可逆反应，将氨液化分离会减小生成物浓度，使平衡正向移动，提高原料平衡转化率，A正确； B．合成氨反应为放热反应，温度越高平衡逆向移动，平衡转化率越低，且过高温度会降低催化剂活性，B错误； C．增大浓度，仅会增加单位体积内活化分子数目，活化分子百分数不变，C错误； D．压强过高会大幅提升设备成本和技术要求，并非压强越高越好，D错误； 故选A。 【即时提升1-1】（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。 【即时提升1-2】（24-25高二上·浙江台州·期中）和生成的反应为  ，其中，的分解反应活化能高，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)该反应自发的条件是：___________。 (2)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 (3)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，原料气中和的物质的量之比为1：2.8，分析说明原料气中过量的两个理由：___________。 (4)关于合成氨工艺的说法，正确的是___________。 A．工业上获取一般是采用分离液态空气法 B．工业上获取一般是采用电解水的方式 C．原料气先通过净化是为了防止催化剂中毒 D．该反应温度控制在400-500℃之间，主要是考虑平衡时反应物的转化率 E．热交换的目的是充分利用热量减少能耗，并且有利于下一步氨气的分离 【答案】(1)低温自发 (2)AD (3)N2断键是决速步，适量提高N2的浓度可以提高整体的化学反应速率 、 适量提高的浓度可以提高的转化率 (4)ACE 【详解】（1）当时反应能自发，由题目可知该反应的、，要使反应自发，需要条件为：低温。 故答案为：低温自发。 （2）对反应 ， 要提高合成氨平衡产率，需要平衡向右移动，则下列措施可行的有： A．低温：该反应放热，降低温度平衡向右移动，有利于提高合成氨平衡产率，A符合题意； B．高温：该反应放热，升高温度平衡向左移动，不利于提高合成氨平衡产率，B不符合题意； C．低压：该反应为气体体积减小的反应，降低压强平衡向左移动，不利于提高合成氨平衡产率，C不符合题意； D．高压：该反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡向右移动，有利于提高合成氨平衡产率，D符合题意； E．催化剂：催化剂不影响平衡的移动，所以无法改变合成氨平衡产率，E不符合题意； 故答案为：AD。 （3）在合成氨工业中，的制备要比的制备容易，成本更低，适量提高有利于提高的转化率，节约成本；同时的稳定性也比强，断开键比难，适量提高有利于提高的断键比率，提升合成氨的速率。 故答案为：断键是决速步，适量提高的浓度可以提高整体的化学反应速率 、适量提高的浓度可以提高的转化率。 （4）关于合成氨工艺的下列说法中，正确的有： A．工业上获取一般是采用分离液态空气法：合成氨工业中的一般是采用分离液态空气来获得的，A正确； B．工业上获取一般是采用电解水的方式：合成氨工业中的一般是采用从水煤气中分离或由甲烷与水蒸气反应制取分离，B错误； C．原料气先通过净化是为了防止催化剂中毒：‌合成氨原料气中常常含有CO、CO2等杂质，这些杂质会导致催化剂中毒，从而降低其活性甚至使其失去作用，所以要先通过净化除去杂质气体，C正确； D．该反应温度控制在400-500℃之间，主要是考虑平衡时反应物的转化率：合成氨为放热反应，高温平衡向左移动，不利于氨气的产率，但实际生产中却采用了400-500℃，考虑是应该是高温下的反应速率，这样有利于提高单位时间内氨气的产量，D错误； E．热交换的目的是充分利用热量减少能耗，并且有利于下一步氨气的分离：合成氨为放热反应，而反应温度又为400-500℃，将混合气体进行热交换可以充分利用反应放出的热量对反应气体进行预热来减少能耗，E正确； 故答案为：ACE。 重点02 工业合成氨反应条件的控制 【典例02】（25-26高二上·河南·期末）合成氨工业的生产条件一般为700K、、铁做催化剂，原料气体中，下列分析错误的是 A．不采用常温是基于反应速率的考虑 B．不使用更高压强是基于对生产条件、设备要求考虑 C．使用催化剂是基于反应速率、平衡转化率考虑 D．而不是1：3，是为了提高氮气在催化剂活性中心的占有份额 【答案】C 【详解】A．不采用常温是因为合成氨反应在常温下速率极慢，提高温度可显著加快反应速率，尽管升高温度不利于平衡正向移动(放热反应)，但速率因素是主要考虑，A正确； B．更高压强虽有利于平衡正向移动(气体分子数减少)，但过高压强对设备材料、密封性和成本要求极高，工业上选择适中压强是基于实际生产条件和经济效益的权衡，B正确； C．催化剂仅能加快反应速率，缩短达到平衡的时间，但不能改变平衡常数和平衡转化率(因催化剂同等降低正逆反应活化能)。选项中“基于平衡转化率考虑”的说法错误，C错误； D．实际比例 而非化学计量比 1：3，是因为氮气在催化剂表面的解离吸附是速率控制步骤，适当提高氮气相对份额(氢气略少)可增加其在催化剂活性中心的吸附概率，从而优化反应速率，D正确； 故答案为C。 【即时提升2-1】（25-26高二上·吉林延边·期末）工业合成氨是人类科技的一次重大突破，其反应为  ，其流程示意图如下图Ⅰ，下列说法错误的是 已知：阿伦尼乌斯方程为(Ea为活化能，k为速率常数，R和C为常数) A．工业上通常在400℃-500℃下，进行合成氨反应，因为在常温下，反应物中活化分子数较低，发生有效碰撞次数较少，反应速率较慢 B．流程中干燥净化的目的是除去反应物中的杂质气体，防止催化剂中毒 C．假设现有合成氨催化剂铁触媒时的图像如图Ⅱ中x1线所示，若使用一种新型催化剂合成氨反应条件降为350℃、1MPa，则使用该催化剂下图像为x2线 D．流程中装置A的作用是加压，B处的物质主要是液氨 【答案】C 【详解】A．由题干信息可知，合成氨的反应是一个放热反应，升高温度平衡逆向移动即不利于合成氨，则工业上通常在400℃-500℃下，进行合成氨反应是为了提高反应速率，即因为在常温下，反应物中活化分子数较低，发生有效碰撞次数较少，反应速率较慢，A正确； B．该反应需要使用催化剂，原料气中混有杂质气体将破坏催化剂结构而失去活性，即流程中干燥净化的目的是除去反应物中的杂质气体，防止催化剂中毒，B正确； C．由阿伦尼乌斯方程为(Ea为活化能，k为速率常数，R和C为常数)可知，Rlnk与关系的直线的斜率为-Ea，即斜率绝对值越大，Ea越大，由题干图示信息可知，x2斜率的绝对值比x1的大，即Ea2更大，假设现有合成氨催化剂铁触媒时的图像如图Ⅱ线所示，若使用一种新型催化剂合成氨反应条件降为350℃、1MPa，即新型催化剂的活化能更小，故使用该催化剂下图像不可能为线，C错误； D．由题干信息可知，合成氨的反应是一个气体体积减小的方向，增大压强平衡正向移动，有利于合成氨，流程中装置A的作用是加压，且氨气易液化，及时分离出NH3也能使平衡正向移动，故B处的物质主要是液氨，D正确； 故答案为：C。 【即时提升2-2】（25-26高二上·上海·课后作业）氨是一种重要的化工原料，氨的合成和应用是当前的重要研究内容之一。 传统哈伯法合成氨工艺中相关的反应式为：N2+3H22NH3 ΔH<0。 (1)该反应的平衡常数K的表达式为：K=_______。降低温度，K值_______(填“增大”“减小”或“不变”)。 (2)不同温度、压强下，合成氨平衡体系中NH3的物质的量分数见下表(N2和H2的起始物质的量之比为1:3)。分析表中数据，_______(填温度和压强)时H2转化率最高，实际工业生产不选用该条件的主要原因是_______。 0.1 10 20 30 60 100 200 15.3 81.5 86.4 89.9 95.4 98.8 300 2.2 52.0 64.2 71.0 84.2 92.6 400 0.4 25.1 38.2 47.0 65.2 79.8 500 0.1 10.6 19.1 26.4 42.2 57.5 600 0.05 4.5 9.1 13.8 23.1 31.4 【答案】(1) 增大 (2) 200℃、100MPa 该温度下反应速率过慢，经济效益低，压强太高，对生产设备要求也高，难以实现 【分析】(1)平衡常数等于生成物的浓度幂之积除以反应物的浓度幂之积；根据温度对平衡移动的影响判断平衡常数的变化； (2)H2转化率最高时，氨气的含量最大；实际生产时要考虑生产成本、设备能否达到要求等方面。 【详解】（1）根据化学方程式可写出平衡常数为，由于反应放热，降低温度平衡向正反应方向移动，则平衡常数增大； （2）200℃、100 MPa时氨气的含量最大，则H2转化率最高，但实际工业生产中，该温度下反应速率过慢，经济效益低，且压强不能太大，因压强太高，对生产设备要求也高，难以实现。 重点03 化学反应的调控 【典例03】（24-25高二上·辽宁·期中）工业合成甲醇的原理为  H<0，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】A．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； B．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； C．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； D．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； 故选A。 【即时提升3-1】．（24-25高二上·河南信阳·期中）温度改变对催化剂活性有影响，评价催化剂的活性参数——空时收率和CO的选择性可表示如下： 空时收率 CO的选择性 某学习小组以反应：  为研究对象，在不同温度下，对四组其他条件都相同的反应物进行研究，经过相同时间小时，测得空时收率、CO的选择性数据如下表所示。 组别 反应温度(℃) 空时收率 CO的选择性(%) ① 130 0.70 72.5 ② 140 0.75 71.0 ③ 150 0.71 55.6 ④ 160 0.66 63.3 下列说法正确的是 A．温度升高，空时收率先增大后减小，说明 B．温度升高，催化剂活性逐渐减弱，对CO的选择性逐渐降低 C．时，CO的选择性最高，说明CO生成的转化率最高 D．综合考虑空时收率和CO的选择性，工业生成时，选择效果最好 【答案】D 【详解】A．根据表格数据，温度升高，空时收率先增大后减少，空时收率与的质量、反应时间、催化剂的体积三个因素有关，温度越高，建立平衡需要的反应时间越少，不能判断的质量的变化，也就无法判断反应的焓变，A错误； B．根据数据，温度升高，CO的选择性先逐渐降低，后又升高，说明反应温度在时副反应较多，随着温度升高，催化剂活性可能逐渐增强，对CO的选择性又逐渐升高，B错误； C．时，CO的选择性最高，只能说明此时的副反应较少，不能说明CO生成的转化率是否最高，C错误； D．在时空时收率达到最高，CO的选择性也较高，副反应较少，因此工业生成时，选择效果最好，D正确； 故选D。 【即时提升3-2】．（25-26高二上·河南信阳·期中）、和起始的物质的量分数分别为7.5％、10.5％和82％时，在、和不同压强下发生反应：，的平衡转化率随温度的变化如图所示。下列说法正确的是 A．恒压条件下，增加初始用量，增大 B．该反应在常温常压下进行最有利于提高效益 C．压强大小顺序为 D．其他条件不变，若将、初始用量调整为，则增大 【答案】C 【详解】A．恒压条件下，增加初始用量，、的浓度等比例减小，相当于减小压强，该反应是气体体积减小的反应，减小压强，平衡逆向移动，的平衡转化率减小，A错误； B．虽然升高温度，SO2的平衡转化率减小，但实际生产当中除了考虑平衡转化率，还需要考虑反应速率和催化剂活性，常温下反应速率较慢，不利于提高效益，B错误； C．该反应前后气体系数之和减小，相同温度下，增大压强，平衡正向移动，SO2的转化率增大，所以，C正确； D．当SO2的量一定时，氧气的用量越大，SO2的平衡转化率越大，其他条件不变，若将SO2、O2初始用量调整为2∶1，相当于减少了氧气的用量，SO2的平衡转化率减小，D错误； 故选C。 基础巩固 1．（25-26高二下·浙江金华·阶段检测）工业上通常采用铁触媒。在400℃-500℃和10MPa-30MPa的条件下合成氨，下列说法中不正确的是 A．德国化学家哈伯发明了由氮气和氢气合成氨的方法 B．增大压强有利于该反应平衡正向移动 C．该反应低温自发 D．增大氮气的投入量，使平衡正向移动，氮气的转化率增大 【答案】D 【详解】A．德国化学家哈伯确实发明了氮气和氢气合成氨的方法，故A正确； B．该反应正反应为气体分子数减小的反应，根据勒夏特列原理，增大压强平衡向气体分子数减少的方向即正向移动，故B正确； C．该反应、，根据时反应自发，低温下较小，可满足，故反应低温自发，故C正确； D．增大氮气的投入量，平衡正向移动，氢气的转化率增大，氮气的总物质的量增大的幅度大于其转化的幅度，故氮气的转化率减小，故D错误； 选D。 2．（25-26高二下·江苏·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．生产糖果，加入食用色素 C．鲜牛奶冷藏，冷链运输 D．洗衣服时使用加酶洗衣粉 【答案】B 【详解】A．盖上锅盖可隔绝氧气，终止燃烧反应，属于调控化学反应的进行，与化学反应调控有关，A不符合题意； B．加入食用色素仅用于改变糖果的色泽，未改变化学反应的速率或限度，与化学反应调控无关，B符合题意； C．冷藏可降低温度，减缓牛奶变质的化学反应速率，属于调控反应条件，与化学反应调控有关，C不符合题意； D．加酶洗衣粉中的酶作为催化剂，可加快污渍分解的反应速率，属于调控化学反应速率，与化学反应调控有关，D不符合题意； 故选B。 3（25-26高二下·四川德阳·阶段检测）某温度下，对可逆反应：  ，下列叙述正确的是 A．加入少量，逆反应速率增大 B．平衡后加入，上述反应的平衡常数增大 C．升高温度时，正反应速率增大，逆反应速率减小 D．压强不变，充入Ar，反应速率减小；体积不变，充入Ar，反应速率不变 【答案】D 【详解】A．W是固体，固体浓度视为常数，增加固体用量不影响反应速率，加入少量W逆反应速率不变，A错误； B．平衡常数仅与温度有关，加入X不改变温度，平衡常数不变，B错误； C．升高温度会增大活化分子百分数，正、逆反应速率均增大，C错误； D．压强不变时充入Ar，容器体积增大，参与反应的气体浓度降低，反应速率减小；体积不变时充入Ar，参与反应的气体浓度不变，反应速率不变，D正确； 故选D。 4（24-25高二上·广东广州·期末）工业合成氨的反应为  。如图表示反应速率(v)与时间(t)的关系。下列说法正确的是 A．时刻改变的条件是扩大容器体积 B．时刻后的平衡转化率减小 C．合成氨工业中采用循环操作，主要是为了提高平衡时混合物中氨的含量 D．某温度下恒容密闭容器中充入和进行反应(起始浓度分别为和)，达平衡时的转化率为50%，则该温度下此反应平衡常数 【答案】D 【分析】反应是气体分子数减少的放热反应，结合v-t图，改变条件后，正逆反应速率都大于原平衡速率，且​，说明平衡不移动，改变的条件应为加入催化剂（催化剂同等程度改变正逆反应速率，不影响平衡），据此解答。 【详解】A．扩大容器体积会使所有气体浓度降低，正逆反应速率都小于原平衡速率，与图中​后速率高于原平衡不符，A错误； B．改变条件后，平衡不移动，因此​的平衡转化率不变，B错误； C．合成氨采用循环操作，是将未反应的​、​分离后重新投入反应，目的是提高原料利用率，提高总产率，循环操作不改变平衡状态，不能提高平衡时混合物中氨的含量（平衡含量由温度、压强等条件决定），C错误； D．和的起始浓度分别为和，平衡时的转化率为50%，根据反应方程式，平衡时、和的浓度为、和，则平衡常数 ，D正确； 故答案为D。 5．（25-26高二上·湖北荆州·期末）由Si和耦合加氢的热化学方程式为  ，相同条件下，用Cu、CuO和CuCl分别催化上述反应，一段时间内的转化率如下表所示。 催化剂 Cu CuO CuCl 的转化率/% 7.3 14.3 22.3 下列说法正确的是 A．有利于反应自发进行的条件为高温 B．用Cu作催化剂所需要的活化能大于用CuCl作催化剂 C．分离出产物时，可加快正反应速率，平衡正向移动 D．为了加快化学反应速率，反应温度越高越好，但的平衡转化率减小 【答案】B 【详解】A．反应ΔH = -80 kJ/mol < 0（放热），气体摩尔数减少（5 mol → 4 mol），ΔS < 0，根据ΔG = ΔH - TΔS，高温时ΔG > 0，非自发。因此，高温不利于自发进行，A错误； B．催化剂通过降低活化能加快反应速率。相同条件下，Cu催化时SiCl4转化率（7.3%）低于CuCl催化时（22.3%），说明Cu催化效果较差，所需活化能更高，B正确； C．分离出产物，生成物浓度降低，逆反应速率减小，平衡正向移动，但反应物浓度不变，分离瞬间正反应速率不变，随后随平衡移动正反应速率逐渐减小，并不会加快正反应速率，C错误； D．升高温度通常加快反应速率，但该反应放热（ΔH < 0），升高温度使平衡逆向移动，SiCl4平衡转化率减小；但温度过高可能引起副反应或催化剂失活，D错误； 故选B。 6．（25-26高二上·浙江湖州·期末）下图为工业合成氨的流程图，下列说法不正确的是 A．对原料气进行干燥净化处理的目的是防止催化剂中毒 B．热交换过程提高了能量的利用率 C．工业上采用高温高压的条件生产氨气，符合勒夏特列原理 D．合成氨工业中采用循环操作主要是为了提高氮气和氢气的利用率 【答案】C 【分析】氮气和氢气经过干燥净化，通过压缩机加压到10~30MPa，通过热交换进入反应室，在催化剂作用下合成氨气，产生的气体经过冷却分离出液态氨气，剩余的氮气和氢气循环使用。 【详解】A．干燥净化的目的是去除原料气中的杂质（如硫化物等），防止杂质使铁触媒中毒，A正确； B．热交换可利用反应后的高温气体预热原料气（节约能源），同时冷却含氨气的混合气体，利于氨气液化分离，提高了能量的利用率，B正确； C．升高温度会降低平衡转化率，不完全符合勒夏特列原理，C错误； D．循环操作能将未反应的氢气和氮气重新送入反应器，提高原料利用率，D正确； 故选C。 7．（25-26高二上·四川绵阳·期末）已知：   ΔH<0，向1 L密闭容器中加入1 mol CO和一定量NO2，反应一段时间后达到平衡状态。达到平衡后，下列说法错误的是 A．的浓度一定小于1 mol/L B．加入可提高CO的转化率 C．再充入1 mol ，平衡不移动 D．升高体系温度平衡将正向移动 【答案】D 【详解】A．CO₂的浓度一定小于1 mol/L，因为反应是可逆的，CO的初始量为1 mol，但反应不可能完全进行到底，生成的CO2物质的量小于1 mol，在1 L容器中浓度小于1 mol/L，无论NO2的量如何变化，该结论均成立，A正确； B．平衡时，增加反应物NO2的浓度，使平衡正向移动，CO的消耗量增加，转化率提高，B正确； C．再充入1 mol N2，N2是惰性气体，在恒容条件下充入惰性气体不改变各反应物的分压，因此平衡不移动，C正确； D．由于，反应为放热反应，升高温度平衡向吸热方向（逆向）移动，而非正向移动，D错误； 故选D。 8．（25-26高二上·浙江嘉兴·期末）在硫酸工业中，通过下列反应使氧化为。下表列出不同温度和压强下，反应达到平衡时的转化率，则下列说法正确的是 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．该反应 B．实际生产中，通入过量空气，主要是提高的转化率 C．实际生产中，采用常压合成，主要是高压转化率提升不明显，设备成本增加 D．实际生产中，选定温度为400~500℃，主要是高温加快化学反应速率 【答案】C 【详解】A．由表格数据可知，压强一定时，升高温度，二氧化硫的转化率减小，说明平衡向逆反应方向移动，说明该反应是放热反应，反应的焓变小于０，A错误； B．实际生产中，通入过量空气，可以增大氧气的浓度，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，B错误； C．由表格数据可知，温度一定时，压强从0.1MPa增至10MPa时，二氧化硫的转化率增大幅度很小，且高压设备成本高，所以实际生产中，采用常压合成，C正确； D．该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，三氧化硫的产率低，所以实际生产中，选定温度为400~500℃，主要是考虑催化剂的活性最佳，D错误； 故选C。 9．（25-26高二上·北京·期末）硫酸工业制法中，反应之一为：。科学家分析其主要反应机理如下。 反应I： 反应II：…… 反应中的能量变化如图。下列说法中不正确的是 A．反应II的热化学方程式为： B．使用作为反应催化剂，降低了反应的 C．通入过量空气，可提高的平衡转化率 D．实际反应温度为，这是综合考虑化学反应速率、化学平衡及催化剂等因素的结果 【答案】B 【详解】A．由题，总反应：，反应 I：，根据盖斯定律，总反应 = 2×反应 I + 反应 II，代入得：，则反应 II 的热化学方程式为： ，A正确； B．催化剂（如）的作用是降低反应的活化能，加快反应速率，但不会改变反应的焓变（），因为焓变只与反应物和生成物的能量差有关，B错误； C．通入过量空气（），根据勒夏特列原理，平衡会向正反应方向移动，从而提高的平衡转化率，C正确； D．实际反应温度选择，是综合考虑了多方面因素：温度过低，反应速率太慢，温度过高，平衡会逆向移动（因为该反应是放热反应），降低产率；也是催化剂的活性温度，D正确； 故答案选B。 10．（25-26高二上·青海西宁·期末）有关工业合成氨的说法正确的是 A．使用铁催化剂可提高反应物的平衡转化率 B．增大压强有利于加快反应速率，所以压强越大越好 C．升高温度有利于向合成氨反应方向进行 D．将氨气液化分离后，可提高氨气的产率 【答案】D 【详解】A. 催化剂（如铁催化剂）仅加快反应速率，但不影响化学平衡，故不能提高平衡转化率，A错误； B. 增大压强虽能加快反应速率并促进平衡正向移动，但过高压强对设备要求苛刻且增加成本，实际生产中需综合考虑，并非越大越好，B错误； C. 合成氨为放热反应（ ），升高温度会使平衡逆向移动，不利于氨的合成，C错误； D. 将氨气液化分离后，生成物浓度降低，平衡正向移动，可提高氨气产率，D正确； 故选D。 11．（25-26高二上·北京东城·期末）已知反应的平衡常数与温度的关系如下： 温度/℃ 700 800 830 1000 平衡常数 0.6 0.9 1.0 1.7 830℃下，时刻向某恒容密闭体系中投入3 mol CO、、和。下列说法正确的是 A．时刻，反应向逆反应方向进行 B．反应达到平衡状态， C．其他条件不变，若提高反应温度，CO的平衡转化率减小 D．混合气体平均密度不变可作为该体系达到平衡状态的判据 【答案】B 【详解】A．830℃下，平衡常数，时刻，，反应向正反应方向进行，A错误； B．设反应达到平衡时，消耗的的物质的量为x，则平衡时有：，。根据，解得，故，B正确； C．平衡常数随温度升高而增大，表明反应的，为吸热反应。提高温度，平衡正向移动，CO平衡转化率增大，C错误； D．恒容密闭体系中，反应前后气体总质量不变，体积不变，混合气体平均密度始终恒定，故不能作为平衡判据，D错误； 故答案为B； 12．（25-26高二上·河北·期末）温度为时，在三个容积相同的恒容密闭容器中按如表所示投料进行反应： ，结果如表。实验测得： ，，为速率常数。下列说法错误的是 容器编号 物质的起始浓度 物质的平衡浓度 I 0.8 0.3 0 0.2 Ⅱ 0.8 0.3 0.1 Ⅲ 0.8 0.3 0.6 A．温度为时，该反应的平衡常数为1.6 B．平衡转化率：容器Ⅰ>容器Ⅱ C．达平衡时，容器Ⅲ中的 NH3体积分数大于 D．若温度改变为，容器Ⅰ中达平衡时，满足则 【答案】D 【详解】A．根据容器I的平衡浓度计算，平衡常数K = = = = 1.6，A正确； B．列三段式可知： 容器I的平衡时转化率为 = 37.5%， 由三段式得容器II平衡时：K = ==1.6，解出x=0.078，可得容器II平衡转化率约为29.06%，因此容器I > 容器II，B正确； C． 由三段式得容器III平衡时：K = ==1.6，解得x=-0.018，故容器III平衡时≈0.564，≈0.318，≈0.854，总浓度≈1.736，体积分数≈ ≈ 0.3249 > 2/9 ≈ 0.2222，C正确； D．在时，= Kc() = 2（因），在时Kc() = 1.6。反应ΔH < 0，Kc随温度升高而减小，Kc() = 2 > Kc() = 1.6，故<，但选项称 < ，D错误； 故答案选D。 13（25-26高二上·广东·阶段检测）如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③中“升温”既可以加快反应速率，也可以增大化学平衡常数 C．步骤④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和循环再利用，提高和的利用率 【答案】B 【详解】A．工业合成氨中，原料气含有的杂质(如硫化物等)会导致催化剂中毒，步骤①“净化”可除去杂质，防止催化剂中毒，A正确； B．升温能提高反应物分子的能量，加快反应速率，但该反应是放热反应，升温平衡逆向移动，K值减小，B错误； C．步骤④液化分离，减小生成物浓度使平衡正向移动，提高原料的平衡转化率，C正确； D．步骤⑤将未反应的和重新返回反应系统，目的是循环再利用，D正确； 故选B。 14．（24-25高二下·山西·开学考试）在4 L恒容密闭容器中投入2 mol N2和5 mol H2发生合成氨反应：N2(g) + 3H2(g)2NH3(g)  ΔH<0。 (1)若在某条件下合成氨反应2 min后达到平衡，H2变为0.8 mol·L−1，则这2 min内的化学反应速率为(NH3)=___________，N2的转化率为___________，若此时向容器中加入1molN2，1molNH3，则平衡___________(填“正向”、“逆向”或“不”)移动；若此时升高温度K值___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (2)如图为合成氨反应速率(ν)与时间(t)关系的示意图， 由图判断，在t2时刻曲线发生变化的原因可能是___________。 (3)若恒容通入He气使容器内压强增大，则合成氨的化学反应速率___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (4)下列措施中能加快反应速率并提高氢气的转化率的是___________(填字母)。 A．其他条件不变时，压缩容器体积 B．其他条件不变时，升高反应体系温度 C．使用合适的催化剂 D．保持容器体积不变，充入一定量的氮气 (5)实际生产中往往需要将温度控制在一个合适的范围，分析温度不宜过高也不宜过低的原因是___________。 【答案】(1) 0.15mol·L-1·min-1 30% 逆向 减小 (2)升温 (3)不变 (4)AD (5)升高温度平衡逆向移动，不利于提高N2的转化率，但温度过低，反应速率缓慢 【详解】（1）若在某条件下合成氨反应2 min后达到平衡，H2变为0.8 mol·L−1； 则2 min内的化学反应速率为(NH3)= 0.15mol·L-1·min-1，N2的转化率为；K= ，若此时向容器中加入1molN2，1molNH3，，则平衡逆向移动；正反应放热，升高温度平衡逆向移动，升高温度K值减小。 （2）由图判断，在t2时刻正逆反应均突然增大，平衡逆向移动，曲线发生变化的原因可能是升高温度。 （3）若恒容通入He气使容器内压强增大，反应物浓度不变，则合成氨的化学反应速率不变。 （4）A．正反应气体物质的量减少，其他条件不变时，压缩容器体积，反应速率加快，平衡正向移动，氢气的转化率增大，故选A；     B．正反应放热，其他条件不变时，升高反应体系温度，平衡逆向移动，氢气的转化率减小，故不选B； C．使用合适的催化剂，平衡不移动，氢气的转化率不变，故不选C；     D．保持容器体积不变，充入一定量的氮气，氮气浓度增大，反应速率加快，平衡正向移动，氢气的转化率增大，故选D； 选AD。 （5）升高温度平衡逆向移动，不利于提高N2的转化率，但温度过低，反应速率缓慢，所以实际生产中往往需要将温度控制在一个合适的范围。 15．（25-26高二上·黑龙江牡丹江·期末）运用化学反应原理研究化学反应有重要意义。 (1)硫酸生产中，涉及反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，不同压强下反应体系中平衡时的百分含量(α%)和温度(T)的关系如图所示。 ①___________(填“＞”或“＜”)；C、D两点的平衡常数：___________(填“＞”“＜”或“=”)。 ②下列能使平衡向正反应方向移动，且能提高的平衡转化率的措施是___________(填标号)。 a．升高温度    b．仅增大的浓度     c．仅增大的浓度 (2)图乙表示反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)  在密闭容器中达到平衡时，由于条件改变而引起反应速率和化学平衡的变化情况，a～b过程中改变的条件可能是___________；b～c过程中改变的条件可能是___________； 【答案】(1) ＞    ＜ b (2)升温     减小SO3浓度 【详解】（1）①取A、D两点，温度相同，压强越大，平衡时SO3的百分含量(α%)越大，A点的α%比D点大，故p1＞p2；该反应为放热反应，T1＜T3，温度升高，K值减小，故KC＜KD； ②a．升高温度，平衡向逆反应方向移动，故a错误； b．仅增大O2的浓度，平衡向正反应方向移动，且能提高SO2的平衡转化率，故b正确； c．仅增大SO2的浓度，平衡向正反应方向移动，但SO2的平衡转化率降低，故c错误； 故答案为：b。 （2）a点正逆反应速率突然增大，所以可能是升温或加压，因为逆反应速率大于正反应速率，说明平衡向逆反应方向移动，所以只能是升温；b点正反应速率瞬间不变，逆反应速率瞬间减小，所以一定是减小了生成物浓度，即减小SO3浓度。 培优拓展 16．（25-26高二上·山西临汾·阶段检测）下列事实不能用勒夏特列原理解释的个数 ①反应达平衡后，缩小容器体积可使体系颜色变深 ②工业合成氨，通常采取400℃～500℃的温度下进行 ③打开可乐瓶盖时，有大量气泡逸出 ④实验室常用饱和食盐水除去中的 ⑤铁在潮湿的空气中生锈    ⑥工业上用常压而不采用高压条件合成 A．1 B．2 C．3 D．4 【答案】D 【详解】勒夏特列原理指出，如果改变影响化学平衡的一个条件（如浓度、压强、温度），平衡将向减弱这种改变的方向移动。以下逐一分析各事实是否能用该原理解释： ①反应 达平衡后，缩小容器体积（增大压强），但反应前后气体分子数不变（均为2），平衡不移动。颜色变深仅因浓度增大，与平衡移动无关，故不能用勒夏特列原理解释。 ②工业合成氨，放热反应，采用400℃～500℃的高温。虽然降低温度有利于平衡正向移动，但高温选择是为了提高催化剂活性和反应速率，该选择是综合考虑反应速率和平衡转化率的结果，主要目的是提高反应速率，而非依据勒夏特列原理提高产率，故不能用勒夏特列原理解释。 ③打开可乐瓶盖时，压强减小，的溶解平衡（）向生成气体的方向移动，产生气泡，符合勒夏特列原理，故能用该原理解释。 ④实验室用饱和食盐水除去中的，涉及平衡 。饱和食盐水提供高浓度，使平衡左移，减少 溶解，而易溶，从而分离，符合勒夏特列原理，故能用该原理解释。 ⑤铁在潮湿空气中生锈是氧化反应（非可逆反应），无化学平衡状态，故不能用勒夏特列原理解释。 ⑥工业合成的方程式为，气体分子数减少，采用常压而非高压。勒夏特列原理要求增大压强以促进正向移动（提高产率），但实际采用常压是出于经济或安全考虑（如成本、设备要求），与原理预测相反，故不能用该原理解释。 综上，不能用勒夏特列原理解释的事实为①、②、⑤、⑥，共4个，故答案选择D。 17．（25-26高二上·广东佛山·期中）已知反应：  kJ· mol-1。在一定条件下，该反应达到平衡状态，下列说法正确的是 A．降温，可提高反应物的转化率 B．此时反应不再发生 C．使用催化剂，可以使反应速率增大，平衡向正反应方向移动 D．保持容器内压强不变，向容器中通入氮气，平衡不发生移动 【答案】A 【详解】A．降温使平衡向放热反应方向移动，该反应正反应放热（ΔH < 0），故平衡正向移动，反应物转化率提高，A正确； B．达到平衡时，正逆反应速率相等，但反应仍在进行（动态平衡），并非不再发生，B错误； C．使用催化剂能同等程度增大正逆反应速率，缩短达到平衡的时间，但不影响平衡移动，故平衡不向正反应方向移动，C错误； D．保持容器内压强不变，向容器中通入氮气，为维持压强不变，容器体积必然增大，导致体系中各组分的分压减小，平衡向气体分子数增大的方向（即逆反应方向）移动。因此平衡发生移动，D错误 答案选A。 18．（25-26高二上·江苏扬州·期中）合成氨反应为新研制的催化剂可使该反应在常温、常压下进行，以氮气和氢气为反应物的燃料电池是利用氮气的一种新方法。下列说法正确的是 A．合成氨的反应 ΔH>0 B．选用高效催化剂，可降低该反应的∆H C．增大起始n(N2)：n(H2)的比值， 可提高H2的平衡转化率 D．增大压强，可提高反应速率，增大反应的化学平衡常数 【答案】C 【详解】A．合成氨为放热反应，ΔH<0，A错误； B．催化剂不改变焓变，B错误； C．其他条件不变，增大起始的比值，相当于氢气量不变时，增加氮气的用量，平衡正向移动，可提高的平衡转化率，C正确； D．增大压强，反应物浓度增加，速率增加，平衡常数只与温度有关，增大压强不改变平衡常数，D错误； 故答案为C。 19．（25-26高二上·陕西咸阳·期中）工业合成氨对解决人类粮食问题做出了突出的贡献，下列有关说法错误的是 A．在生产中，选用适当的催化剂可以缩短反应达到平衡的时间 B．工业合成氨中未转化的合成气循环利用，可以提高反应物的转化率 C．将生成的氨气及时液化分离，可促进平衡正向移动，加快正反应速率 D．一般选择400~500℃的条件是从反应速率、催化剂活性、设备及成本等多方面考量的结果 【答案】C 【详解】A．催化剂能降低反应活化能，加快正、逆反应速率，从而缩短达到平衡所需的时间，但不影响平衡位置或平衡转化率，A正确； B．合成气（N2和H2的混合物）在反应中未完全转化。通过循环利用未反应气体，可使其多次参与反应，从而提高反应物的总转化率，这是工业上提高效率的常用方法，B正确； C．及时分离氨气可降低生成物浓度，促进平衡正向移动，但反应速率由反应物浓度决定，分离氨气后反应物浓度逐渐降低，正反应速率会减慢，C错误； D．合成氨是放热反应，低温虽有利于平衡，但反应速率慢；高温虽加快反应速率，但不利于平衡，且能耗高、设备要求高。铁触媒在400~500℃活性最佳，此温度范围是综合反应速率、催化剂活性、设备耐受性和经济成本后的折中选择，D正确； 故选C。 20．（25-26高二上·北京·期中）  是工业制硫酸的重要反应，下列说法正确的是 A．工业上选择较高温度的目的是为了提高的平衡转化率 B．使用催化剂能提高反应速率，降低反应的 C．当、、的分子数之比为2:1:2时，说明反应达到了平衡状态 D．其他条件不变，通入过量空气能提高的平衡转化率，但化学平衡常数不变 【答案】D 【详解】A．工业上选择较高温度会促使平衡逆向移动，降低SO2的平衡转化率，实际生产中高温是为了加快反应速率而非提高转化率，故A错误； B．催化剂仅加快反应速率，不改变ΔH，故B错误； C．、、的分子数之比为2:1:2，不能判断分子数是否还改变，不能作为平衡状态的判断依据，故C错误； D．通入过量空气，增加O₂浓度使平衡正向移动，提高SO₂转化率，而平衡常数仅与温度有关，温度不变则K不变，故D正确； 选D。 21．（24-25高二·全国·寒假作业）450℃，一定压强下，在密闭体系中以和为原料，利用铁触媒做催化剂可合成氨：  ＜0。下列说法正确的是 A．温度降为400℃不利于提高反应限度 B．保持压强不变，室温下该反应不能自发进行 C．其他条件不变，若反应在恒容绝热体系中发生，的平衡产率将下降 D．初始充入等物质的量的和，反应一段时间后，若体积分数保持不变，则反应达到平衡状态 【答案】C 【详解】A．合成氨反应为放热反应，降低温度利于平衡向正反应方向移动，利于提高反应限度，，A不符合题意； B．合成氨的，，在室温下为有可能小于0，反应有能自发进行，B不符合题意； C．恒容绝热条件下，反应释放热量使温度升高，导致平衡逆向移动，产率下降，C符合题意； D．初始充入等物质的量的和，反应一段时间后， 体积分数物质的量分数，始终保持不变，体积分数不变不能说明反应达到平衡状态，D不符合题意； 故选C。 22．（25-26高二上·山西·期中）在密闭容器中进行合成甲醇的反应：  。为了在实际生产中同时兼顾反应速率和平衡转化率，以获得最佳的经济效益，需要对反应条件进行综合调控。下列操作中，能同时提高CO的平衡转化率和反应速率的是 A．缩小容器体积 B．加入催化剂 C．降低温度 D．增大浓度 【答案】A 【分析】由题意可知，该反应为气体体积减小的放热反应。 【详解】A．缩小体积使气体浓度增大，反应速率加快；同时平衡正向移动，CO转化率提高，故A正确； B．催化剂仅可以加快反应速率，不能改变平衡转化率，故B错误； C．降温虽可以提高CO的平衡转化率，但会降低反应速率，故C错误； D．增大CO浓度可以提高反应速率，但会导致平衡逆向移动，CO的平衡转化率降低，故D错误； 故选A。 23．（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NH3，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】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，据此判断各项； 【详解】A．根据分析，时催化剂活性较高，A正确； B．液化分离，减小生成物浓度，平衡正向移动，原料的平衡转化率提高，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； 故选C。 24．（25-26高二上·云南楚雄·阶段检测）足量碳和在密闭容器中发生反应：，一段时间后达到平衡状态。回答下列问题： (1)增加碳的量，化学反应速率_____（填“增大”“减小”或“不变”）。升高温度，物质的量浓度增大的是_____（填化学式）。 (2)恒压条件下充入，平衡_____（填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”）。平衡常数_____（填“增大”“减小”或“不变”）。 (3)恒容条件下充入，的转化率_____（填“增大”“减小”或“不变”，下同）。恒容条件下通入，再平衡时的物质的量浓度和原平衡相比_____。 (4)恒压下充入，再平衡时的物质的量浓度和原平衡相比_____（填“增大”“减小”或“不变”）。 【答案】(1) 不变 (2) 正向移动 不变 (3) 不变 增大 (4)不变 【详解】（1）碳为固体，增加物质的量对反应速率无影响，反应速率不变；反应焓变大于零，所以升高温度平衡正向移动，CO2浓度减小，CO浓度增大。 （2）恒压下充入N2，容器体积增大，相当于减压，平衡向气体分子数增多的方向移动，即反应平衡正向移动；平衡常数只与温度有关，所以平衡常数K不变。 （3）恒容下充入惰性气体N2，对反应平衡无影响CO2转化率不变；恒容下充入CO2，平衡正向移动，但最终平衡移动结果为CO2浓度仍然增大。 （4）根据PV=nRT，，则恒压时，气体总浓度不变，而平衡常数K=不变，所以气体浓度均不变。 25．（25-26高二上·广西·阶段检测）合成氨对人类的生存和发展有着重要意义，至今有三位科学家因在该领域的研究获诺贝尔奖。合成氨的反应为：。请回答下列问题： (1)该反应的化学平衡常数表达式_______。 (2)某温度时，将和按一定比例充入恒容容器中，平衡后测得数据如下表： 物质 平衡时各物质 的物质的量 2.00 5.00 1.00 ①该反应可以在_______(填“高温”、“低温”或“任意温度”)条件下自发进行。 ②该温度下，若平衡后，再向平衡体系中加入、和各，此时反应向_______方向(填“正反应”或“逆反应”)进行，结合计算说明理由：_______。 (3)实验测得在某反应容器中充入、，不同温度下分别达到平衡时，混合气中的体积分数随压强变化的曲线如下图所示。 ①温度、、大小关系是_______。 ②点混合气中的体积分数是_______。 ③实际生产中，为提高的转化率，可以采取的措施是_______(至少写两条措施)。 【答案】(1) (2) 低温 逆反应 原平衡时。向体系各加入后，，故反应向逆反应方向进行 (3) 增大压强；液化氨气、及时分离出氨气 【详解】（1）平衡常数等于生成物平衡浓度的化学计量数次方乘积除以反应物平衡浓度的化学计量数次方乘积，该反应的化学平衡常数表达式K=； （2）①该反应的为，属于放热反应，且气体分子数由变为，体系熵减小（）。当且时，根据，只有在温度较低时才可能小于0，反应才能自发进行，因此该反应应在低温条件下自发进行； ②原平衡状态下，加入各物质后，、、的物质的量分别为，，由于，反应将向逆反应方向进行； （3）①该反应为放热反应，温度越低越有利于正反应生成，图中曲线对应的体积分数最高，说明在时正反应最有利； ②点体积分数为，设反应消耗氮气物质的量为xmol，则平衡时氮气、氢气、氨气物质的量依次为(2-x)mol、(4-3x)mol、2xmol，则=0.20，解得x=0.5，； ③正反应为气体分子数减小的放热反应，故实际生产中提高H2的转化率可以增大压强；液化氨气、及时分离出氨气）。 / 学科网（北京）股份有限公司 $