2.4 化学反应的调控（4大题型，举一反三题型专练，江苏专用）化学人教版选择性必修1

**基本信息** 以合成氨为核心案例，通过原理分析-条件选择-图像解读-普适迁移的逻辑链，系统构建化学反应调控的方法体系，体现科学思维中的证据推理与模型认知。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |合成氨反应原理分析|1典例+3变式|基于ΔH、ΔS及勒夏特列原理的速率与平衡条件分析|从反应自发性、可逆性等特征出发，推导压强、温度等对速率和平衡的影响规律| |工业合成氨适宜条件|1典例+3变式|综合反应限度、设备成本及催化剂活性的条件优化方法|结合理论分析与工业实际，解释10-30MPa、400-500℃等条件的选择依据| |合成氨反应图像分析|1典例+3变式|速率-时间图像中平衡移动方向的判断技巧（v正v逆比较、曲线连续性等）|通过温度-压强-氨含量关系图，建立宏观现象与微观平衡移动的关联| |工业生产适宜条件选择|1典例+3变式|兼顾速率、限度、原料利用率及设备能力的多因素决策框架|从合成氨拓展至一般工业反应，构建条件选择的普适性思维模型|

第四节 化学反应的调控（题型突破·举一反三） 题型01 合成氨反应原理的分析 题型02 工业合成氨适宜的条件 题型03 合成氨反应图像分析 题型04 工业生产中适宜生产条件的选择 ▌题型01 合成氨反应原理的分析 1．合成氨反应的特点 合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。 （1）自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。 （2）可逆性：反应为可逆反应。 （3）体积变化(熵变)：ΔS<0，正反应是气体体积缩小的反应。 （4）焓变：ΔH<0，是放热反应。 2．原理分析 根据合成氨反应的特点，利用我们学过的影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，请填写下表。 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 压强 增大压强 增大压强 温度 升高温度 降低温度 催化剂 使用 无影响 浓度 增大反应物浓度 增大反应物浓度，降低生成物浓度 3.数据分析 根据课本表2－2（P47）在不同温度和压强下(初始时N2和H2的体积比为1∶3)，平衡混合物中氨的含量实验数据分析，提高反应速率的条件是升高温度、增大压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是降低温度、增大压强。二者在温度这一措施上是不一致的。实验数据的分析与理论分析的结论是一致的。 【典例1】（25-26高二上·江苏扬州·阶段检测）20世纪初，德国化学家哈伯首次用锇作催化剂在、550℃的条件下以和为原料合成了：。2021年11月，我国报道了新的合成氨催化剂设计策略，该技术可实现温和条件下的氨催化合成。对于反应，下列说法正确的是 A．上述反应 B．催化剂能加快反应速率，降低 C．增大压强，活化分子百分数增多，反应速率加快 D．若反应放出92.4 kJ热量，则过程中有3 mol 被氧化 【答案】D 【解析】A．反应中气体物质的量减少，系统混乱度降低，ΔS<0，A错误;B．催化剂不影响ΔH，仅改变反应速率，B错误;C．增大压强使单位体积内活化分子数增加，但活化分子百分数不变，C错误;D．放出92.4kJ热量对应生成2mol NH3，消耗3mol H2，H2作为还原剂被氧化，D正确;故答案为D。 【变式1-1】（2025高二上·江苏南通·学业考试）合成氨反应过程中下列说法正确的是 A．氢气的含量保持不变说明反应到达平衡状态 B．使用过量可以将完全转化为 C．工业生产时，压强越大越好 D．达到平衡状态时，正、逆反应速率均等于0 【答案A 【解析】A．工业合成氨为可逆反应，反应过程中氢气被消耗，当达到平衡状态时，氢气的含量保持不变，故可通过氢气的含量不变判断反应达到平衡状态，A正确;B．工业合成氨为可逆反应，不可完全转化为，B错误;C．工业生产时，增大压强有利于反应向正向进行，但压强越大对设备的要求越高，C错误;D．平衡状态是动态平衡，正反应速率等于逆反应速率且不等于0，D错误;故选A。 【变式1-2】（2025高二上·江苏镇江·学业考试）关于合成氨反应的说法正确的是 A．该反应为放热反应，降低温度可以提高化学反应速率 B．使用合适的催化剂可加快反应的速率 C．反应在一定条件下达到化学平衡时，H2可100%转化 D．增大反应物的浓度，反应速率减慢 【答案】B 【解析】A．ΔH<0，为放热反应，升高温度可以提高化学反应速率，降低温度使正向移动，故A错误;B．催化剂用于加快反应的速率，故B正确;C．反应可逆，H2不可能100%转化，故C错误;D．增大反应物的浓度，反应速率增加，故D错误;故答案为B。 【变式1-3】（24-25高二下·江苏·期中）有关合成氨工业中，下列叙述不正确的是 A．使用高效率的催化剂，可提高单位时间内NH3产率 B．增大反应体系的压强，反应速率不一定增大 C．该反应为可逆反应，当有3mol电子转移时，生成1molNH3 D．在t1、t2时刻，NH3(g)的浓度分别是c1、c2，则时间间隔t1~t2内，NH3(g)生成的平均反应速率为 【答案】D 【解析】A．使用高效率的催化剂，能加快反应速率，可提高单位时间内NH3产率，正确;B．增大反应体系的压强，反应速率不一定增大，例如恒容条件下充入不反应的氩气，反应速率不变，正确;C．该反应为可逆反应，反应中氮化合价由0变为-3，，则当有3mol电子转移时，生成1molNH3，正确;D．在t1、t2时刻，NH3(g)的浓度分别是c1、c2，则时间间隔t1~t2内，NH3(g)生成的平均反应速率为，错误;故选D。 ▌题型02 工业合成氨适宜的条件 外部条件 工业合成氨的适宜条件 压强 10～30 MPa 温度 400～500 ℃ 催化剂 使用铁触媒作催化剂 浓度 氨及时从混合气中分离出去，剩余气体循环使用；及时补充N2和H2 （1）压强 ①原理分析：压强越大越好。 ②选用条件：目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30 MPa。 ③合成氨时不采用更高压强的理由：压强越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。 （2）温度 ①原理分析：低温有利于提高原料的平衡转化率。 ②选用条件：目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500 ℃。 ③不采用低温的理由：温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很不经济的。 合成氨反应一般选择400～500 ℃进行的又一重要原因为铁触媒在500 ℃左右时的活性最大。 （3）催化剂 ①原理分析：在高温、高压下，N2和H2的反应速率仍然很慢。 ②选用条件：通常采用加入以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。 ③选择催化剂的理由：改变反应历程，降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快地进行反应。 另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化。 （4）浓度 ①原理分析：在500 ℃和30 MPa时，平衡混合物中NH3的体积分数及平衡时N2和H2的转化率仍较低。 ②采取的措施：采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去；应将NH3分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度。 ③采取该措施的理由：分离出NH3以促使平衡向生成NH3的方向移动，此外原料气的循环使用并及时补充原料气，既提高了原料的利用率，又提高了反应速率，有利于合成氨反应。 【典例2】（24-25高二上·江苏·期中）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，其中NH3只占15%，所以生产氨的工厂效率都很低 B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中是循环使用，所以总体来说氨的产率很高 C．合成氨工业的反应温度控制在500℃左右，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是20～50 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大 【答案】B 【解析】A、从合成塔中出来的混合气体还要循环使用，连续化生产，这样生产氨的工厂效率并不低，故A错误；B、抽出液化氨气，合成氨平衡正向移动，提高原料转化率，且N2、H2循环使用，氨的生产率很高，故B正确；C、合成氨是放热反应，高温可以保证足够的速率，但不利于提高产率，低温才利于氨的生成，温度需要综合速率、反应物转化率和催化剂活性等因素共同决定，500 ℃只是保证催化活性最大，不是使化学平衡向正反应方向移动，故C错误；D、合成氨的反应是分子数减小的反应，高压有利于向正反应方向移动，且能提高反应速率，跟催化剂的活性无关，故D错误；故选B。 【变式2-1】（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 【解析】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。 【变式2-2】（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 【解析】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。 【变式2-3】（25-26高二上·安徽蚌埠·期末）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．合成塔中充入的越多，的转化率越大 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．实验室模拟合成氨气，保持温度、压强不变通入惰性气体，平衡会发生移动，氨气的产率降低 D．步骤④⑤⑥均有利于提高原料的平衡转化率 【答案】C 【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。 【解析】A．增大的浓度，平衡正向移动，的转化率提高，但自身的转化率会降低，A错误；B．加压使平衡正向移动，提高原料转化率，同时加快反应速率，但压强越大，对设备的要求越高、能耗越大，生产成本显著上升，因此工业上选择10MPa~30MPa的适宜压强，并非压强越大越好，B错误；C．恒温恒压下通入惰性气体，容器体积会增大，相当于体系减压，平衡向气体分子数增多的方向（逆反应方向）移动，的产率降低，C正确；D．步骤④中使用催化剂不影响平衡转化率；步骤⑤中液化分离出，降低生成物浓度，平衡正向移动，提高原料转化率；步骤⑥中未反应的、循环利用，可提高原料总利用率，D错误；故选C。 ▌题型03 合成氨反应图像分析 1.N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH <0 ，平衡混合物中氨的含量与温度、压强的关系如下图所示： 结论：压强越大，氨的含量越高；温度越高，氨的含量越低。 2.速率-时间图像分析 下图为合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH <0的速率随时间变化的曲线图： 图像分析： （1）t0时，v正、v逆均不为零,说明反应从两个方向同时开始，由于v正＞v逆，所以反应向正反应方向进行； （2）t1时，增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动； （3）t2时，减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动； （4）t3时，增大压强，平衡向正反应方向移动； （5）t4时，减小压强，平衡向逆反应方向移动； （6）t5时，升高温度，平衡向逆反应方向移动； （7）t6时，降低温度，平衡向正反应方向移动； （8）t7时，增大N2、H2的浓度，减小NH3的浓度，平衡向正反应方向移动； （9）t8时，加入催化剂，平衡不移动。 解题技巧—反应达到平衡后，改变条件： （1）v正＞v逆，平衡正向移动；v正＝v逆，平衡不移动；v正＜v逆，平衡逆向移动。 （2）只改变反应物或生成物浓度时，有一条线连接原曲线。 （3）改变温度，曲线不再连续。 （4）改变压强，若反应前后均有气体且气体的物质的量不相等，则v正、v逆发生变化，曲线不再连续；若反应前后气体的物质的量相等，则v正＝v逆，曲线也不再连续。 【典例3】（24-25高二下·江苏徐州·月考）对于可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。下列研究目的和图示相符的是 A B C D 研究目的 温度(T)对反应的影响(T2＞T1) 压强(p)对平衡常数的影响 温度(T)对反应的影响 压强(p)对反应的影响(p2＞p1) 图示 A．A B．B     . C．C D．D 【答案】C 【解析】A、温度越高反应速率越快，则温度T2对应曲线斜率大，A错误；B、平衡常数只受温度的影响，所以压强增大时，平衡常数不变，B错误；C、在建立平衡的过程中，反应要正向进行，氮气体积分数变小，当达到平衡后，由于该反应为放热反应，所以升高温度，平衡逆向移动，氮气体积分数变大，C正确；D、由于该反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，氨气的体积分数变大，即压强越大，氨气的体积分数越大，且首先达到平衡状态，D错误；答案选C。 【变式3-1】（25-26高二下·广东惠州·期末）NH3是重要的工业原料。在一定压强下，H2和N2()以一定流速通过NH3合成塔。测得出口NH3含量随反应温度和催化剂粒径的变化如图所示。下列说法不正确的是 A．实验Ⅰ的催化剂粒径最大 B．实验Ⅱ，时N2的消耗速率大于N2的生成速率 C．增加混合气体中N2的比例，可提高H2的平衡转化率 D．后，NH3的含量减少均是温度升高平衡逆向移动所导致 【答案】D 【解析】A．催化剂粒径越大，催化效率越低，相同温度、相同流速下反应进行程度越小，出口含量越低，实验Ⅰ的含量最低，故催化剂粒径最大，A正确；B．实验Ⅱ在450∘C时，含量仍处于上升阶段，说明反应未达平衡，正向进行，因此的消耗速率（正反应速率）大于的生成速率（逆反应速率），B正确； C．增加混合气体中的比例，平衡正向移动，可提高的平衡转化率，C正确；D．500∘C后含量减少，除温度升高使放热反应平衡逆向移动外，还可能存在温度过高导致催化剂活性降低、反应速率下降，相同接触时间内反应量减少的原因，并非均由平衡逆向移动导致，D错误；故选D。 【变式3-2】（25-26高二下·广西南宁·期中）我国目前氨的生产能力位居世界首位。合成氨反应为：。在不同压强下，按Ⅰ、Ⅱ两种不同物质的量分数进气组进行投料，I为，Ⅱ为反应达平衡时氨的物质的量分数与温度的关系如下图所示。 下列说法正确的是 A．温度升高，合成氨的平衡常数K增大 B．图b对应的是进气组I C．图a中，当时，氮气的转化率 D．适当的使用催化剂，可以提高合成氨的平衡转化率 【答案】C 【解析】A．由图可知，温度升高，氨气体积分数减小，平衡逆向移动，该反应为放热反应，温度升高，K减小，A错误；B．对比图a和图b中的信息可知，在相同温度和相同压强下，图b中平衡时氨的物质的量分数小，在恒压下充入惰性气体Ar，反应混合物中各组分的浓度减小，各组分的分压也减小，化学平衡要朝气体分子数增大的方向移动，因此，充入惰性气体Ar不利于合成氨，进料组成Ⅱ中含有惰性气体Ar的图是图b，B错误；C．图a中，进料组成为、两者物质的量之比为3：1，假设进料中氢气和氮气的物质的量分别为3 mol和1 mol，达到平衡时氮气的变化量为x mol，则有：，n平(N2)=  mol，n平(H2)= mol，  n平(NH3)=2x mol，当、时，，解之得，则氮气的转化率，C正确；D．催化剂只能提高反应的速率，不能提高平衡转化率，D错误；故选C。 【变式3-3】（25-26高二上·广东·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。 ▌题型04 工业生产中适宜生产条件的选择 选取适宜的化工生产条件时,要运用反应速率和化学平衡移动的相关知识,同时考虑化工生产中的动力、材料及设备等因素的影响,综合选取适宜的生产条件。具体分析如下: 条件 原则 从化学反应速率分析 既不能过快，又不能太慢 从化学反应限度分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性 从原料的利用率分析 增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本 从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压能力等 从催化剂的使用活性分析 注意温度对催化剂的活性的限制 【典例4】（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 【解析】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。 【变式4-1】（24-25·江苏·月考）接触法制硫酸，接触室中的反应如下：2SO2（g）＋O2（g）2 SO3（g）　ΔH＜0，SO2的平衡转化率与压强、温度的关系如下表所示： 1.01×102 5.05×102 1.01×103 1.01×104 400 99.2 99.6 99.7 99.9. 500 93.5 96.9 97.8 99.3 600 73.7 85.8 89.5 96.4 在实际生产中，下列条件最适宜的是 A．温度400℃、压强1.01×104 kPa B．温度500℃、压强1.01×103 kPa C．温度500℃、压强1.01×104 kPa D．温度400℃、压强1.01×102 kPa 【答案】D 【解析】由反应可知，该反应为放热反应，升高温度，向吸热反应方向移动，SO2转化率降低，所以温度选择400℃；分析表中数据可知，增大气体压强，能相应提高SO2的平衡转化率，但提高不多，常压下SO2的平衡转化率已经很高，在实际生产中加压必须增加设备和能量，增大成本，所以压强选择1.01×102 kPa；综上所述，故选D。 【变式4-2】（25-26高二上·江苏南京·期中）乙烯的产量是衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志。一定条件下和合成乙烯的反应为。向恒容密闭容器中充入和，测得不同温度下的平衡转化率及催化剂的催化效率如图所示。 下列说法不正确的是 A．N点的平衡常数比M点的小 B．时，平衡体系中乙烯的体积分数为 C．时，当的转化率位于点时，保持其他条件不变，延长反应时间有可能使转化率达到 D．在实际生产过程中，应控制反应温度在左右 【答案】B 【解析】A．由图可知，温度升高，CO2的平衡转化率降低，所以正反应放热，平衡常数随温度升高而降低，所以N点平衡常数更小，A正确;B．250℃时CO2的平衡转化率为50%，此时反应体系中CO2物质的量为0.5 mol，H2为1.5 mol，生成1 mol水与0.25 mol乙烯，乙烯体积分数为，B错误;C．M1点未达平衡，保持其他条件不变，延长反应时间有可能将反应达到平衡，转化率达到50%，C正确;D．250℃左右催化剂活性最高，且二氧化碳的平衡转化率较高，适合工业生产，D正确;故选B。 【变式4-3】（24-25高二下·江苏·期末）硫酸是重要的化工原料，工业上由硫或硫铁矿通过反应可得，催化氧化生成，再用浓硫酸吸收得发烟硫酸()，发烟硫酸与水反应可得硫酸。“热化学硫碘循环分解水”是一种利用硫酸、碘等来获取氢能源方法。下列有关接触法制硫酸的说法正确的是 A．硫铁矿和氧气在高温下发生的反应为吸热反应 B．升高接触室中气体的温度能提高的平衡转化率 C．将从吸收塔底部通入，浓硫酸从塔顶喷淋，提高了的吸收率 D．将全部转化为需消耗 【答案】C 【解析】A．硫铁矿和氧气在高温下发生的反应为放热反应，故A错误；B．催化氧化生成是放热反应，升高接触室中气体的温度，平衡逆向移动，因此能降低的平衡转化率，故B错误；C．将从吸收塔底部通入，浓硫酸从塔顶喷淋，逆向对流有利于提高了的吸收率，故C正确；D．将全部转化为需消耗，生成2mol，故D错误。综上所述，答案为C。 / 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 $函学科网 www.zxxk.com 让教与学更高效 第四节化学反应的调控（题型突破·举一反三） 题型01合成氨反应原理的分析 三典例精析 【典例1】D 举一反目 【变式1-1】A 【变式1-2】B 【变式1-3】D 题型02工业合成氨适宜的条生 典例精析 【典例2】B E举一反三 【变式2-1】C 【变式2-2】C 【变式2-3】C 题型03合成氨反应图像分 典例精析 【典例3】C 举一反 【变式31】D 【变式32】C 【变式3-3】D 题型04工业生产中适宜生产条件的选择 1/2 可学科网 www.zxxk.com 让教与学更高效 典例精析 【典例4】B 举一反王 【变式41】D 【变式42】B 【变式43】C 2/2 第四节 化学反应的调控（题型突破·举一反三） 题型01 合成氨反应原理的分析 题型02 工业合成氨适宜的条件 题型03 合成氨反应图像分析 题型04 工业生产中适宜生产条件的选择 ▌题型01 合成氨反应原理的分析 1．合成氨反应的特点 合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1。 （1）自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行。 （2）可逆性：反应为可逆反应。 （3）体积变化(熵变)：ΔS<0，正反应是气体体积缩小的反应。 （4）焓变：ΔH<0，是放热反应。 2．原理分析 根据合成氨反应的特点，利用我们学过的影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，请填写下表。 条件 提高反应速率 提高平衡转化率 压强 增大压强 增大压强 温度 升高温度 降低温度 催化剂 使用 无影响 浓度 增大反应物浓度 增大反应物浓度，降低生成物浓度 3.数据分析 根据课本表2－2（P47）在不同温度和压强下(初始时N2和H2的体积比为1∶3)，平衡混合物中氨的含量实验数据分析，提高反应速率的条件是升高温度、增大压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是降低温度、增大压强。二者在温度这一措施上是不一致的。实验数据的分析与理论分析的结论是一致的。 【典例1】（25-26高二上·江苏扬州·阶段检测）20世纪初，德国化学家哈伯首次用锇作催化剂在、550℃的条件下以和为原料合成了：。2021年11月，我国报道了新的合成氨催化剂设计策略，该技术可实现温和条件下的氨催化合成。对于反应，下列说法正确的是 A．上述反应 B．催化剂能加快反应速率，降低 C．增大压强，活化分子百分数增多，反应速率加快 D．若反应放出92.4 kJ热量，则过程中有3 mol 被氧化 【变式1-1】（2025高二上·江苏南通·学业考试）合成氨反应过程中下列说法正确的是 A．氢气的含量保持不变说明反应到达平衡状态 B．使用过量可以将完全转化为 C．工业生产时，压强越大越好 D．达到平衡状态时，正、逆反应速率均等于0 【变式1-2】（2025高二上·江苏镇江·学业考试）关于合成氨反应的说法正确的是 A．该反应为放热反应，降低温度可以提高化学反应速率 B．使用合适的催化剂可加快反应的速率 C．反应在一定条件下达到化学平衡时，H2可100%转化 D．增大反应物的浓度，反应速率减慢 【变式1-3】（24-25高二下·江苏·期中）有关合成氨工业中，下列叙述不正确的是 A．使用高效率的催化剂，可提高单位时间内NH3产率 B．增大反应体系的压强，反应速率不一定增大 C．该反应为可逆反应，当有3mol电子转移时，生成1molNH3 D．在t1、t2时刻，NH3(g)的浓度分别是c1、c2，则时间间隔t1~t2内，NH3(g)生成的平均反应速率为 ▌题型02 工业合成氨适宜的条件 外部条件 工业合成氨的适宜条件 压强 10～30 MPa 温度 400～500 ℃ 催化剂 使用铁触媒作催化剂 浓度 氨及时从混合气中分离出去，剩余气体循环使用；及时补充N2和H2 （1）压强 ①原理分析：压强越大越好。 ②选用条件：目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30 MPa。 ③合成氨时不采用更高压强的理由：压强越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，需要的动力也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。 （2）温度 ①原理分析：低温有利于提高原料的平衡转化率。 ②选用条件：目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500 ℃。 ③不采用低温的理由：温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很不经济的。 合成氨反应一般选择400～500 ℃进行的又一重要原因为铁触媒在500 ℃左右时的活性最大。 （3）催化剂 ①原理分析：在高温、高压下，N2和H2的反应速率仍然很慢。 ②选用条件：通常采用加入以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。 ③选择催化剂的理由：改变反应历程，降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快地进行反应。 另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化。 （4）浓度 ①原理分析：在500 ℃和30 MPa时，平衡混合物中NH3的体积分数及平衡时N2和H2的转化率仍较低。 ②采取的措施：采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去；应将NH3分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度。 ③采取该措施的理由：分离出NH3以促使平衡向生成NH3的方向移动，此外原料气的循环使用并及时补充原料气，既提高了原料的利用率，又提高了反应速率，有利于合成氨反应。 【典例2】（24-25高二上·江苏·期中）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，其中NH3只占15%，所以生产氨的工厂效率都很低 B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中是循环使用，所以总体来说氨的产率很高 C．合成氨工业的反应温度控制在500℃左右，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是20～50 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大 【变式2-1】（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 【变式2-2】（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 【变式2-3】（25-26高二上·安徽蚌埠·期末）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．合成塔中充入的越多，的转化率越大 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．实验室模拟合成氨气，保持温度、压强不变通入惰性气体，平衡会发生移动，氨气的产率降低 D．步骤④⑤⑥均有利于提高原料的平衡转化率 ▌题型03 合成氨反应图像分析 1.N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH <0 ，平衡混合物中氨的含量与温度、压强的关系如下图所示： 结论：压强越大，氨的含量越高；温度越高，氨的含量越低。 2.速率-时间图像分析 下图为合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH <0的速率随时间变化的曲线图： 图像分析： （1）t0时，v正、v逆均不为零,说明反应从两个方向同时开始，由于v正＞v逆，所以反应向正反应方向进行； （2）t1时，增大反应物浓度，平衡向正反应方向移动； （3）t2时，减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动； （4）t3时，增大压强，平衡向正反应方向移动； （5）t4时，减小压强，平衡向逆反应方向移动； （6）t5时，升高温度，平衡向逆反应方向移动； （7）t6时，降低温度，平衡向正反应方向移动； （8）t7时，增大N2、H2的浓度，减小NH3的浓度，平衡向正反应方向移动； （9）t8时，加入催化剂，平衡不移动。 解题技巧—反应达到平衡后，改变条件： （1）v正＞v逆，平衡正向移动；v正＝v逆，平衡不移动；v正＜v逆，平衡逆向移动。 （2）只改变反应物或生成物浓度时，有一条线连接原曲线。 （3）改变温度，曲线不再连续。 （4）改变压强，若反应前后均有气体且气体的物质的量不相等，则v正、v逆发生变化，曲线不再连续；若反应前后气体的物质的量相等，则v正＝v逆，曲线也不再连续。 【典例3】（24-25高二下·江苏徐州·月考）对于可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。下列研究目的和图示相符的是 A B C D 研究目的 温度(T)对反应的影响(T2＞T1) 压强(p)对平衡常数的影响 温度(T)对反应的影响 压强(p)对反应的影响(p2＞p1) 图示 A．A B．B     . C．C D．D 【变式3-1】（25-26高二下·广东惠州·期末）NH3是重要的工业原料。在一定压强下，H2和N2()以一定流速通过NH3合成塔。测得出口NH3含量随反应温度和催化剂粒径的变化如图所示。下列说法不正确的是 A．实验Ⅰ的催化剂粒径最大 B．实验Ⅱ，时N2的消耗速率大于N2的生成速率 C．增加混合气体中N2的比例，可提高H2的平衡转化率 D．后，NH3的含量减少均是温度升高平衡逆向移动所导致 【变式3-2】（25-26高二下·广西南宁·期中）我国目前氨的生产能力位居世界首位。合成氨反应为：。在不同压强下，按Ⅰ、Ⅱ两种不同物质的量分数进气组进行投料，I为，Ⅱ为反应达平衡时氨的物质的量分数与温度的关系如下图所示。 下列说法正确的是 A．温度升高，合成氨的平衡常数K增大 B．图b对应的是进气组I C．图a中，当时，氮气的转化率 D．适当的使用催化剂，可以提高合成氨的平衡转化率 【变式3-3】（25-26高二上·广东·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 ▌题型04 工业生产中适宜生产条件的选择 选取适宜的化工生产条件时,要运用反应速率和化学平衡移动的相关知识,同时考虑化工生产中的动力、材料及设备等因素的影响,综合选取适宜的生产条件。具体分析如下: 条件 原则 从化学反应速率分析 既不能过快，又不能太慢 从化学反应限度分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾性 从原料的利用率分析 增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本 从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压能力等 从催化剂的使用活性分析 注意温度对催化剂的活性的限制 【典例4】（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 【变式4-1】（24-25·江苏·月考）接触法制硫酸，接触室中的反应如下：2SO2（g）＋O2（g）2 SO3（g）　ΔH＜0，SO2的平衡转化率与压强、温度的关系如下表所示： 1.01×102 5.05×102 1.01×103 1.01×104 400 99.2 99.6 99.7 99.9. 500 93.5 96.9 97.8 99.3 600 73.7 85.8 89.5 96.4 在实际生产中，下列条件最适宜的是 A．温度400℃、压强1.01×104 kPa B．温度500℃、压强1.01×103 kPa C．温度500℃、压强1.01×104 kPa D．温度400℃、压强1.01×102 kPa 【变式4-2】（25-26高二上·江苏南京·期中）乙烯的产量是衡量一个国家石油化工发展水平的重要标志。一定条件下和合成乙烯的反应为。向恒容密闭容器中充入和，测得不同温度下的平衡转化率及催化剂的催化效率如图所示。 下列说法不正确的是 A．N点的平衡常数比M点的小 B．时，平衡体系中乙烯的体积分数为 C．时，当的转化率位于点时，保持其他条件不变，延长反应时间有可能使转化率达到 D．在实际生产过程中，应控制反应温度在左右 【变式4-3】（24-25高二下·江苏·期末）硫酸是重要的化工原料，工业上由硫或硫铁矿通过反应可得，催化氧化生成，再用浓硫酸吸收得发烟硫酸()，发烟硫酸与水反应可得硫酸。“热化学硫碘循环分解水”是一种利用硫酸、碘等来获取氢能源方法。下列有关接触法制硫酸的说法正确的是 A．硫铁矿和氧气在高温下发生的反应为吸热反应 B．升高接触室中气体的温度能提高的平衡转化率 C．将从吸收塔底部通入，浓硫酸从塔顶喷淋，提高了的吸收率 D．将全部转化为需消耗 / 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 $