第2章 第4节 化学反应的调控（配套课件PPT）-【步步高】2025-2026学年高二化学选择性必修1 化学反应原理学习笔记（人教版 江苏专版）

该高中化学课件聚焦化学反应的调控，以合成氨反应为核心案例，通过分析其自发性、可逆性等特点，结合反应速率和勒夏特列原理，搭建从理论条件分析到工业实际应用的学习支架，衔接前期化学平衡知识。 其亮点在于融合科学思维与科学探究，通过表格对比压强、温度对速率和平衡的影响，结合不同催化剂下NH3浓度变化的实验数据及合成氨生产流程示意图，引导学生基于证据推理选择适宜条件。采用问题驱动（如正误判断、应用体验题），培养学生分析化工问题的能力，教师可借助系统习题和案例提升教学效率。

化学反应的调控 第四节 第 二 章 1.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究领域中的重要作用。 2.知道催化剂可以改变反应历程，对调控反应速率具有重要意义。 核 心 素 养 发 展 目 标 课时对点练 内 容 索 引 一、理论分析合成氨反应的条件 二、实际工业合成氨的适宜条件 < 一 > 理论分析合成氨反应的条件 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 反应。 (3)熵变：ΔS<0，正反应是气体体积 的反应。 (4)焓变：ΔH<0，正反应是 反应。 < 可逆 减小 放热 2.原理分析 根据合成氨反应的特点，利用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 _________ _________ 温度 _________ _________ 催化剂 _____ _______ 浓度 反应物浓度 反应物浓度， 生成物浓度 增大压强 增大压强 升高温度 降低温度 使用 无影响 增大 增大 降低 3.数据分析 根据课本表2⁃2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 温度、_____压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是 温度、 压强。二者在 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。 升高 增大 降低 增大 温度 (1)工业合成氨的反应是ΔH<0、ΔS<0的反应，在任何温度下都可自发进行 (2)在合成氨中，加入催化剂能提高原料的转化率 (3)催化剂在合成氨中质量没有改变，因此催化剂没有参与反应 (4)增大反应物的浓度，减少生成物的浓度，可以提高氨的产率 (5)合成氨中在提高速率和原料的转化率上对温度的要求是一致的 × × √ × × 正误判断 1.合成氨工业的主要反应为N2(g)+3H2(g)　　2NH3(g)　ΔH<0， 在密闭容器中进行。下列说法正确的是 A.其他条件不变，及时分离出NH3，会降低NH3的产率 B.使用催化剂可使N2的转化率达到100% C.其他条件不变，增大压强不仅能提高反应物的转化率，还能缩短到 　达平衡的时间 D.其他条件不变，温度越高，氨气的产率越高 √ 应用体验 及时分离出NH3，平衡正向移动，利于生成NH3，使NH3的产率增大，A错误； 催化剂不能改变平衡转化率，且反应为可逆反应，N2的转化率一定小于100%，B错误； 增大压强，反应速率加快，到达平衡的时间缩短，平衡正向移动，可提高反应物的转化率，C正确； 合成氨反应的正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，氨气的产率降低，D错误。 2.(2024·徐州第一中学期中)研究不同催化剂对2NH3　　　　N2+3H2反应速率的影响。恒温、恒容时，c(NH3)(×10-3 mol·L-1)随时间(min)的变化如下。 　 t c(NH3) 0 20 40 60 80 催化剂Ⅰ 2.40 2.00 1.60 1.20 0.80 催化剂Ⅱ 2.40 1.60 0.80 0.40 0.40 应用体验 下列说法不正确的是 A.使用催化剂Ⅰ，0~20 min平均反应速率v(N2)=1.00×10-5mol·L-1·min-1 B.使用催化剂Ⅱ，达平衡后容器内的压强是初始时的倍 C.相同条件下，使用催化剂Ⅰ和催化剂Ⅱ的反应热相同 D.相同条件下，使用催化剂Ⅱ可使该反应的化学平衡常数更大 　 t c(NH3) 0 20 40 60 80 催化剂Ⅰ 2.40 2.00 1.60 1.20 0.80 催化剂Ⅱ 2.40 1.60 0.80 0.40 0.40 √ 应用体验 使用催化剂Ⅰ，0~20 min氨气浓度变化值为4×10-4 mol·L-1，v(NH3)= mol· L-1·min-1=2×10-5 mol·L-1·min-1，=2，故v(N2)=1.00× 10-5 mol·L-1·min-1， 故A正确； 　　　　　　　　　　　2NH3(g)　　　　　N2(g)　+　3H2(g) 起始浓度/(mol·L-1)　　　2.4×10-3　　　　　　0　　　　0 变化浓度/(mol·L-1)　　　2×10-3　　　　　1×10-3　　3×10-3 平衡浓度/(mol·L-1)　　　0.4×10-3　　　　 1×10-3　　3×10-3 恒温、恒容容器内压强之比等于物质的量之比，因此= = (V为容器容积)，故B正确； 催化剂只改变反应速率和活化能，不改变反应的反应热，故C正确； 平衡常数只受温度影响，恒温条件下，平衡常数不变，故D错误。 返回 < 二 > 实际工业合成氨的适宜条件 1.工业生产中，必须从 和 两个角度选择合成氨的适宜条件。 (1)尽量增大反应物的 ，充分利用原料。 (2)选择较快的 ，提高单位时间内的产量。 (3)考虑设备的要求和技术条件等。 反应速率 反应限度 转化率 化学反应速率 2.合成氨反应的适宜条件 (1)压强 目前我国的合成氨厂一般采用的压强为 。  合成氨时不采用更高压强的理由：________________________________ ____________________________________________________________________________________。  10~30 MPa 压强越大，对材料的强度和设备的制造要求就越高，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 实际生产中一般采用的温度为 。  不采用低温的理由：_____________________________________________ _______________________________________________________________________。  400~500 ℃ 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，且铁触媒在500 ℃左右时的活性最大 (3)催化剂 ①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。 ②催化剂对平衡转化率无影响，但在合成氨工业中还要使用催化剂的原因是___________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________________________________。  即使在高温、高压下，N2和H2的化合反应仍然进行得十分缓慢。加入催化剂，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的发生反应。提高单位时间的生产效率，可提高经济效益 ③什么是催化剂中毒？工业上如何防止催化剂中毒？ 答案　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。原料气必须经过净化。 (4)浓度 及时将氨气从反应混合物中分离出去， 将未反应的N2和H2循环使用并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度。 (5)投料比 ①大量实验证明，合成氨反应中当n(N2)∶n(H2)=1∶3时，氨的平衡体积分数最大。 ②研究表明，氮气和氢气通过吸附在催化剂表面发生一系列反应生成氨，N2的吸附分解反应活化能高，速率慢，是合成氨反应的决速步，实际生产中，N2和H2的物质的量之比并非1∶3，而是1∶2.8，分析说明原料中N2适度过量的2个理由：__________________________________________、 __________________________________。  (6)其他：兼顾环境保护和社会效益。 N2相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率 适当提高N2比例，加快合成氨的速率 3.合成氨的生产流程示意图 1.(2024·泰州高二检测)下列有关合成氨条件选择的说法正确的是 A.适当增加氢气的浓度可提高氮气的平衡转化率 B.温度越高，速率越快，生产效益越好 C.使用铁触媒能提高合成氨反应的平衡转化率 D.将氨及时液化分离不利于提高氨的产率 √ 应用体验 适当增加氢气的浓度，促使反应正向进行，可提高氮气的平衡转化率，A正确； 合成氨是有气体参与的放热反应，温度升高，反应速率加快，但合成氨的转化率降低，B错误； 铁触媒是催化剂，能使氮气和氢气在较低温度下反应，提高化学反应速率，但是催化剂不能改变反应物的平衡转化率，C错误； 将氨及时液化分离，使得平衡正向移动，有利于提高氨的产率，D错误。 2.(2024·扬州大学附属中学高二质检)合成氨反应：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，N2(g)与H2(g)反应生成1 mol NH3(g)放出46 kJ的热量。该反应通常需要在高温(400~500 ℃)、高压(10~30 MPa)条件下进行，反应过程通常采用铁触媒作为催化剂。下列说法不正确的是 A.合成氨反应中采用400~500 ℃高温主要是因为此时催化剂的活性最大 B.合成氨反应中采用高压的目的主要是为了促进平衡向右移动 C.合成氨反应中采用铁触媒作为催化剂可以加快反应速率 D.合成氨反应中将0.5 mol N2(g)和1.5 mol H2(g)置于密闭容器中充分反 应，其放出热量为46 kJ √ 应用体验 合成氨正反应为气体体积减小的反应，增大压强化学平衡正向移动，故采用高压的条件，B正确； 合成氨的反应为可逆反应，0.5 mol氮气和1.5 mol氢气无法全部转化为 1 mol氨气，放出的热量小于46 kJ，D错误。 3.在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g)　 2SO3(g)　ΔH=-196.6 kJ·mol-1。(已知：催化剂是V2O5，在400~500 ℃时催化剂效果最好)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 应用体验 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 (1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能多地转化为三氧化硫，应选择的条件是　　　 　。  (2)在实际生产中，选定的温度为400~500 ℃，原因是_______________ ________________________________________________________________________________________________。  450 ℃、10 MPa 在此温度下，催化剂活性最高。温度较低，会使反应速率减小，达到平衡所需时间较长；温度较高，SO2的转化率会降低 应用体验 (3)在实际生产中，采用的压强为常压，原因是_____________________ _______________________________________________________________________________________________________________。  在常压下SO2的转化率就已经很高了(97.5%)，若采用高压，平衡向右移动，但效果并不明显，且采用高压时会增大对设备的要求而增大生产成本 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 应用体验 (4)在实际生产中，通入过量的空气，原因是______________________ _______________________。  (5)尾气中SO2必须回收，原因是_________________________________ _____________________。  增大反应物O2的浓度， 有利于提高SO2的转化率 防止污染环境；循环利用，提高原料的利用率(合理即可) 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 应用体验 4.合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应原理为N2(g)+3H2(g)　 　　2NH3(g)　ΔH=-92.4 kJ·mol-1。如图为500 ℃、60.0 MPa条件下，平衡时NH3的体积分数与原料气投料比的关系。 (1)若投料比为4时，NH3的体积分数可能为图中的　　点。  (2)若投料比为3时，NH3的最大体积分数为42%，计算H2的平衡体积分数。 P 答案　NH3的最大体积分数即为平衡体积分数，NH3体积分数为42%，H2、N2的体积分数之和为58%，则H2的平衡体积分数：×3=43.5%。 返回 应用体验 课时对点练 对一对 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 答案 C B B C C C B C 题号 9 10 　11 答案 B B 　D 13. 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (1)N2(g)+3H2(g)　　2NH3(g)　ΔH=-92 kJ·mol-1 (2)节能、降低生产成本(答案合理即可) (3)①3∶1　×100%　②AD 题组一　工业合成氨条件的理论分析 1.在合成氨反应中使用催化剂和施加高压，下列叙述正确的是 A.都能提高反应速率，都对化学平衡无影响 B.都对化学平衡有影响，但都不影响达到平衡状态所用的时间 C.都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有施加高压对化学平衡有影响 D.使用催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而施加高压无此效果 √ 对点训练 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 高压对化学平衡有影响，A、D错； 催化剂能加快反应速率，B错。 2.N2(g)+3H2(g)　　2NH3(g)　ΔH<0，向容器中通入1 mol N2和3 mol H2，当反应达到平衡时，下列措施能提高N2转化率的是 ①降低温度 ②维持温度、容积不变，按照物质的量之比为1∶3再通入一定量的N2和H2 ③增加NH3的物质的量 ④维持恒压条件，通入一定量惰性气体 A.①④ B.①② C.②③ 　　D.③④ √ 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 ①合成氨反应的正反应为放热反应，降低温度，平衡正向移动，氮气的平衡转化率增大； ②维持温度、容积不变，按照物质的量之比为1∶3再通入一定量的N2和H2，压强增大，平衡正向移动，氮气的平衡转化率增大； ③增加NH3的物质的量，平衡逆向移动，氮气的平衡转化率降低； ④维持恒压条件，通入一定量惰性气体，相当于减小压强，平衡逆向移动，氮气的平衡转化率降低。 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 题组二　工业合成氨的适宜条件 3.(2024·扬州高邮月考)合成氨对人类生存和发展有着重要意义，1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨，实现了人工固氮，其合成原理为N2(g)+3H2(g)　　2NH3(g)　ΔH<0。符合工业合成氨生产实际的是 A.V2O5作催化剂 B.反应温度由催化剂决定 C.将N2和H2液化 D.NH3由吸收塔吸收 √ 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 工业合成氨的催化剂是铁触媒，A错误； 催化剂在特定温度下活性最大，催化效率最高，反应温度由催化剂决定，B正确； 将N2和H2液化分离平衡逆向移动，不利于合成氨，C错误； 合成氨的生产设备中没有吸收塔，D错误。 4.工业合成氨的流程如图所示，下列有关说法错误的是 A.步骤①中“净化”可以防止 　催化剂中毒 B.步骤②中“加压”既可以提 　高原料的平衡转化率，又可 　以加快反应速率 C.步骤③、④、⑤均有利于提高原料的平衡转化率 D.产品液氨除可用来生产化肥外，还可用作制冷剂 √ 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 合成氨使用铁触媒催化剂，为防止催化剂中毒，必须将原料“净化”处理，A项正确； 步骤②中“加压”，可加快合成氨反应速率，又能使平衡右移， 提高原料的平衡转化率，B项正确； 步骤③不能提高原料的平衡转化率，C项错误； 产品液氨可用酸吸收生产铵态氮肥，液氨汽化时会吸收大量热，可用作制冷剂，D项正确。 5.(2024·南京外国语学校期中)合成氨问题，关乎世界化工发展和粮食安全问题。下列对合成氨工业的叙述不正确的是 A.高压条件比常压条件更有利于合成氨的反应 B.合成氨时采用循环操作，可以提高原料利用率 C.工业生产采用500 ℃而不采用常温，是为了提高合成氨的转化率 D.铁触媒的使用有利于提高合成氨的生产效率 √ 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 合成氨的反应为气体分子数减小的反应，增大压强有利于反应正向进行，A正确； 合成氨的反应为可逆反应，原料不能完全反应，采用循环操作，可以提高原料利用率，B正确； 合成氨的反应为放热反应，升温会使平衡逆向移动，工业生产采用500 ℃而不采用常温，是为了提高反应速率，C错误； 铁触媒为催化剂，可以大大提高反应速率，有利于提高合成氨的生产效率，D正确。 6.诺贝尔化学奖曾授予致力于研究合成氨与催化剂表面积大小关系的德国科学家格哈德·埃特尔，表彰他在固体表面化学的研究中作出的贡献。下列说法正确的是 A.增大催化剂的表面积，能增大氨气的产率 B.增大催化剂的表面积，能加快合成氨的正反应速率、降低逆反应速率 C.采用正向催化剂时，反应的活化能降低，使反应明显加快 D.工业生产中，合成氨采用的压强越高，温度越低，越有利于提高经济 　效益 √ 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 增大催化剂的表面积只能改变反应速率，不能使平衡移动，所以氨气的产率不变，A项错误； 增大催化剂的表面积，能加快合成氨的正反应速率和逆反应速率，B项错误； 催化剂可以降低反应的活化能，使活化分子的百分数增大，有效碰撞次数增加，从而加快反应速率，C项正确； 压强过高，对设备的要求高，温度越低，催化剂的活性越低，反应速率越慢，不利于提高经济效益，D项错误。 题组三　化学反应的调控 7.下列关于化学反应调控措施的说法不正确的是 A.硫酸工业中，为提高SO2的转化率，通入过量的空气 B.工业上增加炼铁高炉的高度可以有效降低尾气中CO的含量 C.合成氨工业中，从生产实际条件考虑，不盲目增大反应压强 D.工业以CO和H2为原料合成甲醇，为提高原料的利用率采用循环操作 √ 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 硫酸工业中涉及反应：2SO2(g)+O2(g)　 　　 2SO3(g)，通入过量空气，平衡正向移动，SO2转化率提高，A正确； 高炉炼铁时发生反应：Fe2O3(s)+3CO(g)　　2Fe(s)+3CO2(g)，增加高炉的高度不能降低尾气中CO的含量，B错误； 工业合成氨中，若压强过大，不仅会增大能源消耗，还会增大动力消耗，对设备的要求也高，C正确； 工业合成甲醇，采用原料循环操作可提高原料的利用率，D正确。 8.(2024·江阴四校期中联考)某化工厂生产硝酸的流程如图1所示；其他条件相同时，装置③中催化剂铂网的成分、温度与氧化率的关系如图2所示。下列说法不正确的是 A.该流程中，①③④发生了氧化还原反应 B.②中利用氨易液化的性质实现反应物和 　生成物的分离 C.③中最佳反应条件是铂网成分为纯铂、 　温度为900 ℃ D.④中通入过量空气可以提高硝酸的产率 √ 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 该流程中，①中发生N2、H2合成氨的反应，③中存在氨的催化氧化反应，④中氮的氧化物被氧化成HNO3，因此均发生了氧化还原反应，A正确； ②中利用氨易液化的性质实现反应物和生成物的分离，B正确； ③中最佳反应条件是铂网成分为含10%铑的铂、温度为900 ℃，C错误； ④中通入过量空气，可使氮的氧化物充分反应，可以提高硝酸的产率，D正确。 9.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 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 √ 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 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。 10.CH4⁃CO2催化重整可以得到合成气(CO和H2)，有利于缓解温室效应，其主要反应为CH4(g)+CO2(g)　　2CO(g)+2H2(g)　ΔH=+247 kJ·mol-1，同时存在以下反应：CH4(g)　　C(s)+2H2(g)　ΔH=+75 kJ·mol-1(积碳反应)， 综合强化 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 CO2(g)+C(s)　　2CO(g)　ΔH=+172 kJ·mol-1(消碳反应)，假设体系温度恒定。积碳反应会影响催化剂的活性，一定时间内积碳量和反应温度的关系如图所示。下列说法正确的是 A.高压有利于提高CH4的平衡转化率并减少积碳 B.增大CO2与CH4的物质的量之比有助于减少积碳 C.升高温度，积碳反应的化学平衡常数K1减小， 　消碳反应的化学平衡常数K2增大 D.温度高于600 ℃，积碳反应的化学反应速率减慢， 　消碳反应的化学反应速率加快，积碳量减少 √ 综合强化 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 反应CH4(g)+CO2(g)　　2CO(g)+2H2(g)和CH4(g)　　 C(s)+2H2(g)均是反应前后气体分子数增大的反应，增大压强，平衡均逆向移动，可减少积碳量，但CH4的平衡转化率降低，A项错误； 假设CH4的物质的量不变，增大CO2的物质的量，CO2 与CH4的物质的量之比增大，对于反应CH4(g)+CO2(g)　　2CO(g)+2H2(g)，平衡正向移动，CH4的浓度减小，对于积碳反应CH4(g)　　C(s)+2H2(g)，由于甲烷浓度减小，平衡逆向移动，碳含量减少，对于消碳反应CO2(g)+C(s) 　　2CO(g)，平衡正向移动，碳含量减少，综上分析，增大CO2与CH4的物质的量之比，有助于减少积碳，B项正确； 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 平衡常数只与温度有关，积碳反应和消碳反应都是吸热反应，升高温度，平衡均正向移动，两个反应的平衡常数都增大，C项错误； 根据图像，温度高于600 ℃，积碳量减少，但温度升高，体系中所有反应的反应速率都加快，D项错误。 11.(2024·盐城期中)在一定的温度和压强下，将按一定比例混合的CO2和H2通过装有催化剂的反应器可得到甲烷。 已知：CO2(g)+4H2(g)　　CH4(g)+2H2O(g)　ΔH=-165 kJ·mol-1 CO2(g)+H2(g)　　CO(g)+H2O(g)　ΔH=+41 kJ·mol-1 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 催化剂的选择是CO2甲烷化技术的核心。在两种不同催化剂作用下反应相同时间，测得CO2转化率和生成CH4选择性(CH4选择性= ×100%)随温度的变化如图所示。下列有关说法正确的是 A.在260~320 ℃，以Ni⁃CeO2为催化剂，升高温度 　CH4的产量基本不变 B.延长W点的反应时间，一定能提高CO2的转化率 C.反应CO(g)+3H2(g)　　CH4(g)+H2O(g)在任何温 　度下均不能自发进行 D.选择合适的催化剂有利于提高CH4的选择性 √ 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 在260~320 ℃，以Ni⁃CeO2为催化剂，由题图可知，升高温度甲烷的选择性基本不变，但二氧化碳的转化率升高，则甲烷的产量增大，A错误； W点可能为平衡点，延长反应时间二氧化碳转化率不变，B错误； 由盖斯定律可得：CO(g)+3H2(g)　　CH4(g)+　H2O(g)　ΔH=-206 kJ·mol-1，该反应的ΔH<0、ΔS<0，低温时可自发进行，C错误； 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 由题图可知，相同时间内以Ni为催化剂，CH4的选择性低于同温度下以Ni⁃CeO2为催化剂时CH4的选择性，因此选择合适的催化剂有利于提高CH4的选择性，D正确。 12.人工固氮是目前研究的热点。Haber⁃Bosch合成NH3法是以铁为主要催化剂、在400~500 ℃和10~30 MPa的条件下，由N2和H2直接合成NH3。 (1)上述反应生成17 g NH3时放出46 kJ热量，写出该反应的热化学方程式： 　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　。  答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 N2(g)+3H2(g)　　2NH3(g)　ΔH=-92 kJ·mol-1 17 g NH3的物质的量是=1 mol，生成1 mol NH3时放出46 kJ热量，则生成2 mol氨气放出的热量是92 kJ，所以该反应的热化学方程式是N2(g)+3H2(g)　　2NH3(g)　ΔH=-92 kJ·mol-1。 (2)我国科学家研制出一种新型催化剂，将合成氨的温度、压强分别降到350 ℃、1 MPa，该催化剂对工业生产的意义是______________________ _____________。  答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 节能、降低生产成本(答 案合理即可) (3)在2 L恒容密闭容器中，按投料比分别为1∶1、2∶1、3∶1进行反应，相同时间内测得N2的转化率与温度、投料比的关系如图所示(不考虑催化剂失活)。 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 ①曲线Ⅰ表示投料比=　　　。某温度下，曲线Ⅰ对应反应达到平衡时N2的转化率为x，则此时混合 气体中NH3的体积分数为　　　　　 (用含x的代数式表示)。  3∶1 ×100% 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 在相同温度下，投料比越大，氮气的转化率越高，则曲线Ⅰ表示投料比=3∶1，设H2、N2的初始物质的量分别为3 mol、1 mol，列 出三段式： 　　　　　　　N2(g)+3H2(g)　　2NH3(g) 起始/mol　　　　1　　3　　　　　0 转化/mol　　　　x　　3x　　　　 2x 平衡/mol　　　 1-x　 3-3x　　　　2x 所以混合气体中NH3的体积分数为×100%=×100%。 ②下列有关图像的分析错误的是　　　(填字母)。  A.投料比越大，H2的平衡转化率越大 B.T<T0，投料比一定时，升高温度，反应速率增大 C.T>T0，投料比一定时，升高温度，平衡向左移动 D.T>T0，投料比一定时，升高温度，反应速率减小 AD 投料比越大，H2的平衡转化率越小，故A错误； 投料比一定时，升高温度，化学反应速率增大，故B正确、D错误； 投料比一定时，由于该反应是放热反应，所以平衡之后，升高温度，平衡逆向移动，故C正确。 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 13.工业上，常采用氧化还原法处理尾气中的CO、NO。已知沥青混凝土可作为反应2CO(g)+O2(g)　　2CO2(g)的催化剂。如图表示在相同的恒容密闭容器中，相同起始浓度、相同反应时间段内，使用相同质量的不同沥青混凝土(α、β型)催化时，CO的转化率与温度的关系。 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 (1)在a、b、c、d四点中，一定未达到平衡状态的是　　。  a 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 由题图可知，相同反应时间段内，随着温度的升高，CO的转化率先增大后减小，温度越高，反应速率越快，则温度较低时未达到平衡状态，达到平衡状态后随着温度的升高，平衡发生移动。当反应达到平衡后，升高温度，CO的转化率降低，所以2CO(g)+O2(g)　　2CO2(g)是放热反应，a点反应未达到平衡状态。 (2)已知c点时容器中O2浓度为0.04 mol·L-1，则50 ℃时，在α型沥青混凝 土中CO转化反应的平衡常数K=　　　　(用含x的代数式表示)。  答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 c点时，CO的转化率为x，设CO的起始浓度为a mol·L-1，可列出三段式： 　　　　　　　　　2CO(g)+O2(g)　　2CO2(g) 起始浓度/(mol·L-1)　　a　　　　　　　 0 变化浓度/(mol·L-1)　　ax　　　　　　　ax 平衡浓度/(mol·L-1)　a(1-x)　0.04　　　 ax 则K===。 (3)CO转化反应的平衡常数：K(a)　　　(填“>”“<”或“=”)K(c)。  答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 由上述分析可知，该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，K减小，c点温度高于a点温度，则K(a)>K(c)。 > (4)在均未达到平衡状态时，相同反应时间段内，同温下_____(填“α”或“β”)型沥青混凝土中CO转化速率大。  答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 由题图可知，同温下反应未达到平衡状态时，相同反应时间段内，β型沥青混凝土中CO转化率高，则其转化速率大。 β (5)e点转化率出现突变的原因可能是　　　 　　　　 。  答案 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 催化剂有一定的活性温度，e点时转化率突变，原因可能是温度较高，催化剂失去活性。 温度较高，催化剂失去活性 返回 本课结束 第 二 章 $