2.4 化学反应的调控（题型专练）化学人教版选择性必修1

第四节 化学反应的调控（题型突破·举一反三） ▌题型01 合成氨反应的原理分析与条件选择 【典例1】A 【变式1-1】C 【变式1-2】B 【变式1-3】C ▌题型02 合成氨反应的工艺流程分析 【典例2】C 【变式2-1】B 【变式2-2】C ▌题型03 合成氨反应的图像分析 【典例3】D 【变式3-1】C 【变式3-2】C 【变式3-3】A ▌题型04 工业生产中适宜生产条件的选择 【典例4】D 【变式4-1】D 【变式4-2】D 【变式4-3】B 【变式4-4】B ▌题型05 化学反应调控的综合应用 【典例5】（1）-90.2 低温 （2） （3）0.0033 控制较低的温度、增大压强或不断分离出（填一条，合理即可） （4）甲 平衡前，随着温度的升高反应速率增大，相同时间内转化率增大；反应Ⅰ为放热反应，平衡后再升高温度，平衡左移，转化率减小（合理即可） 【变式5-1】（1） （2）＜ bc 0.15 【变式5-2】（1）+10.4 （2）D （3）低温 （4） 进料比、温度相同条件下，压强越大，平衡正向移动，转化率越高(合理即可) （5）不变 相当于在相同条件下增大投料量但保持各反应物的比例不变。由于温度不变，平衡常数不变，达到的平衡状态中各组分的物质的量分数相同，因此CO的转化率保持不变。(相当于初始时在相同条件下按原比例增加反应物的量，同时容器体积也相应增大，使得起始浓度、温度、压强均相同，由于平衡常数不变，达到的平衡状态各组分的物质的量分数也相同，因此CO的转化率保持不变。) 【变式5-3】（1）＜0 温度升高反应Ⅱ平衡正向移动，反应Ⅱ的CO2转化率增大；图示温度升高CO2转化率减小，温度升高反应Ⅰ平衡一定逆向移动，故 减小 （2） （3）CDE （4）加压（缩小容器体积）、降温、分离出甲醇 （5）0.2 或0.0096 / 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（题型突破·举一反三） 题型01 合成氨反应的原理分析与条件选择 题型02 合成氨反应的工艺流程分析 题型03 合成氨反应的图像分析 题型04 工业生产中适宜生产条件的选择 题型05 化学反应调控的综合应用 ▌题型01 合成氨反应的原理分析与条件选择 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．工业合成氨的适宜条件 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 注意：在实际生产中，既要考虑氨的产量，又要考虑生产效率和经济效益，综合速率与平衡两方面的措施，得出合成氨的适宜条件： 1.浓度：一般采用N2和H2的体积比1∶3，同时增大浓度，这是因为合成氨生产的原料气要循环使用。 2.温度：合成氨是放热反应，降低温度虽有利于平衡向正反应方向移动，但温度过低，反应速率过慢，400～500 ℃左右为宜，此温度也是催化剂活性温度范围。 3.压强：合成氨是体积缩小的可逆反应，压强增大，有利于氨的合成，但对设备要求也就很高，所需动力也越大，应选择适当压强，即10 MPa～30 MPa。 4.催化剂：选用铁触媒，能加快反应速率，缩短达到平衡所需时间。 【典例1】合成氨工业中，原料气(、及少量CO、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：  。以下说法错误的是 A．原料气中的体积分数越大，平衡混合物中氨的体积分数也越大 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 【答案】A 【解析】A．工业合成氨的反应为，所以适当增大氢气的量，会使平衡向正向移动，从而使混合物中氨的体积分数变大，但不是原料气中的体积分数越大平衡混合物中氨的体积分数越大，无杂质时，理论上当投料比时，氨的体积分数最大，A错误；B．CO可能会引发催化剂中毒，导致活性下降，B正确；C．使用催化剂可降低反应的活化能，加快反应速率，从而大大提高生产效率，C正确；D．根据铜氨液与CO、氨气的反应可知，要使铜氨液再生，需使平衡向逆反应方向移动，升高温度或减小气体压强均可使平衡逆移，满足要求，D正确；故选A。 【变式1-1】（2026·云南·高考真题）合成氨工艺沿革，诠释科学精神传承。几种固氮方式如图，下列说法正确的是 A．NO是红棕色、有刺激性气味的气体 B．NH4HCO3易溶于水，其电离方程式为 C．合成氨工业中采用循环操作主要是为了提高N2和H2的利用率 D．新型催化剂能降低N2生成的反应热 【答案】C 【解析】A．NO是无色、有刺激性气味的气体，NO2为红棕色气体，A项错误； B．NH4HCO3为属于盐类，为强电解质，在水中完全电离为和，为弱酸酸式根，不能进一步拆分，因此其电离方程式为，B项错误； C．合成氨反应为可逆反应，反应物的平衡转化率较低，循环操作可将未反应的N2和H2回收再利用，从而提高原料利用率，C项正确； D．催化剂通过降低反应的活化能加快反应速率，但反应热由反应物和生成物的总能量差决定，与催化剂无关，因此新型催化剂不能改变N2生成N[Si(CH3)3]3的反应热，D项错误； 故答案为C。 【变式1-2】列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中，其中NH3只占15%，所以合成氨厂的产率都很低 B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中可循环使用，所以总体来说合成氨的产率很高 C．合成氨工业的反应温度控制在400～500 ℃，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越大，产率越高，无需考虑设备、条件 【答案】B 【解析】合成氨的反应在适宜的生产条件下达到平衡时，原料的转化率并不高，但生成的NH3分离，再将未反应的N2、H2循环利用，这样处理后，可使氨的产率较高，A项错误、B项正确；合成氨工业选择400～500 ℃的温度，主要从反应速率和催化剂活性两方面考虑，合成氨的反应是放热反应，低温才有利于平衡向正反应方向移动，C项错误；不论从反应速率还是化学平衡考虑，高压更有利于合成氨，但压强太大，对设备、动力的要求更高，因此选择10～30 MPa，D项错误。 【变式1-3】氨的催化氧化是工业制硝酸的基础，其反应机理如图1，在1L密闭容器中充入和，测得有关产物的物质的量与温度的关系如图2。 下列说法错误的是 A．加入Pt-Rh合金的目的是提高反应的速率 B．氨的催化氧化最佳温度应控制在840℃左右 C．520℃时，的转化率为40％ D．840℃以上，可能发生了反应： 【答案】C 【解析】A．催化剂可加快反应速率，不影响平衡移动，则Pt-Rh合金的作用是提高反应速率，故A正确；B．由图可知，840℃时NO的物质的量最大，则氨的催化氧化最佳温度应控制在840℃左右，故B正确；C．520℃时NO、N2的物质的量均为0.2mol，由N原子守恒可知，的转化率为，故C错误；D．840℃以上NO的物质的量减小，N2的物质的量增加，则可能发生反应：，故D正确；故答案为C。 ▌题型02 合成氨反应的工艺流程分析 合成氨的工艺流程 【典例2】（24-25高二上·广东广州·阶段检测）如图所示为工业合成氨的流程图。下列说法错误的是 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．为提高原料利用率，应在反应达到一定转化率时及时将氨从混合气中分离出去 【答案】C 【解析】A．杂质能使催化剂中毒，催化活性降低，所以反应前的氮气和氢气混合气体需要除杂净化，故A正确； B．工业合成氨的正反应是气体体积减小的反应，增大压强既能促使平衡正向移动，增大原料的转化率，也能加快反应速率，故B正确； C．步骤③催化剂不能使平衡移动，催化剂不能提高原料的平衡转化率，故C错误； D．应在反应达到一定转化率时及时将氨从混合气中分离出去，平衡正向移动，有利于提高原料利用率，故D正确； 故选C。 【变式2-1】1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列所示是哈伯法的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是(　　) A．①②③ B．②④⑤ C．①③⑤ D．②③④ 【答案】B 【解析】②④⑤操作均有利于合成氨的化学平衡向右移动，提高转化率。 【变式2-2】（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 【解析】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。 ▌题型03 合成氨反应的图像分析 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】（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。 【解析】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。 【变式3-1】对于合成氨反应N2(g)＋3H2(g) ⇌2NH3(g)　ΔH<0，下列研究结果和示意图相符的是(　　) 选项 A B C D 研究结果 压强对反应的影响 温度对反应的影响 平衡体系增加N2对反应的影响 催化剂对反应的影响 图示 【答案】　C 【解析】A项，由于p1条件先达到平衡，故p1>p2，由p1→p2，减小压强，化学平衡左移，NH3的体积分数应降低，错误；B项，由于此反应ΔH<0，故升温平衡左移，N2的转化率降低，错误；C项，增大N2的量，会使正反应速率瞬间增大，化学平衡右移，正确；D项，使用催化剂，能加快反应速率，缩短到达平衡的时间，错误。 【变式3-2】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。 【变式3-3】某密闭容器中发生如下反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0。下图表示该反应的速率(v)随时间(t)变化的关系，t2、t3、t5时刻外界条件有所改变，但都没有改变各物质的初始加入量。下列说法中正确的是(　　) A．t2时加入催化剂 B．t3时降低了温度 C．t5时增大了压强 D．t4～t5时间内转化率一定最低 【答案】A 【解析】合成氨反应前后气体物质的量减小，t2后反应速率增大，但平衡没有移动，说明t2时刻改变的条件是加入了催化剂，化学平衡不移动； t3时刻应是减小压强，化学平衡向左移动；t5时刻应是升高温度，化学平衡向左移动；所以t6以后转化率最低。 ▌题型04 工业生产中适宜生产条件的选择 工业生产中选择适宜生产条件的思路 1.从可逆性、反应前后气态物质系数的变化、焓变三个角度分析化学反应的特点。 2.根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响；从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况，选出适宜的外界条件。 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 无 加合适的催化剂 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 压强 高压(有气体参加) Δνg＜0 高压 在设备条件允许的前提下，尽量采取高压 Δνg＞0 低压 兼顾速率和平衡，选取适宜的压强 【典例4】（2025·江西上饶·二模）乙醇水蒸气重整制氢广泛运用于工业生产中，其原理是。一定温度下，恒压时，按水醇比向密闭反应容器中充入原料，发生上述反应。下列说法正确的是 A．反应体系压强越小，反应物平衡转化率越大，越有利于工业生产 B．若之比保持不变，说明反应达到了平衡状态 C．若时，测得反应吸收能量，则 D．若在原料气体中充入一定量的惰性气体，则平衡转化率会增大 【答案】D 【解析】A．虽然降低压强有利于平衡向正反应（气体物质的量增加的方向）移动，提高转化率，但工业生产需权衡转化率与反应速率、设备成本等因素，不能简单认为压强越小越有利，故A错误； B．CO与H2的生成比例为1:2，该比值在反应过程中始终不变，无法作为平衡状态的判断依据，故B错误； C．根据ΔH=+255.7kJ/mol，吸收511.4kJ对应2mol乙醇反应，但速率计算需体积数据，题干未提供，无法得出v=1mol·L-1·min-1，故C错误； D．恒压下充入惰性气体，总压不变但各物质分压降低，相当于系统体积增大，平衡向物质的量多的正反应方向移动，乙醇转化率提高，故D正确； 故选D。 【变式4-1】用氨和甲醇在密闭容器中合成甲胺，反应方程式如下：下列不可能改变甲醇平衡转化率的因素是 A．温度 B．投料比 C．反应物的浓度 D．催化剂 【答案】D 【解析】A．改变温度，平衡发生移动，甲醇平衡转化率改变，故不选A；     B．投料比增大，甲醇平衡转化率增大，投料比减小，甲醇平衡转化率降低，故不选B； C．改变反应物的浓度，增大氨气的浓度，平衡正向移动，甲醇平衡转化率增大；增大甲醇的浓度，平衡正向移动，甲醇平衡转化率降低，故不选C；     D．催化剂加快反应速率，但平衡不移动，甲醇平衡转化率不变，故选D； 选D。 【变式4-2】（25-26高一下·河南开封·阶段检测）工业制硫酸中的一步重要反应是在400-500 ℃下的催化氧化：，这是一个正反应放热的可逆反应。如果在密闭容器中通入2 mol SO2和1 mol O2，反应足够长时间。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，不可能生成2 mol SO3 C．通过调控反应条件，可以提高该反应进行的程度 D．提高反应时的温度，SO2的转化率可以达到100% 【答案】D 【解析】A．催化剂可以降低反应活化能，加快反应速率，缩短达到平衡的时间，从而提高生产效率，A正确； B．该反应为可逆反应，反应物不可能完全转化为生成物，故2 mol 和1 mol 反应不可能生成2 mol ，B正确； C．通过调控温度、压强、反应物浓度等反应条件，可以使平衡正向移动，提高反应进行的程度，C正确； D．可逆反应中反应物的转化率不可能达到100%，且该反应正反应放热，升高温度会使平衡逆向移动，转化率反而降低，D错误； 故答案选D。 【变式4-3】据报道，在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气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Cu­Zn­Fe催化剂可大大提高生产效率 B．反应需在300 ℃下进行可推测该反应是吸热反应 C．充入大量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 【答案】B 【解析】B项，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，故不正确。 【变式4-4】开发CO2催化加氢可合成二甲醚。其主要反应为： ① CO2(g)+ 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)  ΔH1 =﹣49.01 kJ·mol−1 ② 2CH3OH(g)CH3OCH3(g) + H2O(g)  ΔH2 =﹣24.52 kJ·mol−1 合成二甲醚时还会发生副反应： ③ CO2(g)+ H2(g)CO(g) + H2O(g)  ΔH3 = + 41.2 kJ·mol−1 其他条件相同时，反应温度对CO2平衡总转化率及反应2.5小时的CO2实际总转化率影响如图1所示；反应温度对二甲醚的平衡选择性及反应2.5小时的二甲醚实际选择性影响如图2所示。(已知：CH3OCH3的选择性=×100％)。 下列说法正确的是 A．不改变反应时间和温度，增大压强或增大CO2与H2的投料比都能进一步提高CO2实际总转化率和二甲醚实际选择性 B．CO2催化加氢合成二甲醚的最佳温度为240℃左右 C．温度高于290℃，CO2平衡总转化率随温度升高而上升的原因为反应①进行程度大于反应③ D．一定温度下，加入多孔CaO(s)或选用高效催化剂，均能提高平衡时H2的转化率 【答案】B 【解析】A．增大压强，反应①化学平衡正向移动，反应③化学平衡不移动，CO2实际总转化率和二甲醚实际选择性都提高，但是增大CO2和H2的投料比，CO2的实际总转化率降低，A错误；B．从图2中可知，240℃时二甲醚实际选择性最大，CO2催化加氢合成二甲醚的最佳温度为240℃左右，B正确；C．反应①为放热反应，反应③为吸热反应，升高温度反应③平衡正向移动，反应①平衡逆向移动，温度高于290℃，CO2平衡总转化率随温度升高而上升原因为反应③进行程度大于反应①，C错误；D．使用高效催化剂，能加快反应速率但是不能提高平衡时氢气的转化率，D错误；故答案选B。 ▌题型05 化学反应调控的综合应用 【典例5】（25-26高二下·陕西西安·期末）的资源化利用既能获得丰富的碳资源，又能促进低碳社会的构建。相关反应如下： 反应Ⅰ： 反应Ⅱ： 反应Ⅲ： 回答下列问题： （1）____________，反应Ⅰ在____________（填“低温”“高温”或“任何温度”）下可自发进行。 （2）已知反应Ⅰ的机理：①；②；③；④_________________________；⑤。请补写出第④步中的反应式：________________________。 （3）一定条件下，向某恒容密闭容器中充入一定量和足量，发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，容器中、的浓度随时间的变化如图所示。 内，的平均反应速率为____________（保留两位有效数字）。写出能提高甲醇平衡产率的方法：________________________________________（填一条）。 （4）在28 MPa下，将5 mol CO2和15 mol H2充入密闭容器中，在两种不同催化剂（甲、乙）存在下只发生反应Ⅰ，相同时间内CO2的转化率随温度变化的曲线如图所示。 ①若不考虑催化剂价格的差异，合成CH3OH过程中应选用催化剂____________（填“甲”或“乙”）。随着温度的升高，CO2转化率先增大后减小，原因是________________________________________（不考虑温度对催化剂的影响）。 ②T4 K下，该反应的平衡常数Kp=____________（结果用分数表示；Kp是用分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数）。 【答案】（1）-90.2 低温 （2） （3）0.0033 控制较低的温度、增大压强或不断分离出（填一条，合理即可） （4）甲 平衡前，随着温度的升高反应速率增大，相同时间内转化率增大；反应Ⅰ为放热反应，平衡后再升高温度，平衡左移，转化率减小（合理即可） 【解析】（1）根据盖斯定律，反应Ⅲ = 反应Ⅰ - 反应Ⅱ，因此； 反应Ⅰ的，且反应后气体分子数减少，，根据自发判据可知，只有在低温下，反应可自发进行。 （2）总反应为，将已知步骤①~③、⑤相加后，剩余、未消去，产物缺少，因此第④步为。 （3）0~15s内，，反应Ⅱ生成，即反应Ⅱ消耗0.15 mol/L，因此反应Ⅰ消耗为，反应Ⅰ中反应Ⅰ消耗，故； 反应Ⅰ是放热、气体分子数减少的反应，降温、加压、及时移走产物均可使平衡正向移动，提高甲醇平衡产率。 （4）①相同温度下，甲催化剂作用下转化率更高，催化效果更好，选甲。 不考虑催化剂影响，转化率先增后减原因：低温时未达平衡，升温速率加快，转化率升高；平衡后，反应放热，升温平衡逆向移动，转化率降低。 ② 下转化率为60%，列三段式（只发生反应Ⅰ）： 总物质的量，总压28 MPa，由分压=总压×物质的量分数，得： 。 【变式5-1】（24-25高二上·广东江门·阶段检测）是一种重要的化工产品，可用于生产尿素[]、处理烟气等。 工业上合成尿素的反应：   （1）已知合成尿素的反应分两步进行：       其能量变化曲线如图1所示，则、和由小到大的顺序为____________。 （2）某实验小组为了模拟工业上合成尿素，在恒温恒容的真空密闭容器中充入一定量的和发生反应：，反应过程中混合气体中的体积分数如图2所示。 ①A点的逆反应速率______B点的正反应速率。(填“＞”、“＜”或“=”) ②下列能说明该反应达到平衡状态的是______(填代号)。 a．、、的分子数之比为2：1：1 b．体系的压强保持不变 c．单位时间内消耗1mol同时生成2mol d． ③对于有气体参与的反应，平衡常数Kp可用气体组分(B)的平衡分压p(B)代替该气体的物质的量浓度c(B)。实验测得体系平衡时的压强为10MPa，列式计算该反应的平衡常数Kp =______(提示：写出Kp的表达式再代入数据进行计算，分压=总压×体积分数)。 【答案】（1） （2）＜ bc 0.15 【解析】（1）由图1可知，物质能量高低关系为、、，反应焓变等于生成物总能量减反应物总能量，由此可得正反应放热、，正反应吸热、，总反应为放热反应、，吸热反应焓变为正值，放热反应焓变为负值，所以，，由图像可知与的能量差更大，反应放出的热量更多，则的绝对值大于、，反应焓变由小到大的顺序为； （2）①容器内充入一定量的和，反应从开始到达到化学平衡，正反应速率逐渐减小、逆反应速率逐渐增大，直至正、逆反应速率相等，图中B点体积分数保持不变，说明反应达到化学平衡，此时正反应速率等于逆反应速率，且逆反应速率达到最大，所以A点的逆反应速率小于B点的正反应速率，答案为＜； ②a．反应平衡时各物质组分（物质的量）保持不变，但物质分子数之比符合反应化学计量数之比不能判断反应是否达到平衡状态，a不符合题意； b．反应是气体分子数减少的反应，在恒温恒容条件下，随着反应的进行，容器内气体总物质的量减小，容器内气体压强减小，当压强保持不变时，说明反应达到平衡状态，b符合题意； c．单位时间内消耗1 mol表示正反应速率，生成2 mol表示逆反应速率，由反应方程式可知，生成2 mol的同时会生成1 mol，正、逆反应速率相等，说明反应达到平衡状态，c符合题意； d．由反应方程式可得反应速率之比有，反应平衡时，代入可得，则时。反应没有达到平衡状态，d不符合题意； 答案选bc； ③反应开始前容器内体积分数为50%，和的物质的量相等，设和起始物质的量为1 mol，反应消耗的物质的量为x，列出三段式：，为液态，不参与计算，反应平衡时体积分数为20%，即，化简为，解得，则平衡时、、，容器内气体总物质的量为1.25mol，的体积分数为、的体积分数为，该反应的平衡常数，答案为0.15。 【变式5-2】（25-26高二下·安徽芜湖·阶段检测）Ⅰ．氢能作为一种零碳、高效的二次能源，被广泛认为是推动全球能源结构转型、实现“双碳”目标的核心载体之一、可利用甲酸催化分解制氢，涉及的反应有： 反应ⅰ：     反应ⅱ：     反应ⅲ：     回答下列问题： （1）_______。 （2）恒温恒容条件下，发生上述反应，则下列能判断反应达到平衡状态的标志是_______(填标号)。 A． B．混合气体的密度不变 C．和物质的量相等 D．混合气体的平均摩尔质量不变 Ⅱ．乙二醇()是重要的化工原料，主要用于生产防冻剂，其合成路线方法为     （3）该反应在_______下能自发反应(填“高温”、“低温”、“任何温度”)。 （4）按进料，固定平衡转化率，探究温度与压强的关系。分别为0.45、0.55和0.65时，温度与压强的关系如图所示。 ①代表的曲线为_______，理由是_______。 ②若在温度为T K，在压强100 kPa条件下，测得的平衡转化率为75%，则该反应的压强平衡常数_______(列出计算式即可)。已知：各物质的分压=物质的量分数×体系总压，利用各物质的分压代替浓度，即为压强平衡常数。 （5）若保持温度、压强不变，平衡后按原比例再次通入CO、，再次达到平衡，CO的转化率将_______(填“增大”、“减小”或“不变”)，理由是_______。 【答案】（1）+10.4 （2）D （3）低温 （4） 进料比、温度相同条件下，压强越大，平衡正向移动，转化率越高(合理即可) （5）不变 相当于在相同条件下增大投料量但保持各反应物的比例不变。由于温度不变，平衡常数不变，达到的平衡状态中各组分的物质的量分数相同，因此CO的转化率保持不变。(相当于初始时在相同条件下按原比例增加反应物的量，同时容器体积也相应增大，使得起始浓度、温度、压强均相同，由于平衡常数不变，达到的平衡状态各组分的物质的量分数也相同，因此CO的转化率保持不变。) 【解析】（1）根据盖斯定律，反应反应 反应，则。 （2）A．不能说明正逆反应速率相等，不能作为平衡的标志，A不选； B．混合气体的密度，在恒容条件下，不变。反应物和生成物均为气体，根据质量守恒定律，体系总质量不变。因此，密度在整个反应过程中始终不变，不能作为平衡标志，B不选； C．根据反应i和iii，生成的CO2和H2的化学计量数之比为1:1，反应过程中CO2和物质的量始终相等，因此不能作为平衡标志，C不选； D．混合气体的平均摩尔质量，体系总质量不变。但反应i和ii是气体分子数增加的反应，所以反应过程中气体的总物质的量会发生变化。当反应达到平衡时，各组分的物质的量不再变化，也恒定，因此保持不变可以作为平衡标志，D选； 故选D。 （3）反应的，吉布斯自由能 时反应自发，该反应过程中气体分子数减少，体系混乱度降低，所以，该反应在低温下能自发反应。 （4）①反应是气体物质的量减小的反应，进料比、温度相同条件下，压强增大，平衡正向移动，反应物的转化率越高，是最大转化率，对应压强最大，故曲线为； ②设起始时，， 平衡转化率为，则： 总物质的量，各物质分压：，，，压强平衡常数 。 （5）若保持温度、压强不变，平衡后按原比例再次通入CO、，相当于在相同条件下增大投料量但保持各反应物的比例不变。由于温度不变，平衡常数不变，达到的平衡状态中各组分的物质的量分数相同，因此CO的转化率保持不变（相当于初始时在相同条件下按原比例增加反应物的量，同时容器体积也相应增大，使得起始浓度、温度、压强均相同，由于平衡常数不变，达到的平衡状态各组分的物质的量分数也相同，因此CO的转化率保持不变。) 【变式5-3】（25-26高二上·山东青岛·期末）甲醇是重要的有机化工原料，以降碳为核心，对CO2和H2为原料合成甲醇的两个反应进行探究： Ⅰ.   Ⅱ.   向2 L的密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，测得平衡时CO2转化率与CO选择性随温度的变化如图[CO选择性]。T1温度下，达到平衡所用时间为t min。 回答下列问题： （1）______0（填“＞”“＜”或“＝”），判断依据为______。T1～T2温度时，CH3OH平衡选择性______（填“增大”“减小”或“不变”）。 （2）T1温度下，0～t min CH3OH的平均反应速率______。 （3）一定温度下，能说明反应体系处于平衡状态的是______（填标号）。 A．气体混合物的密度不再变化     B．CO2消耗速率和H2O生成速率相等 C．CO2和H2的物质的量之比不再变化     D．气体平均相对分子质量不再变化 E.体系的压强不再变化 （4）能够提高CH3OH平衡选择性的措施有______（写两条）。 （5）T1温度下，平衡时H2O的物质的量为______mol，反应Ⅱ的平衡常数______。 【答案】（1）＜0 温度升高反应Ⅱ平衡正向移动，反应Ⅱ的CO2转化率增大；图示温度升高CO2转化率减小，温度升高反应Ⅰ平衡一定逆向移动，故 减小 （2） （3）CDE （4）加压（缩小容器体积）、降温、分离出甲醇 （5）0.2 或0.0096 【解析】（1）温度升高反应Ⅱ平衡正向移动，反应Ⅱ中CO2转化率增大；图示温度升高CO2转化率减小，温度升高反应Ⅰ平衡一定逆向移动，故，在温度区间内，图中实线（的选择性）呈上升趋势，这意味着的选择性增大。因此， 的平衡选择性必然减小。 （2）在温度下，的转化率为，的选择性为，初始充入和，反应消耗的总物质的量为，则生成的，0～t min CH3OH的平均反应速率 。 （3）A．容器体积恒定，反应物和生成物均为气体，总质量守恒。混合气体的密度始终不变，不能作为平衡标志，A不选； B．两个反应均消耗并生成，正反应方向上两者的速率始终存在比例关系，无法体现正逆反应速率相等。B不选； C．初始投料，反应I消耗比例为，反应II消耗比例为。由于两个反应同时进行，和的消耗比例并非固定值，其物质的量之比会随反应进行而变化。当比值不再变化时，说明各组分浓度稳定，达到平衡，C选； D．反应过程中气体总质量不变，反应I是气体分子数减小的反应，反应II是气体分子数不变的反应。随着反应I的进行，减小，增大。当不再变化时，说明不变，达到平衡，D选； E．恒温恒容下，压强与气体总物质的量成正比。由于反应I导致总物质的量变化，压强也会变化。当压强不再变化时，说明达到平衡，E选； 故选CDE。 （4）要提高的平衡选择性，即促进反应I正向进行，同时抑制反应II正向进行，反应I是气体分子数减少的放热反应，反应II是气体分子数不变的吸热反应，能够提高CH3OH平衡选择性的措施有：降低温度、增大压强、分离出甲醇。 （5）在温度下，的转化率为，的选择性为，初始充入和，反应消耗的总物质的量为，平衡时n()=0.8 mol，n(CO)= ×50%=0.1 mol，，由O元素守恒可知，，由H元素守恒可知n(H2)= ，容器体积，各物质平衡浓度为：，，，，反应Ⅱ的平衡常数或0.0096。 / 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（题型突破·举一反三） 题型01 合成氨反应的原理分析与条件选择 题型02 合成氨反应的工艺流程分析 题型03 合成氨反应的图像分析 题型04 工业生产中适宜生产条件的选择 题型05 化学反应调控的综合应用 ▌题型01 合成氨反应的原理分析与条件选择 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．工业合成氨的适宜条件 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 注意：在实际生产中，既要考虑氨的产量，又要考虑生产效率和经济效益，综合速率与平衡两方面的措施，得出合成氨的适宜条件： 1.浓度：一般采用N2和H2的体积比1∶3，同时增大浓度，这是因为合成氨生产的原料气要循环使用。 2.温度：合成氨是放热反应，降低温度虽有利于平衡向正反应方向移动，但温度过低，反应速率过慢，400～500 ℃左右为宜，此温度也是催化剂活性温度范围。 3.压强：合成氨是体积缩小的可逆反应，压强增大，有利于氨的合成，但对设备要求也就很高，所需动力也越大，应选择适当压强，即10 MPa～30 MPa。 4.催化剂：选用铁触媒，能加快反应速率，缩短达到平衡所需时间。 【典例1】合成氨工业中，原料气(、及少量CO、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：  。以下说法错误的是 A．原料气中的体积分数越大，平衡混合物中氨的体积分数也越大 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 【变式1-1】（2026·云南·高考真题）合成氨工艺沿革，诠释科学精神传承。几种固氮方式如图，下列说法正确的是 A．NO是红棕色、有刺激性气味的气体 B．NH4HCO3易溶于水，其电离方程式为 C．合成氨工业中采用循环操作主要是为了提高N2和H2的利用率 D．新型催化剂能降低N2生成的反应热 【变式1-2】列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中，其中NH3只占15%，所以合成氨厂的产率都很低 B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中可循环使用，所以总体来说合成氨的产率很高 C．合成氨工业的反应温度控制在400～500 ℃，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越大，产率越高，无需考虑设备、条件 【变式1-3】氨的催化氧化是工业制硝酸的基础，其反应机理如图1，在1L密闭容器中充入和，测得有关产物的物质的量与温度的关系如图2。 下列说法错误的是 A．加入Pt-Rh合金的目的是提高反应的速率 B．氨的催化氧化最佳温度应控制在840℃左右 C．520℃时，的转化率为40％ D．840℃以上，可能发生了反应： ▌题型02 合成氨反应的工艺流程分析 合成氨的工艺流程 【典例2】（24-25高二上·广东广州·阶段检测）如图所示为工业合成氨的流程图。下列说法错误的是 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．为提高原料利用率，应在反应达到一定转化率时及时将氨从混合气中分离出去 【变式2-1】1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列所示是哈伯法的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是(　　) A．①②③ B．②④⑤ C．①③⑤ D．②③④ 【变式2-2】（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 ▌题型03 合成氨反应的图像分析 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】（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 【变式3-1】对于合成氨反应N2(g)＋3H2(g) ⇌2NH3(g)　ΔH<0，下列研究结果和示意图相符的是(　　) 选项 A B C D 研究结果 压强对反应的影响 温度对反应的影响 平衡体系增加N2对反应的影响 催化剂对反应的影响 图示 【变式3-2】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 【变式3-3】某密闭容器中发生如下反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0。下图表示该反应的速率(v)随时间(t)变化的关系，t2、t3、t5时刻外界条件有所改变，但都没有改变各物质的初始加入量。下列说法中正确的是(　　) A．t2时加入催化剂 B．t3时降低了温度 C．t5时增大了压强 D．t4～t5时间内转化率一定最低 ▌题型04 工业生产中适宜生产条件的选择 工业生产中选择适宜生产条件的思路 1.从可逆性、反应前后气态物质系数的变化、焓变三个角度分析化学反应的特点。 2.根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响；从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况，选出适宜的外界条件。 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 无 加合适的催化剂 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 压强 高压(有气体参加) Δνg＜0 高压 在设备条件允许的前提下，尽量采取高压 Δνg＞0 低压 兼顾速率和平衡，选取适宜的压强 【典例4】（2025·江西上饶·二模）乙醇水蒸气重整制氢广泛运用于工业生产中，其原理是。一定温度下，恒压时，按水醇比向密闭反应容器中充入原料，发生上述反应。下列说法正确的是 A．反应体系压强越小，反应物平衡转化率越大，越有利于工业生产 B．若之比保持不变，说明反应达到了平衡状态 C．若时，测得反应吸收能量，则 D．若在原料气体中充入一定量的惰性气体，则平衡转化率会增大 【变式4-1】用氨和甲醇在密闭容器中合成甲胺，反应方程式如下：下列不可能改变甲醇平衡转化率的因素是 A．温度 B．投料比 C．反应物的浓度 D．催化剂 【变式4-2】（25-26高一下·河南开封·阶段检测）工业制硫酸中的一步重要反应是在400-500 ℃下的催化氧化：，这是一个正反应放热的可逆反应。如果在密闭容器中通入2 mol SO2和1 mol O2，反应足够长时间。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，不可能生成2 mol SO3 C．通过调控反应条件，可以提高该反应进行的程度 D．提高反应时的温度，SO2的转化率可以达到100% 【变式4-3】据报道，在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气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Cu­Zn­Fe催化剂可大大提高生产效率 B．反应需在300 ℃下进行可推测该反应是吸热反应 C．充入大量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 【变式4-4】开发CO2催化加氢可合成二甲醚。其主要反应为： ① CO2(g)+ 3H2(g) CH3OH(g) + H2O(g)  ΔH1 =﹣49.01 kJ·mol−1 ② 2CH3OH(g)CH3OCH3(g) + H2O(g)  ΔH2 =﹣24.52 kJ·mol−1 合成二甲醚时还会发生副反应： ③ CO2(g)+ H2(g)CO(g) + H2O(g)  ΔH3 = + 41.2 kJ·mol−1 其他条件相同时，反应温度对CO2平衡总转化率及反应2.5小时的CO2实际总转化率影响如图1所示；反应温度对二甲醚的平衡选择性及反应2.5小时的二甲醚实际选择性影响如图2所示。(已知：CH3OCH3的选择性=×100％)。 下列说法正确的是 A．不改变反应时间和温度，增大压强或增大CO2与H2的投料比都能进一步提高CO2实际总转化率和二甲醚实际选择性 B．CO2催化加氢合成二甲醚的最佳温度为240℃左右 C．温度高于290℃，CO2平衡总转化率随温度升高而上升的原因为反应①进行程度大于反应③ D．一定温度下，加入多孔CaO(s)或选用高效催化剂，均能提高平衡时H2的转化率 ▌题型05 化学反应调控的综合应用 【典例5】（25-26高二下·陕西西安·期末）的资源化利用既能获得丰富的碳资源，又能促进低碳社会的构建。相关反应如下： 反应Ⅰ： 反应Ⅱ： 反应Ⅲ： 回答下列问题： （1）____________，反应Ⅰ在____________（填“低温”“高温”或“任何温度”）下可自发进行。 （2）已知反应Ⅰ的机理：①；②；③；④_________________________；⑤。请补写出第④步中的反应式：________________________。 （3）一定条件下，向某恒容密闭容器中充入一定量和足量，发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，容器中、的浓度随时间的变化如图所示。 内，的平均反应速率为____________（保留两位有效数字）。写出能提高甲醇平衡产率的方法：________________________________________（填一条）。 （4）在28 MPa下，将5 mol CO2和15 mol H2充入密闭容器中，在两种不同催化剂（甲、乙）存在下只发生反应Ⅰ，相同时间内CO2的转化率随温度变化的曲线如图所示。 ①若不考虑催化剂价格的差异，合成CH3OH过程中应选用催化剂____________（填“甲”或“乙”）。随着温度的升高，CO2转化率先增大后减小，原因是________________________________________（不考虑温度对催化剂的影响）。 ②T4 K下，该反应的平衡常数Kp=____________（结果用分数表示；Kp是用分压表示的平衡常数，分压=总压×物质的量分数）。 【变式5-1】（24-25高二上·广东江门·阶段检测）是一种重要的化工产品，可用于生产尿素[]、处理烟气等。 工业上合成尿素的反应：   （1）已知合成尿素的反应分两步进行：       其能量变化曲线如图1所示，则、和由小到大的顺序为____________。 （2）某实验小组为了模拟工业上合成尿素，在恒温恒容的真空密闭容器中充入一定量的和发生反应：，反应过程中混合气体中的体积分数如图2所示。 ①A点的逆反应速率______B点的正反应速率。(填“＞”、“＜”或“=”) ②下列能说明该反应达到平衡状态的是______(填代号)。 a．、、的分子数之比为2：1：1 b．体系的压强保持不变 c．单位时间内消耗1mol同时生成2mol d． ③对于有气体参与的反应，平衡常数Kp可用气体组分(B)的平衡分压p(B)代替该气体的物质的量浓度c(B)。实验测得体系平衡时的压强为10MPa，列式计算该反应的平衡常数Kp =______(提示：写出Kp的表达式再代入数据进行计算，分压=总压×体积分数)。 【变式5-2】（25-26高二下·安徽芜湖·阶段检测）Ⅰ．氢能作为一种零碳、高效的二次能源，被广泛认为是推动全球能源结构转型、实现“双碳”目标的核心载体之一、可利用甲酸催化分解制氢，涉及的反应有： 反应ⅰ：     反应ⅱ：     反应ⅲ：     回答下列问题： （1）_______。 （2）恒温恒容条件下，发生上述反应，则下列能判断反应达到平衡状态的标志是_______(填标号)。 A． B．混合气体的密度不变 C．和物质的量相等 D．混合气体的平均摩尔质量不变 Ⅱ．乙二醇()是重要的化工原料，主要用于生产防冻剂，其合成路线方法为     （3）该反应在_______下能自发反应(填“高温”、“低温”、“任何温度”)。 （4）按进料，固定平衡转化率，探究温度与压强的关系。分别为0.45、0.55和0.65时，温度与压强的关系如图所示。 ①代表的曲线为_______，理由是_______。 ②若在温度为T K，在压强100 kPa条件下，测得的平衡转化率为75%，则该反应的压强平衡常数_______(列出计算式即可)。已知：各物质的分压=物质的量分数×体系总压，利用各物质的分压代替浓度，即为压强平衡常数。 （5）若保持温度、压强不变，平衡后按原比例再次通入CO、，再次达到平衡，CO的转化率将_______(填“增大”、“减小”或“不变”)，理由是_______。 【变式5-3】（25-26高二上·山东青岛·期末）甲醇是重要的有机化工原料，以降碳为核心，对CO2和H2为原料合成甲醇的两个反应进行探究： Ⅰ.   Ⅱ.   向2 L的密闭容器中充入1 mol CO2和3 mol H2，测得平衡时CO2转化率与CO选择性随温度的变化如图[CO选择性]。T1温度下，达到平衡所用时间为t min。 回答下列问题： （1）______0（填“＞”“＜”或“＝”），判断依据为______。T1～T2温度时，CH3OH平衡选择性______（填“增大”“减小”或“不变”）。 （2）T1温度下，0～t min CH3OH的平均反应速率______。 （3）一定温度下，能说明反应体系处于平衡状态的是______（填标号）。 A．气体混合物的密度不再变化     B．CO2消耗速率和H2O生成速率相等 C．CO2和H2的物质的量之比不再变化     D．气体平均相对分子质量不再变化 E.体系的压强不再变化 （4）能够提高CH3OH平衡选择性的措施有______（写两条）。 （5）T1温度下，平衡时H2O的物质的量为______mol，反应Ⅱ的平衡常数______。 / 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 $