2.4 化学反应的调控（讲义）化学人教版选择性必修1

本讲义聚焦化学反应速率与化学平衡的调控应用，以工业合成氨为核心案例，系统梳理反应特点（可逆、放热、熵减）及浓度、温度、压强、催化剂对速率和平衡的影响，构建从理论原理到工业条件选择的学习支架。 资料特色在于理论与工业实践深度融合，通过表格对比分析、工艺流程解读及随学随练，培养科学思维（如条件选择的综合权衡）和科学探究能力（如SO2转化率数据应用）。课中辅助教师案例教学，课后助力学生通过题型练习查漏补缺，强化知识应用。

第二章 化学反应速率与化学平衡 第四节 化学反应的调控 课标要点 1.知道如何应用化学反应速率和化学平衡分析合成氨的适宜条件，体会应用化学原理分析化工生产条件的思路和方法。 2.认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要应用，探索最适宜的化工生产条件。 学习重难点 重点：应用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件。 难点：学会应用化学反应原理选择化工生产条件。 知识点 工业合成氨反应的适宜条件 1．合成氨反应的特点 (1)反应：合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJmol－1，ΔS＝－198.2 Jmol－1K－1。 (2)特点： ①_______反应 ②_______反应：ΔH<0 ③_______的反应：ΔS<0 ④常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，______________进行。 2．合成氨反应特点的分析 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 _______ _______ _______ _______ 提高平衡混合物中氨的含量 _______ _______ _______ _______ (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。 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 ______________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______________ 4．合成氨的工艺流程 (1)生产流程 (2)流程分析 ①原料气干燥、净化：除去原料气中的水蒸气及其他气体杂质，防止与催化剂接触时，导致催化剂“中毒”而降低或丧失催化活性 ②压缩机加压：增大压强 ③热交换：合成氨反应为放热反应，反应体系温度逐渐升高，为原料气反应提供热量，故热交换可充分利用能源，提高经济效益。 ④冷却：生成物NH3的液化需较低温度采取迅速冷却的方法，可使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出来，以促使平衡向生成NH3的方向移动。 ⑤循环使用原料气：因合成氨反应为可逆反应，平衡混合物中含有原料气，将NH3分离后的原料气循环利用，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，提高经济效益。 教材延伸 工业生产中，必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。 随学随练 1．工业合成氨的反应为：N2(g) + 3H2(g)2NH3(g) △H <0，该反应应采取的适宜条件是( ) A．低温、高压、催化剂 B．适宜的温度、压强、催化剂 C．低温、常压、催化剂 D．高温、高压、催化剂 2．工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝-92.4kJ·mol−1。下面说法正确的是( ) A．合成氨一般选择400～500℃的原因主要考虑了温度对速率的影响 B．将生成的氨气及时液化分离，可推动平衡正向移动，加快反应速率 C．增大压强虽能提高平衡产率，但实际生产中常采用20MPa以节省设备成本 D．由于N2在空气中含量高，因此直接将空气与氢气混合通入反应炉 3．氨是制造化肥的重要原料，如图为工业合成氨的流程图。下列有关说法错误的是( ) A．工业上制氮气一般用分离液态空气法 B．步骤②、③、④、⑤均有利于提高反应物的平衡转化率 C．步骤①中“净化”N2、H2混合气体可以防止催化剂中毒 D．步骤③中温度选择500℃，主要是考虑催化剂的活性 知识点 控制反应条件的目的及措施 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_______化学反应速率，_______反应物的转化率，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_______化学反应速率，______________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．控制反应条件考虑因素：在实际生产中常常需要结合______________、______________、______________等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找适宜的生产条件。此外，还要根据______________及______________等方面的规定和要求做出分析，权衡利弊，才能实施生产。 3．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_______、溶液的_______、气体的_______(或_______)、固体的_______以及使用_______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_______、溶液的_______、气体的_______(或_______)等改变可逆反应的限度，从而_______转化率。 4．工业上选择适宜生产条件的原则 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 _______反应物的浓度 _______反应物的浓度、减小生成物的浓度 不断地_______反应物、及时地_______出生成物 催化剂 加合适的_______ 不需要 加合适的______________ 温度 _______ ΔH＜0 _______ 兼顾速率和平衡，考虑催化剂的__________ ΔH＞0 _______ 在设备条件允许的前提下，尽量采取_______并考虑催化剂的_______ 压强 _______(有气体参加) Δνg＜0 _______ 在设备条件允许的前提下，尽量采取_______ Δνg＞0 _______ 兼顾速率和平衡，选取______________ 教材延伸 (1)既要注意外界条件对反应影响的一致性，又要注意外界条件对反应影响的矛盾性； (2)既要注意温度、催化剂对速率影响的一致性，又要注意催化剂的活性对温度的限制； (3)既要注意理论上的需要，又要注意实际操作上的可能性。 随学随练 1．合成氨厂所需H2可由焦炭与水反应制得，其中有一步反应为CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH<0。欲提高CO的利用率，可采用的方法是(　　) ①降低温度　②增大压强　③使用催化剂　④增大CO的浓度　⑤增大水蒸气的浓度 A．①②③ B．④⑤ C．①⑤ D．②⑤ 2．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 3．在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化为SO3： 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=－196.6 kJ/mol。下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率。下列说法错误的是 温度/℃ 平衡时SO2的转化率/% 0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 A．在实际生产中，从成本的角度考虑选择常压下进行反应 B．在实际生产中，选定的温度为400～500 ℃，这与催化剂的活性无关 C．反应过程中通入过量的空气，以提高平衡时SO2的转化率 D．为避免污染环境和提高原料利用率，尾气中的SO2需回收处理 拓展 工业生产中选择适宜生产条件的思路 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： 分析角度 原则要求 本身因素 参加反应的物质组成、结构和性质 从化学反应速率分析 既不能过快，又不能太慢 从化学平衡移动分析 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 从主、副反应选择性分析 促进主反应、抑制副反应，提高主反应的选择性 社会效益 注意环境保护，把握绿色化学原则，原料、工艺绿色、低耗 活学活用 1．(2026·浙江省杭州首考适应性考试)化学与社会、生产、生活密切相关，下列说法不正确的是 A．硝酸工业4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)  ΔH<0 达到平衡后，升高温度，对逆反应的速率影响更大 B．工业炼钢反应FeO(s)+C(s)CO(g)+Fe(s)  ΔH>0，达到平衡后，保持温度不变，压缩容器体积，重新达到平衡时c(CO)和原平衡相等 C．工业制硫酸2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0该反应低温自发，工业生产选择的温度是400-500℃高温 D．合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，ΔH<0，将氨气液化，既能提高反应的限度，又能提高正反应的速率 2．某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g)2M(g)，ΔH<0.下列说法正确的是( ) A．这是一个放热的熵减反应，在低温条件下该反应一定可自发进行 B．若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B，以提高A的转化率 C．工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高 D．工业生产中常采用催化剂，因为使用催化剂可提高反应物的转化率 拓展 硫酸工业生产中选择适宜生产条件的思路 在硫酸工业的生产全流程中，中学化学反应原理是核心设计依据。 1．造气阶段，利用增大反应物接触面积的原理，将黄铁矿在沸腾炉中“沸腾”焙烧，大幅加快反应速率，高效生成二氧化硫。 2．二氧化硫催化氧化环节，依托可逆反应的化学平衡移动规律，虽正反应放热却选择400-500℃的适宜温度，既兼顾催化剂V₂O₅的活性，又平衡反应速率与转化率；同时采用常压设计，规避高压带来的不必要设备成本，实现生产效益最优。 3．三氧化硫吸收阶段，运用溶解平衡原理，选用98.3%浓硫酸替代水吸收，避免直接用水生成难扩散的酸雾，大幅提升吸收效率。整个生产过程完全体现了反应速率、化学平衡原理对工业实际的精准指导作用。 活学活用 1．硫酸工业生产中发生反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0，下列说法不正确的是( ) A．工业生产中常采用合适的催化剂，因为生产中使用催化剂可提高SO3的生产效率 B．工业上可加入适当过量的2以提高SO2的转化率 C．工业上应综合考虑能耗、催化剂活性等因素来选择合适的温度 D．工业上合成SO3应采用高压条件，因为高压既可增大反应速率又可以提高反应物的转化率 2．工业上生产硫酸时，利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是一个关键步骤：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。工业制硫酸的原理示意图： SO2的平衡转化率(%)随温度和压强的变化情况见下表： 温度/℃ 平衡时SO2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 下列说法不正确的是( ) A．使用催化剂可以缩短反应达到平衡所需的时间 B．通常不采取加压措施是因为常压下SO2的转化率已相当高 C．工业生产中通入过量的空气可以提高SO2的平衡转化率 D．反应选择在400～500 ℃，主要是让V2O5的活性最大、SO2的平衡转化率提高 题型 合成氨的反应特点及适宜条件选择 ▌例1 合成氨生产流程如图所示。下列说法不正确的是( ) A．为防止原料气中混有的杂质使催化剂中毒，原料气必须经过净化 B．压缩机加压是为了保证尽可能高的平衡转化率和反应速率 C．未经循环前，a、b、c三处的混合气体的成分含量各不相同，温度也各不相同 D．基于氨气有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应向生成氨气方向进行 解题贴士 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。 ▌对点练1-1 下列有关合成氨工业的说法正确的是(　　) A．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 B．合成氨厂一般采用的压强为10MPa～30MPa，因为该压强下铁触媒的活性最高 C．增大压强，正反应速率和逆反应速率均增大，但对正反应的反应速率影响更大 D．N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成 ▌对点练1-2 对于可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0，下列说法中正确的是(　　) A．达到平衡后充入N2，当重新达到平衡时，NH3的浓度比原平衡的大，N2的浓度比原平衡的小 B．达到平衡后，升高温度，既加快了正、逆反应速率，又提高了NH3的产率 C．达到平衡后，缩小容器体积，既有利于加快正、逆反应速率，又有利于提高氢气的转化率 D．加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率增大，而逆反应速率减小 题型 化工生产中反应条件的控制 ▌例2 某工业生产中发生反应：2X(g)+Y(g) 2M(g)　ΔH<0。下列有关该反应的说法正确的是(　　) A．工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成 B．若物质Y价廉易得，工业上一般采用加入过量的Y的方法，以提高X和Y的转化率 C．工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高 D．工业生产中常采用催化剂，因为使用催化剂可提高M的日产量 解题贴士 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 ▌对点练2-1 下列关于化学反应的调控措施说法不正确的是( ) A．硫酸工业中，为使黄铁矿充分燃烧，可将矿石粉碎 B．硝酸工业中，氨的氧化使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率 C．合成氨工业中，为提高氮气和氢气的利用率，采用循环操作 D．对于合成氨的反应，如果调控好反应条件，可使一种反应物的转化率达到100% ▌对点练2-2 硫酸是一种重要的化工产品，目前主要采用“接触法”进行生产。有关反应的说法中不正确的是( ) A．实际生产中，、再循环使用提高原料利用率 B．实际生产中，为了提高反应速率，压强越高越好 C．在生产中，通入过量空气的目的是提高的转化率 D．实际生产中，选定400~500℃作为操作温度的主要原因是催化剂的活性最高 基础通关 1．化工生产中反应速率影响工厂的效益。下列操作不能提高工业合成氨速率的是(　　) A．适当升温 B．适当加压 C．选择合适催化剂 D．加快通过催化剂的气流速度 2．(2026·四川达州高二阶段检测)氢气可通过下列反应制得：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH <0，为了提高一氧化碳在平衡体系中的转化率，可采取的措施是( ) A．减小压强 B．降低温度 C．增大压强 D．增大CO的浓度 3．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列操作与平衡移动无关的是( ) A．不断将氨分离出来 B．使用催化剂 C．采用500 ℃左右的高温而不是700 ℃的高温 D．采用2×107～5×107 Pa的压强 4．关于工业合成氨的叙述中，错误的是(　　) A．在动力、设备、材料允许的情况下，反应尽可能在高压下进行 B．温度越高越有利于工业合成氨 C．在工业合成氨中N2、H2的循环利用可提高其利用率，降低成本 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 5．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，实施下列目的的变化过程中与平衡移动无关的是(　　) A．不断将氨分离出来 B．使用催化剂 C．采用700 K左右的高温而不是900 K的高温 D．采用1×107～3×107 Pa的压强 6．关于合成氨工业的下列说法正确的是( ) A．从合成塔出来的气体，其中氨气一般占15%，所以生产氨的工业效率都很低 B．由于NH3易液化，N2、H2可循环使用，则总的说来，氨的产率很高 C．合成氨工业的反应温度控制在400~500℃左右，目的是使平衡向正反应方向进行 D．合成氨工业采用10~30MPa，是因为该条件下催化剂的活性最好 7．下列有关合成氨工业的说法中正确的是(　　) A．铁作催化剂可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动 B．升高温度可以加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动 C．增大压强能缩短到达平衡状态所用的时间 D．合成氨采用的压强是1×107～3×107 Pa，因为该压强下铁触媒的活性最高 8．合成氨反应为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)       △H=-92.4kJ·mol-1。下列说法正确的是(　　) A．合成氨反应在任何温度下都能自发 B．1molN2与过量H2充分反应放热92.4kJ C．合成氨实际生产中选择高压和低温 D．将氨液化分离，可促进平衡正移及循环利用氮气和氢气 9．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．工业合成氨，研发新型催化剂 10．学习“化学反应的速率和化学平衡”内容后，联系工业生产实际所发表的观点，你认为正确的是(　　) A．化学反应速率理论可指导怎样提高原料的平衡转化率 B．化学平衡理论可指导怎样使用有限原料多出产品 C．温度升高，分子动能增加，反应所需活化能减少，反应速率增大 D．增大压强能提高活化分子的百分率，提高单位时间内分子有效碰撞次数 11．工业制硫酸中有一步重要的反应是SO2在400-600℃下发生催化氧化：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH<0，下列说法正确的是( ) A．为提高的转化率，在生产过程中压强越高越好 B．工业生产中可通过增大二氧化硫的浓度来提升反应物转化率 C．其他条件保持不变，温度越高，反应速率越快，生产效益越好 D．工业生产中使用催化剂是为了提高生产效率 12．SO2在400~600℃下的催化氧化：2SO2+O22SO3，已知此正反应放热。如果反应在密闭容器中进行，下列有关说法中错误的是( ) A．在上述条件下，SO2不可能完全转化为SO3 B．达到平衡时，SO2的浓度与SO3的浓度一定相等 C．使用催化剂是为了加快反应速率，提高生产效率 D．为了提高SO2的转化率，可适当提高O2的浓度 13．纳米钴常用于CO加氢反应的催化剂：CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)　ΔH<0，下列说法正确的是(　　) A.纳米技术的应用，优化了催化剂的性能，提高了反应物的转化率 B.缩小容器体积，平衡向正反应方向移动，CO的浓度增大 C.从平衡体系中分离出H2O(g)能加快正反应速率 D.工业生产中采用高温条件下进行，其目的是提高CO的平衡转化率 14．合成氨反应通常控制在10 MPa~30 MPa的压强和500 ℃左右的温度，且进入合成塔的氮气和氢气的体积比为1∶3，经科学测定，在相应条件下氮气和氢气反应所得氨的平衡浓度(体积分数)如下表所示： 压强 20 MPa 60 MPa 500 ℃ 19.1 42.2 而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%，这表明(　　) A．表中所测数据有明显误差 B．生产条件控制不当 C．氨的分解速率大于预测值 D．合成塔中的反应并未达到平衡 15．在硫酸工业生产中，通过下列反应使SO2氧化成SO3： 2SO2(g) +O2(g)2SO3(g) ΔH= -196.6kJ/mol。下 表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率 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 从化学反应速率、化学平衡及生产成本、产量等角度综合分析，在实际生产中有关该反应适宜条件选择的说法正确的是(　　) A．SO2的转化率与温度成反比，故采用尽可能低的温度 B．该反应在450℃左右、1MPa (常压)下进行较为合适 C．SO2的转化率与压强成正比，故采用尽可能高的压强 D．为了提高的SO2的转化率，应使用合适的催化剂 素养提升 16．合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前需经过铜氨液处理，目的是除去其中的CO，其反应为：  。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 17．工业制备硫酸的生产过程及相关信息如下。下列有关说法正确的是(　　) 温度/℃ 不同压强下接触室中SO2的平衡转化率/ 450 99.2 99.7 550 94.9 97.7 工艺流程 A．循环利用的物质是SO3 B．2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)为放热反应 C．吸收塔中98.3%H2SO4表现强氧化性 D．实际生产中，接触室中应采用温度450℃，压强10Mpa 18．工业上可在高纯氨气下球磨氢化锂以合成高纯度的储氢材料氨基锂，原理可表示为： LiH(s) + NH3(g)= LiNH2(s) + H2(g)。如图表示在不同氨气分压和不同球磨时间下目标产物LiNH2的相对纯度变化曲线。考虑实验安全(氨气压力要小)以及目标产物LiNH2的相对纯度要得到保证(接近98%)，选择合成的最佳条件为(　　) A．0.2MPa，1.0h B．0.3MPa，2.0 h C．0.4 MPa，2.0 h D．0.5MPa， 1.5 h 19．煤气化的一种方法是在气化炉中给煤炭加氢，发生的主要反应为C(s)＋2H2(g)CH4(g)。在V L的密闭容器中投入a mol碳(足量)，同时通入2a mol H2，控制条件使其发生上述反应，实验测得碳的平衡转化率随压强及温度的变化关系如图所示。下列说法正确的是(　　) A．上述正反应为放热反应 B．在4 MPa、1 200 K时，图中X点v(H2)正＜v(H2)逆 C．在5 MPa、800 K时，该反应的平衡常数为 D．工业上维持6 MPa、1 000 K而不采用10 MPa、1000 K，主要是因为前者碳的转化率高 迁移创新 20．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 21．某研究性学习小组研究了汽车尾气中的NO与CO的反应和某工业废气中的NO2与SO2的反应。回答下列问题： (1)一定温度下，向某容积为1 L的密闭容器中通入a mol NO、b mol CO，控制一定的条件使其发生反应：2NO(g)＋2CO(g) N2(g)＋2CO2(g)　ΔH<0。测得NO的平衡转化率与温度、投料比X(X＝)的关系如图甲所示。 则T1________(填“>”或“<”)T2；若X1＝0.8、a＝2，反应开始至达到平衡(对应A点)所用的时间是2 min，则反应发生的2 min内N2的平均反应速率v(N2)＝________，A点对应的平衡常数K＝________(保留3位有效数字)。 (2)在固定体积的密闭容器中发生反应： NO2(g)＋SO2(g) SO3(g)＋NO(g)　ΔH＝－41.8 kJ·mol－1 使用某种催化剂，改变的值进行多组实验(各组实验的温度可能相同，也可能不同)，测定NO2的平衡转化率。部分实验结果如图乙所示。 ①如果要将图乙中C点的平衡状态改变为B点的平衡状态，应采取的措施是______________。 ②若A点对应实验中，SO2的起始浓度为c0 mol·L－1，经过t min达到平衡状态，该时段NO2的平均反应速率v(NO2)＝________mol·L－1·min－1。 ③若图乙中C、D两点对应的实验温度分别为TC和TD，通过计算判断TC________(填“>”“＝”或“<”)TD。 22．工业上用硫铁矿为主要原料制取硫酸，主要设备有沸腾炉、接触室和吸收塔。 (1)有关接触法制硫酸的下列说法中，不正确的是___________。 A．二氧化硫的氧化在接触室中发生 B．吸收塔用浓度为98.3%浓硫酸吸收三氧化硫 C．接触室中反应的条件之一为较高温度是为了提高SO2的转化率 D．硫酸工业中在接触室安装热交换器是为了利用SO3转化为H2SO4时放出的热量 (2)平衡转化率与温度及压强关系如图所示。在实际生产中，SO2催化氧化反应的条件选择常压、450℃左右(对应图中A点)，而没有选择SO2转化率更高的B或C点对应的反应条件，其原因分别是 、 。 学科网(北京)股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二章 化学反应速率与化学平衡 第四节 化学反应的调控 课标要点 1.知道如何应用化学反应速率和化学平衡分析合成氨的适宜条件，体会应用化学原理分析化工生产条件的思路和方法。 2.认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要应用，探索最适宜的化工生产条件。 学习重难点 重点：应用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件。 难点：学会应用化学反应原理选择化工生产条件。 知识点 工业合成氨反应的适宜条件 1．合成氨反应的特点 (1)反应：合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJmol－1，ΔS＝－198.2 Jmol－1K－1。 (2)特点： ①可逆反应 ②放热反应：ΔH<0 ③熵减的反应：ΔS<0 ④常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。 2．合成氨反应特点的分析 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 升高 增大 使用 提高平衡混合物中氨的含量 增大 降低 增大 无影响 (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。 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 4．合成氨的工艺流程 (1)生产流程 (2)流程分析 ①原料气干燥、净化：除去原料气中的水蒸气及其他气体杂质，防止与催化剂接触时，导致催化剂“中毒”而降低或丧失催化活性 ②压缩机加压：增大压强 ③热交换：合成氨反应为放热反应，反应体系温度逐渐升高，为原料气反应提供热量，故热交换可充分利用能源，提高经济效益。 ④冷却：生成物NH3的液化需较低温度采取迅速冷却的方法，可使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出来，以促使平衡向生成NH3的方向移动。 ⑤循环使用原料气：因合成氨反应为可逆反应，平衡混合物中含有原料气，将NH3分离后的原料气循环利用，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，提高经济效益。 教材延伸 工业生产中，必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。 随学随练 1．工业合成氨的反应为：N2(g) + 3H2(g)2NH3(g) △H <0，该反应应采取的适宜条件是( ) A．低温、高压、催化剂 B．适宜的温度、压强、催化剂 C．低温、常压、催化剂 D．高温、高压、催化剂 【答案】B 【解析】降温平衡右移，但反应速率太慢，从反应速率和催化剂的活性考虑，温度选在500℃左右，增大压强，平衡右移，但压强太大，对设备要求很高，所以也要选择适宜的压强，催化剂能增大反应速率，也要选择适宜的催化剂。故选B。 2．工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝-92.4kJ·mol−1。下面说法正确的是( ) A．合成氨一般选择400～500℃的原因主要考虑了温度对速率的影响 B．将生成的氨气及时液化分离，可推动平衡正向移动，加快反应速率 C．增大压强虽能提高平衡产率，但实际生产中常采用20MPa以节省设备成本 D．由于N2在空气中含量高，因此直接将空气与氢气混合通入反应炉 【答案】C 【解析】A项，合成氨选择400~500℃，既考虑温度对速率的影响(加快反应速率)，也考虑催化剂(铁触媒)的活性，该温度下催化剂活性高，不只是考虑速率，A错误；B项，及将氨气及时液化分离，平衡正向移动，但浓度降低了，反应速率会减慢，不是加快，B错误；C项，增大压强，平衡正向移动，能提高平衡产率，但压强过大对设备要求高、成本高，实际生产采用20MPa左右可节省设备成本，C正确；D项，直接将空气与氢气混合通入反应炉，空气中的氧气会与氢气混合发生爆炸等危险，且空气中含有其他杂质气体，会影响反应，不能直接混合，D错误；故选C。 3．氨是制造化肥的重要原料，如图为工业合成氨的流程图。下列有关说法错误的是( ) A．工业上制氮气一般用分离液态空气法 B．步骤②、③、④、⑤均有利于提高反应物的平衡转化率 C．步骤①中“净化”N2、H2混合气体可以防止催化剂中毒 D．步骤③中温度选择500℃，主要是考虑催化剂的活性 【答案】B 【解析】A项，由于空气中最主要的两种气体是氮气和氧气，利用空气中氮气的沸点比氧气的沸点低，先将空气加压降温变成液态，然后再加热，由于液氮的沸点(-196摄氏度)比氧气的沸点(-183摄氏度)低，氮气首先从液态空气中蒸发出来，留下的就是液态氧气，工业上制氮气一般用分离液态空气法，故A正确；B．步骤③中催化剂不改变化学平衡，反应物的平衡转化率不变，又合成氨的反应为放热反应，升温平衡逆向移动，反应物的平衡转化率减小，故B错误；C．为防止催化剂中毒，反应前的氮气和氢气混合气体需要除杂净化，故C正确；D．步骤③中温度选择500℃，主要是考虑催化剂的活性，故D正确；故选B。 知识点 控制反应条件的目的及措施 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，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．控制反应条件考虑因素：在实际生产中常常需要结合设备条件、安全操作、经济成本等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找适宜的生产条件。此外，还要根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析，权衡利弊，才能实施生产。 3．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。 4．工业上选择适宜生产条件的原则 外界 条件 有利于加快速率的条件控制 有利于平衡正向移动的条件控制 综合分析结果 浓度 增大反应物的浓度 增大反应物的浓度、减小生成物的浓度 不断地补充反应物、及时地分离出生成物 催化剂 加合适的催化剂 不需要 加合适的催化剂 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 教材延伸 (1)既要注意外界条件对反应影响的一致性，又要注意外界条件对反应影响的矛盾性； (2)既要注意温度、催化剂对速率影响的一致性，又要注意催化剂的活性对温度的限制； (3)既要注意理论上的需要，又要注意实际操作上的可能性。 随学随练 1．合成氨厂所需H2可由焦炭与水反应制得，其中有一步反应为CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH<0。欲提高CO的利用率，可采用的方法是(　　) ①降低温度　②增大压强　③使用催化剂　④增大CO的浓度　⑤增大水蒸气的浓度 A．①②③ B．④⑤ C．①⑤ D．②⑤ 【答案】C 【解析】增大压强，平衡不移动；增大CO的浓度，平衡向右移动，但CO的转化率降低；使用催化剂，平衡不移动，CO的转化率不变；降低温度或增大水蒸气的浓度，平衡均向右移动，CO的转化率增大。 2．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。 3．在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化为SO3： 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH=－196.6 kJ/mol。下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率。下列说法错误的是 温度/℃ 平衡时SO2的转化率/% 0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 A．在实际生产中，从成本的角度考虑选择常压下进行反应 B．在实际生产中，选定的温度为400～500 ℃，这与催化剂的活性无关 C．反应过程中通入过量的空气，以提高平衡时SO2的转化率 D．为避免污染环境和提高原料利用率，尾气中的SO2需回收处理 【答案】B 【解析】A．由表格数据可知，在常压及400～500℃时，二氧化硫的转化率已经很高，继续增大压强，虽然二氧化硫的平衡转化率会提高，但不明显，且会增加设备成本，增大投资和能量消耗，故A正确；B．温度太高时，催化剂失去活性，则实际生产中，选定的温度为400~500℃，主要原因是考虑催化剂的活性最佳，故B错误；C．空气的成本较低，在实际生产中，通入过量的空气，反应物浓度增大，反应速率加快，平衡正向移动，从而可提高成本较高的二氧化硫的转化率，故C正确； D．尾气中的SO2必须回收循环利用，防止污染环境并提高原料的利用率，故D正确；故选B。 拓展 工业生产中选择适宜生产条件的思路 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： 分析角度 原则要求 本身因素 参加反应的物质组成、结构和性质 从化学反应速率分析 既不能过快，又不能太慢 从化学平衡移动分析 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 从主、副反应选择性分析 促进主反应、抑制副反应，提高主反应的选择性 社会效益 注意环境保护，把握绿色化学原则，原料、工艺绿色、低耗 活学活用 1．(2026·浙江省杭州首考适应性考试)化学与社会、生产、生活密切相关，下列说法不正确的是 A．硝酸工业4NH3(g)+5O2(g)4NO(g)+6H2O(g)  ΔH<0 达到平衡后，升高温度，对逆反应的速率影响更大 B．工业炼钢反应FeO(s)+C(s)CO(g)+Fe(s)  ΔH>0，达到平衡后，保持温度不变，压缩容器体积，重新达到平衡时c(CO)和原平衡相等 C．工业制硫酸2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0该反应低温自发，工业生产选择的温度是400-500℃高温 D．合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，ΔH<0，将氨气液化，既能提高反应的限度，又能提高正反应的速率 【答案】D 【解析】A项，硝酸工业反应为放热反应，升高温度正逆反应速率都增大，平衡逆向移动，故逆反应的速率受温度影响更大，A正确；B项，工业炼钢反应中，平衡常数K=c(CO)，温度不变则K不变，压缩体积后c(CO)保持不变，B正确；C项，工业制硫酸反应低温自发，但工业生产选择400-500℃高温是为了提高反应速率，C正确；D项，合成氨反应中，液化氨气(移除产物)可使平衡正向移动，提高反应限度，但没有提高正反应速率，D错误；故选D。 2．某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g)2M(g)，ΔH<0.下列说法正确的是( ) A．这是一个放热的熵减反应，在低温条件下该反应一定可自发进行 B．若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B，以提高A的转化率 C．工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高 D．工业生产中常采用催化剂，因为使用催化剂可提高反应物的转化率 【答案】B 【解析】A项，这是一个放热的熵减反应，△H <0，△S<0，根据时可自发判断，在低温条件下该反应是自发反应，但不一定可自发进行，A错误；B项，若物质B价廉易得，工业上一般通过加入过量的B，增大B的浓度，使平衡向正反应方向移动提高A的转化率，B正确；C项，该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，反应物的转化率减小，C错误；D项，使用催化剂，化学反应速率增大，但化学平衡不移动，反应物的平衡转化率不变，D错误；故选B。 拓展 硫酸工业生产中选择适宜生产条件的思路 在硫酸工业的生产全流程中，中学化学反应原理是核心设计依据。 1．造气阶段，利用增大反应物接触面积的原理，将黄铁矿在沸腾炉中“沸腾”焙烧，大幅加快反应速率，高效生成二氧化硫。 2．二氧化硫催化氧化环节，依托可逆反应的化学平衡移动规律，虽正反应放热却选择400-500℃的适宜温度，既兼顾催化剂V₂O₅的活性，又平衡反应速率与转化率；同时采用常压设计，规避高压带来的不必要设备成本，实现生产效益最优。 3．三氧化硫吸收阶段，运用溶解平衡原理，选用98.3%浓硫酸替代水吸收，避免直接用水生成难扩散的酸雾，大幅提升吸收效率。整个生产过程完全体现了反应速率、化学平衡原理对工业实际的精准指导作用。 活学活用 1．硫酸工业生产中发生反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) ΔH<0，下列说法不正确的是( ) A．工业生产中常采用合适的催化剂，因为生产中使用催化剂可提高SO3的生产效率 B．工业上可加入适当过量的2以提高SO2的转化率 C．工业上应综合考虑能耗、催化剂活性等因素来选择合适的温度 D．工业上合成SO3应采用高压条件，因为高压既可增大反应速率又可以提高反应物的转化率 【答案】D 【解析】A项，催化剂可以提高反应速率，单位时间内生成更多的SO3，提高SO3的生产效率，A正确；B项，加入适当过量的2，平衡正向移动，可以提高SO2的转化率，B正确；C项，工业生产要综合考虑能耗、催化剂活性等因素，以选择合适的温度，C正确；D项，虽然高压有利于化学平衡正向移动，但高压对设备的要求高，增大了生产成本，则工业生产不宜高压，D错误； 故选D。 2．工业上生产硫酸时，利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是一个关键步骤：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)。工业制硫酸的原理示意图： SO2的平衡转化率(%)随温度和压强的变化情况见下表： 温度/℃ 平衡时SO2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 下列说法不正确的是( ) A．使用催化剂可以缩短反应达到平衡所需的时间 B．通常不采取加压措施是因为常压下SO2的转化率已相当高 C．工业生产中通入过量的空气可以提高SO2的平衡转化率 D．反应选择在400～500 ℃，主要是让V2O5的活性最大、SO2的平衡转化率提高 【答案】D 【解析】A．使用催化剂加快反应速率，可以缩短反应达到平衡所需的时间，A正确；B．根据表中数据可判断常压下SO2的转化率已相当高，所以通常不采取加压措施是因为常压下SO2的转化率已相当高，增大压强对设备要求高，增加成本，B正确；C．氧气是反应物之一，工业生产中通入过量的空气促使平衡正向移动，因此可以提高SO2的平衡转化率，C正确；D．反应选择在400～500 ℃，主要是让V2O5的活性最大，由于正反应是放热反应，因此高温下SO2的平衡转化率会降低，D错误；故选D。 题型 合成氨的反应特点及适宜条件选择 ▌例1 合成氨生产流程如图所示。下列说法不正确的是( ) A．为防止原料气中混有的杂质使催化剂中毒，原料气必须经过净化 B．压缩机加压是为了保证尽可能高的平衡转化率和反应速率 C．未经循环前，a、b、c三处的混合气体的成分含量各不相同，温度也各不相同 D．基于氨气有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应向生成氨气方向进行 【答案】C 【解析】合成氨反应使用铁触媒作催化剂，氮气和氢气在加压高温条件下反应生成氨气，液化分离出氨气，该反应是可逆反应。A．合成氨反应使用铁触媒作催化剂，原料气中含有杂质的气体可能会造成催化剂中毒而活性减弱，因此原料气需要经过净化，故A正确；B．合成氨反应为气体体积减小的反应，增大压强既有利于加快速率又有利于平衡右移，但压强增大设备成本大幅度提升，故需要综合考虑以上影响因素，故B正确；C．未经循环前，a、b两处的混合气体的成分含量相同，故C错误；D．冷却过程，及时将NH3从平衡混合物中分离除去，降低了产物的浓度，促使合成氨反应向生成氨气的方向移动，提高了产率，故D正确；故选C。 解题贴士 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。 ▌对点练1-1 下列有关合成氨工业的说法正确的是(　　) A．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 B．合成氨厂一般采用的压强为10MPa～30MPa，因为该压强下铁触媒的活性最高 C．增大压强，正反应速率和逆反应速率均增大，但对正反应的反应速率影响更大 D．N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成 【答案】C 【解析】A．工业合成氨是放热反应，低温有利于反应正向移动，反应温度控制在400～500℃，是为了兼顾速率和平衡，而且此温度下催化剂活性最高，故A错误；B．工业合成氨的催化剂铁触媒的活性受温度影响比较大，400～500℃活性最高，故B错误；C．工业合成氨N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，增大压强，反应物浓度和生成物浓度都增大，但反应物浓度增大的多，所以正反应速率和逆反应速率均增大，但对正反应的反应速率影响更大，故C正确；D．N2的量越多，H2的转化率越大，但加入过多的氮气，未反应的氮气会带走较多的热量，反而不利于氨气的合成，故D错误；故选C。 ▌对点练1-2 对于可逆反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0，下列说法中正确的是(　　) A．达到平衡后充入N2，当重新达到平衡时，NH3的浓度比原平衡的大，N2的浓度比原平衡的小 B．达到平衡后，升高温度，既加快了正、逆反应速率，又提高了NH3的产率 C．达到平衡后，缩小容器体积，既有利于加快正、逆反应速率，又有利于提高氢气的转化率 D．加入催化剂可以缩短达到平衡的时间，是因为正反应速率增大，而逆反应速率减小 【答案】C 【解析】达到平衡后，充入N2，平衡向正反应方向移动，达到新平衡后，NH3的浓度会增大，而N2的浓度不会减小；达到平衡后，升高温度，正、逆反应速率都增大，但平衡向逆反应方向移动，不利于NH3的生成；达到平衡后，缩小容器体积即增大压强，正、逆反应速率都增大，平衡向正反应方向移动，有利于提高H2的转化率；加入催化剂，能同等程度地增大正、逆反应速率，缩短反应达到平衡的时间。 题型 化工生产中反应条件的控制 ▌例2 某工业生产中发生反应：2X(g)+Y(g) 2M(g)　ΔH<0。下列有关该反应的说法正确的是(　　) A．工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成 B．若物质Y价廉易得，工业上一般采用加入过量的Y的方法，以提高X和Y的转化率 C．工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高 D．工业生产中常采用催化剂，因为使用催化剂可提高M的日产量 【答案】D 【解析】虽然高压条件有利于M生成，但不一定都采用高压条件，如2SO2+O22SO3，常压下SO2的转化率已经很高，高压对SO2的转化率影响不大，因而工业上采用常压；加入Y，X的转化率提高，但Y的转化率降低；ΔH<0，升高温度，反应物转化率降低；催化剂可加快化学反应速率。 解题贴士 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 ▌对点练2-1 下列关于化学反应的调控措施说法不正确的是( ) A．硫酸工业中，为使黄铁矿充分燃烧，可将矿石粉碎 B．硝酸工业中，氨的氧化使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率 C．合成氨工业中，为提高氮气和氢气的利用率，采用循环操作 D．对于合成氨的反应，如果调控好反应条件，可使一种反应物的转化率达到100% 【答案】D 【解析】A．硫酸工业中，将矿石粉碎可以增大反应物的接触面积，有利于黄铁矿的充分燃烧，故A正确；B．硝酸工业中，氨的氧化使用催化剂，可以降低反应的活化能，增大反应速率，提高生产效率，故B正确；C．合成氨工业中，分离出液氨的混合气体中含有的氮气和氢气采用循环操作，有利于提高氮气和氢气的利用率，故C正确；D．合成氨反应为可逆反应，可逆反应不可能完全反应，所以调控反应条件不可能使反应物的转化率达到100%，故D错误；故选D。 ▌对点练2-2 硫酸是一种重要的化工产品，目前主要采用“接触法”进行生产。有关反应的说法中不正确的是( ) A．实际生产中，、再循环使用提高原料利用率 B．实际生产中，为了提高反应速率，压强越高越好 C．在生产中，通入过量空气的目的是提高的转化率 D．实际生产中，选定400~500℃作为操作温度的主要原因是催化剂的活性最高 【答案】B 【解析】A．二氧化硫和氧气的反应为可逆反应，SO2和O2不能反应完，因此SO2和O2需再循环利用以提高原料利用率，A正确；B．压强过大，设备可能无法承受太大的压强，适当增大压强可提高反应速率和转化率，B错误；C．通入过量的空气，则反应平衡正向移动，SO2的转化率提高，C正确；D．实际生产中，温度为400-500℃时，催化剂的活性最高，因此400-500℃作为操作温度，D正确；故选B。 基础通关 1．化工生产中反应速率影响工厂的效益。下列操作不能提高工业合成氨速率的是(　　) A．适当升温 B．适当加压 C．选择合适催化剂 D．加快通过催化剂的气流速度 【答案】D 【解析】A．合适温度范围内适当升温可以加快反应速率，故A正确；B．适当加压可以加快反应速率，故B正确；C．选择合适催化剂可以加快反应速率，故C正确；D．加快通过催化剂的气流速度，使气体接触催化剂的时间变短，不能提高反应速率，故D错误；故选D。 2．(2026·四川达州高二阶段检测)氢气可通过下列反应制得：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g) ΔH <0，为了提高一氧化碳在平衡体系中的转化率，可采取的措施是( ) A．减小压强 B．降低温度 C．增大压强 D．增大CO的浓度 【答案】B 【解析】A项，该反应前后气体总物质的量相等，减小压强平衡不移动，一氧化碳转化率不变，A错误；B项，该反应正反应为放热反应(ΔH＜0)，降低温度，平衡正向移动，可提高一氧化碳的转化率，B正确；C项，该反应前后气体总物质的量相等，增大压强平衡不移动，一氧化碳转化率不变，C错误；D项，增大CO的浓度，平衡虽然正向移动，但CO自身的转化率会降低，仅能提高H2O的转化率，D错误；故选B。 3．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列操作与平衡移动无关的是( ) A．不断将氨分离出来 B．使用催化剂 C．采用500 ℃左右的高温而不是700 ℃的高温 D．采用2×107～5×107 Pa的压强 【答案】B 【解析】把氨分离出来是减小生成物浓度，有利于平衡右移；合成氨反应是放热反应，较低温度利于反应向右进行，同时该反应是气体物质的量减小的反应，尽可能采取高压利于正反应，A、C、D都符合平衡移动原理，而使用催化剂仅是为增大反应速率，与平衡无关。 4．关于工业合成氨的叙述中，错误的是(　　) A．在动力、设备、材料允许的情况下，反应尽可能在高压下进行 B．温度越高越有利于工业合成氨 C．在工业合成氨中N2、H2的循环利用可提高其利用率，降低成本 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】B 【解析】因为高压利于合成氨反应向正反应方向进行，所以在条件允许下可以采取尽量高的压强，现在一些发达国家已经采用1 000个大气压的高压合成氨工艺，A正确；从反应限度角度看，低温有利于氨的合成，但为了兼顾反应速率和催化剂的活性，采用了700 K左右的温度，B错误；合成氨反应是可逆反应，建立平衡后有较多的反应物没有转化，应该循环使用，C正确；反应体系中分离出氨气，相当于减小生成物浓度，有利于平衡向正反应方向移动，D正确。 5．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，实施下列目的的变化过程中与平衡移动无关的是(　　) A．不断将氨分离出来 B．使用催化剂 C．采用700 K左右的高温而不是900 K的高温 D．采用1×107～3×107 Pa的压强 【答案】B 【解析】把氨分离出来是减小生成物浓度，有利于平衡右移；合成氨反应是放热反应，相对较低温度(700 K)利于反应向右进行，同时该反应是气体物质的量减小的反应，尽可能采取高压利于正反应的进行，A、C、D都符合平衡移动原理，而使用催化剂仅是为增大反应速率，与平衡移动无关。 6．关于合成氨工业的下列说法正确的是( ) A．从合成塔出来的气体，其中氨气一般占15%，所以生产氨的工业效率都很低 B．由于NH3易液化，N2、H2可循环使用，则总的说来，氨的产率很高 C．合成氨工业的反应温度控制在400~500℃左右，目的是使平衡向正反应方向进行 D．合成氨工业采用10~30MPa，是因为该条件下催化剂的活性最好 【答案】B 【解析】A项，从合成塔出来的气体中，氨气一般仅占15%，但由于氮气和氢气的再循环，使得生产氨的工业效率也能达到相当高的水平，故A不选；B项，由A项可知B正确，故选B；C项，合成氨工业的反应温度控制在400~500℃左右，是为使催化剂的活性达到最佳状态，故C不选；D项，合成氨工业采用10~30MPa，是因为再增大压强，平衡转化率不会提高太多，且增大压强对设备的要求更高，不能达到更好的经济效益，故D不选。故选B。 7．下列有关合成氨工业的说法中正确的是(　　) A．铁作催化剂可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动 B．升高温度可以加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动 C．增大压强能缩短到达平衡状态所用的时间 D．合成氨采用的压强是1×107～3×107 Pa，因为该压强下铁触媒的活性最高 【答案】C 【解析】催化剂可以改变反应速率，但不能使平衡移动，只能缩短反应达到平衡所需的时间，A项错误；升高温度可以加快反应速率，但合成氨反应是放热反应，因此升高温度不利于化学平衡向合成氨的方向移动，B项错误；增大压强反应速率加快，C项正确；催化剂的活性取决于温度的高低，而非取决于压强的大小，D项错误。 8．合成氨反应为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)       △H=-92.4kJ·mol-1。下列说法正确的是(　　) A．合成氨反应在任何温度下都能自发 B．1molN2与过量H2充分反应放热92.4kJ C．合成氨实际生产中选择高压和低温 D．将氨液化分离，可促进平衡正移及循环利用氮气和氢气 【答案】D 【解析】A．合成氨时放热且熵减的反应，根据∆G=∆H-T∆S＜0能自发可知，该反应低温下能自发，A错误；B．该反应为可逆反应，不能完全进行，因此1molN2与过量H2充分反应放热小于92.4kJ，B错误；C．为了加快反应速率，实际生产中选择高压(10-20MPa)和高温(400℃-500℃)，C错误；D．氨气易液化，液化分离后生成物减少，平衡正向移动，没有液化的H2和N2可以继续放入反应器中反应，循环利用，D正确；故选D。 9．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．工业合成氨，研发新型催化剂 【答案】B 【解析】A．油锅起火，盖上锅盖灭火，是隔绝空气灭火，与化学反应调控有关，A项正确；B．生产糖果，加入食用色素，与化学反应调控无关，B项错误；C．鲜牛奶冷藏，冷链运输，是降低温度，减缓反应速率，与化学反应调控有关，C项正确；D．工业合成氨，研发新型催化剂，加快反应速率，与化学反应调控有关，D项正确；故选B。 10．学习“化学反应的速率和化学平衡”内容后，联系工业生产实际所发表的观点，你认为正确的是(　　) A．化学反应速率理论可指导怎样提高原料的平衡转化率 B．化学平衡理论可指导怎样使用有限原料多出产品 C．温度升高，分子动能增加，反应所需活化能减少，反应速率增大 D．增大压强能提高活化分子的百分率，提高单位时间内分子有效碰撞次数 【答案】B 【解析】A．化学反应速率是表示物质反应的快慢，不能改变原料的转化率，A错误； B．化学平衡理论结合影响化学平衡的因素，采用合适的外界条件，是平衡向正反应方向移动，可提高产率，B正确；C．温度升高，分子动能增加，活化分子比例增大，反应速率增大，不是反应所需活化能减少，C错误 ；D．增大压强能提高单位体积内活化分子数目，提高单位时间内分子有效碰撞次数，不是提高活化分子的百分率，D错误；故选B。 11．工业制硫酸中有一步重要的反应是SO2在400-600℃下发生催化氧化：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH<0，下列说法正确的是( ) A．为提高的转化率，在生产过程中压强越高越好 B．工业生产中可通过增大二氧化硫的浓度来提升反应物转化率 C．其他条件保持不变，温度越高，反应速率越快，生产效益越好 D．工业生产中使用催化剂是为了提高生产效率 【答案】D 【解析】A项，增大压强平衡正向移动，则提高SO3的产率，但高压会对动力和设备要求太高，从而增加生产成本，为了降低成本，应该适当增大压强，故A错误；B项，增大一种反应物的浓度，可以提高另一种反应物的转化率，所以实际生产中可通过增大氧气的浓度来提高二氧化硫的转化率，从而降低成本，故B错误；C项，其他条件保持不变，温度越高，反应速率越快，但平衡逆向移动，降低产率，且增加生产成本，对提高生产效益产生不利影响，故C错误；D项，催化剂能降低反应所需活化能而增大活化分子百分数，所以使用催化剂可加快化学反应速率，从而缩短反应到达平衡的时间，提高生产效率，故D正确；故选D。 12．SO2在400~600℃下的催化氧化：2SO2+O22SO3，已知此正反应放热。如果反应在密闭容器中进行，下列有关说法中错误的是( ) A．在上述条件下，SO2不可能完全转化为SO3 B．达到平衡时，SO2的浓度与SO3的浓度一定相等 C．使用催化剂是为了加快反应速率，提高生产效率 D．为了提高SO2的转化率，可适当提高O2的浓度 【答案】B 【解析】A项，可逆反应中任何一种物质都不可能完全转化，故A项正确；B项，达到平衡时，SO2和SO3的浓度不再改变，但不一定相等，故B项错误；C项，催化剂不能提高产率，但能加快反应速率、缩短生产周期、提高生产效率，故C项正确；D项，提高O2的浓度，平衡向右进行，SO2的转化率提高，故D项正确。故选B。 13．纳米钴常用于CO加氢反应的催化剂：CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)　ΔH<0，下列说法正确的是(　　) A.纳米技术的应用，优化了催化剂的性能，提高了反应物的转化率 B.缩小容器体积，平衡向正反应方向移动，CO的浓度增大 C.从平衡体系中分离出H2O(g)能加快正反应速率 D.工业生产中采用高温条件下进行，其目的是提高CO的平衡转化率 【答案】B 【解析】催化剂的优化不影响平衡的移动，不能提高反应物的转化率，A项错误；缩小容器体积即增大压强，平衡向气体体积减小的方向即正向移动，体系中各组分浓度均增大，B项正确；减小c(H2O)时正反应速率瞬间不变，v逆减小，平衡正向移动，C项错误；升高温度，平衡逆向移动，CO的平衡转化率降低，D项错误。 14．合成氨反应通常控制在10 MPa~30 MPa的压强和500 ℃左右的温度，且进入合成塔的氮气和氢气的体积比为1∶3，经科学测定，在相应条件下氮气和氢气反应所得氨的平衡浓度(体积分数)如下表所示： 压强 20 MPa 60 MPa 500 ℃ 19.1 42.2 而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%，这表明(　　) A．表中所测数据有明显误差 B．生产条件控制不当 C．氨的分解速率大于预测值 D．合成塔中的反应并未达到平衡 【答案】D 【解析】表中数据为通过科学实验所得，不可能有明显误差；合成氨连续操作，不可能对生产条件控制不当；平衡浓度问题与速率的大小没有直接关系，因此故选D。这说明合成氨工业考虑单位时间的产量问题，并未让合成氨反应达到平衡，因为让反应达到平衡需要一定的时间，时间太长，得不偿失。 15．在硫酸工业生产中，通过下列反应使SO2氧化成SO3： 2SO2(g) +O2(g)2SO3(g) ΔH= -196.6kJ/mol。下 表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率 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 从化学反应速率、化学平衡及生产成本、产量等角度综合分析，在实际生产中有关该反应适宜条件选择的说法正确的是(　　) A．SO2的转化率与温度成反比，故采用尽可能低的温度 B．该反应在450℃左右、1MPa (常压)下进行较为合适 C．SO2的转化率与压强成正比，故采用尽可能高的压强 D．为了提高的SO2的转化率，应使用合适的催化剂 【答案】B 【解析】A．由表格数据可知，SO2的转化率与温度成反比，降低温度平衡向正反应方向移动，但反应速率减小，不利于提高SO2的产量，故A错误；B．在1MPa、450℃时SO3的平衡转化率(97.5%)就已经很高了，若继续增大压强，平衡虽正向移动，但效果并不明显，比其高压设备的高额造价，得不偿失，故B正确；C．由表格数据可知，SO2的转化率与压强成正比，但采用高压，平衡虽正向移动，但效果并不明显，比其高压设备的高额造价，得不偿失，故C错误；D．催化剂不能改变SO2的平衡转化率，故D错误；故选B。 素养提升 16．合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前需经过铜氨液处理，目的是除去其中的CO，其反应为：  。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N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ，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H2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。 17．工业制备硫酸的生产过程及相关信息如下。下列有关说法正确的是(　　) 温度/℃ 不同压强下接触室中SO2的平衡转化率/ 450 99.2 99.7 550 94.9 97.7 工艺流程 A．循环利用的物质是SO3 B．2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)为放热反应 C．吸收塔中98.3%H2SO4表现强氧化性 D．实际生产中，接触室中应采用温度450℃，压强10Mpa 【答案】B 【解析】A．2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)为可逆反应，未参与反应的二氧化硫可循环利用，A错误；B．由表知，在相同压强下，升高温度，二氧化硫的平衡转化率减小，则2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)为放热反应，B正确；C．吸收塔中98.3%H2SO4是为了吸收三氧化硫，不体现强氧化性，C错误；D．1Mpa和10Mpa两状态SO2的平衡转化率相差不大，但10Mpa压强大，对动力和设备要求高，所以实际生产中，接触室中应采用温度450℃，压强1Mpa，D错误；故选B。 18．工业上可在高纯氨气下球磨氢化锂以合成高纯度的储氢材料氨基锂，原理可表示为： LiH(s) + NH3(g)= LiNH2(s) + H2(g)。如图表示在不同氨气分压和不同球磨时间下目标产物LiNH2的相对纯度变化曲线。考虑实验安全(氨气压力要小)以及目标产物LiNH2的相对纯度要得到保证(接近98%)，选择合成的最佳条件为(　　) A．0.2MPa，1.0h B．0.3MPa，2.0 h C．0.4 MPa，2.0 h D．0.5MPa， 1.5 h 【答案】B 【解析】由图可知压强0.2MPa时目标产物LiNH2的相对纯度最高96%，不满足接近98%；压强0.3MPa、0.4 MPa、0.5MPa条件下达到98%的相对纯度所需球磨时间均在2h左右，但压强越大对设备的要求越高，因此选压强0.3MPa更合理。故选B。 19．煤气化的一种方法是在气化炉中给煤炭加氢，发生的主要反应为C(s)＋2H2(g)CH4(g)。在V L的密闭容器中投入a mol碳(足量)，同时通入2a mol H2，控制条件使其发生上述反应，实验测得碳的平衡转化率随压强及温度的变化关系如图所示。下列说法正确的是(　　) A．上述正反应为放热反应 B．在4 MPa、1 200 K时，图中X点v(H2)正＜v(H2)逆 C．在5 MPa、800 K时，该反应的平衡常数为 D．工业上维持6 MPa、1 000 K而不采用10 MPa、1000 K，主要是因为前者碳的转化率高 【答案】C 【解析】A．升高温度，碳的平衡转化率增大，则平衡正向移动，上述正反应为吸热反应，A不正确；B．在4 MPa、1 200 K时，图中X点未达平衡，碳的转化率应不断升高，直至达到平衡，所以v(H2)正＞v(H2)逆，B不正确；C．在5 MPa、800 K时，碳的平衡转化率为50%，则平衡时H2的物质的量为amol，CH4的物质的量为0.5amol，该反应的平衡常数为=，C正确；D．从图中可以看出，从6 MPa、1 000 K到10 MPa、1000 K，碳的平衡转化率增大，但幅度不大，而对消耗的动力增加、对设备的要求提高，经济上不合算，所以工业上维持6 MPa、1 000 K而不采用10 MPa、1000 K，D不正确；故选C。 迁移创新 20．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；故选B。 21．某研究性学习小组研究了汽车尾气中的NO与CO的反应和某工业废气中的NO2与SO2的反应。回答下列问题： (1)一定温度下，向某容积为1 L的密闭容器中通入a mol NO、b mol CO，控制一定的条件使其发生反应：2NO(g)＋2CO(g) N2(g)＋2CO2(g)　ΔH<0。测得NO的平衡转化率与温度、投料比X(X＝)的关系如图甲所示。 则T1________(填“>”或“<”)T2；若X1＝0.8、a＝2，反应开始至达到平衡(对应A点)所用的时间是2 min，则反应发生的2 min内N2的平均反应速率v(N2)＝________，A点对应的平衡常数K＝________(保留3位有效数字)。 (2)在固定体积的密闭容器中发生反应： NO2(g)＋SO2(g) SO3(g)＋NO(g)　ΔH＝－41.8 kJ·mol－1 使用某种催化剂，改变的值进行多组实验(各组实验的温度可能相同，也可能不同)，测定NO2的平衡转化率。部分实验结果如图乙所示。 ①如果要将图乙中C点的平衡状态改变为B点的平衡状态，应采取的措施是______________。 ②若A点对应实验中，SO2的起始浓度为c0 mol·L－1，经过t min达到平衡状态，该时段NO2的平均反应速率v(NO2)＝________mol·L－1·min－1。 ③若图乙中C、D两点对应的实验温度分别为TC和TD，通过计算判断TC________(填“>”“＝”或“<”)TD。 【答案】(1)>　0.4 mol·L－1·min－1　15.8 (2)①降低温度　②　③＝ 【解析】(1)正反应是放热反应，其他条件不变，温度升高平衡逆向移动，NO的平衡转化率降低，结合题图甲可知T1>T2。X1＝0.8、a＝2，根据X＝，得b＝2.5。 　　　　 2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g) 起始/mol·L－1 2 2.5 0 0 转化/mol·L－1 2×80% 1.6 0.8 1.6 平衡/mol·L－1 0.4 0.9 0.8 1.6 v(N2)＝＝0.4 mol·L－1·min－1。 K＝≈15.8。(2)①如果将图乙中C点的平衡状态改变为B点的平衡状态，NO2的平衡转化率增大，可以通过降低温度使平衡正向移动，从而使NO2的平衡转化率增大。②A点对应的NO2的平衡转化率为50%，＝0.4，SO2的起始浓度为c0 mol·L－1，则NO2的起始浓度为0.4c0 mol·L－1，转化的二氧化氮浓度为0.4c0 mol·L－1×50%＝0.2c0 mol·L－1，该时段NO2的平均反应速率v(NO2)＝＝ mol·L－1·min－1。③C点时＝1.0，设SO2的起始浓度为c1 mol·L－1，则NO2的起始浓度c(NO2)＝c1 mol·L－1，C点对应的二氧化氮的平衡转化率为50%，则平衡时c(NO2)＝c(SO2)＝c(SO3)＝c(NO)＝0.5c1 mol·L－1，平衡常数KC＝＝1；同理，D点对应的二氧化氮的平衡转化率为40%，＝1.5，设SO2的起始浓度为c2 mol·L－1，则NO2的起始浓度c(NO2)＝1.5c2 mol·L－1，则平衡时c(NO2)＝0.9c2 mol·L－1，c(SO2)＝0.4c2 mol·L－1，c(SO3)＝c(NO)＝0.6c2 mol·L－1，平衡常数KD＝1，平衡常数相同说明反应温度相同，即TC＝TD。 22．工业上用硫铁矿为主要原料制取硫酸，主要设备有沸腾炉、接触室和吸收塔。 (1)有关接触法制硫酸的下列说法中，不正确的是___________。 A．二氧化硫的氧化在接触室中发生 B．吸收塔用浓度为98.3%浓硫酸吸收三氧化硫 C．接触室中反应的条件之一为较高温度是为了提高SO2的转化率 D．硫酸工业中在接触室安装热交换器是为了利用SO3转化为H2SO4时放出的热量 (2)平衡转化率与温度及压强关系如图所示。在实际生产中，SO2催化氧化反应的条件选择常压、450℃左右(对应图中A点)，而没有选择SO2转化率更高的B或C点对应的反应条件，其原因分别是 、 。 【答案】(1)CD (2)不选B点，因为压强越大对设备的投资越大，消耗的动能越大，SO2原料的转化率在常压(0.1MPa)下的转化率已达到97%左右，再提高压强，SO2的转化率提高的余地很小，所以采用常压 不选C点，因为温度越低，SO2的转化率虽然更高，但催化剂的催化作用会受影响，450℃时，催化剂的催化效率最高，故选择A点，而不选择C点 【解析】(1)依据接触法制硫酸的工业流程和三个设备分析判断，二氧化硫的接触氧化是在接触室中发生的，A正确；设备C中用98.3%的H2SO4来吸收SO3的原因是：用水吸收易形成酸雾阻止三氧化硫的吸收，B正确；该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，SO2的转化率降低，实际上工业生产中采用较高的温度，是为了保证催化剂的活性和一定的化学反应速率，C错误；硫酸工业中，在接触室安装热交换器是为了利用二氧化硫生成三氧化硫的反应是放热的，而不是利用SO3转化为H2SO4时放的热量，D错误；故选CD； (2)不选B点，因为压强越大对设备的投资越大，消耗的动能越大，SO2原料的转化率在常压(0.1MPa)下的转化率已达到97%左右，再提高压强，SO2的转化率提高的余地很小，所以采用常压；不选C点，因为温度越低，SO2的转化率虽然更高，但催化剂的催化作用会受影响，450℃时，催化剂的催化效率最高，故选择A点，而不选择C点。 学科网(北京)股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $