2.4 化学反应的调控（举一反三题型专练，北京专用）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 影响化学反应速率的因素及调控 题型02 化学平衡移动与调控（勒夏特列原理） 题型03 合成氨工业生产条件的综合选择 题型04 化学反应调控的综合应用 题型05 化学反应调控的计算问题 ▌题型01 影响化学反应速率的因素及调控 1．浓度：增大反应物浓度，活化分子百分数 但单位体积内活化分子数 ，有效碰撞频率 ，反应速率 。 2．压强：对有气体参与的反应，增大压强（缩小体积）相当于增大气体浓度，反应速率 。充入惰性气体恒容时速率 ，恒压时速率 。 3．温度：升高温度，普通分子获得能量变为活化分子，活化分子百分数 ，反应速率 。一般每升高10°C，速率增大到原来的2~4倍。 4．催化剂：同等程度改变正、逆反应速率，加入催化剂能改变反应途径、降低活化能，使活化分子百分数 ，反应速率显著 。 5．其他因素：增大固体表面积、搅拌、光照等均可加快反应速率。 【典例01】（25-26高二上·北京海淀·阶段测试）下列措施能增大反应物活化分子百分数的是 A．增大反应物浓度 B．增大压强（缩小体积） C．升高温度 D．增大固体反应物的表面积 【变式1-1】（25-26高二上·北京西城·阶段测试）对于反应A(g)+B(g)⇌C(g)，下列措施能加快反应速率的是 A．减小压强 B．降低温度 C．加入催化剂 D．充入惰性气体（恒容） 【变式1-2】（25-26高二上·北京朝阳·期中测试）已知反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g) ΔH<0，在密闭容器中进行。下列说法正确的是 A．缩小容器体积，正反应速率增大，逆反应速率不变 B．升高温度，正反应速率减小，逆反应速率增大 C．加入催化剂，正、逆反应速率同等程度增大 D．分离出SO3，正反应速率增大，逆反应速率减小 【变式1-3】（25-26高二上·北京东城·阶段测试）将铁片投入稀盐酸中，为加快反应速率，可采取的措施是（1）升高温度（2）增大压强（3）将铁片粉碎（4）加入少量CuSO4溶液。上述措施可行的是 A．（1）（3） B．（1）（3）（4） C．（1）（2）（3） D．（1）（2）（3）（4） ▌题型02 化学平衡移动与调控（勒夏特列原理） 1．化学平衡状态：在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率 ，反应混合物中各组分的浓度保持 的状态。 2．勒夏特列原理：如果改变影响平衡的条件（浓度、温度、压强等），平衡就向能够 这种改变的方向移动，但不能完全消除这种改变。 3．浓度：增大反应物浓度或减小生成物浓度，平衡 移动；减小反应物浓度或增大生成物浓度，平衡 移动。 4．温度：升高温度，平衡向 反应方向移动；降低温度，平衡向 反应方向移动。 5．压强：增大压强，平衡向气体物质的量减小的方向移动。反应前后气体物质的量不变的反应，改变压强平衡不移动。催化剂不影响化学平衡。 【典例02】（25-26高二上·北京海淀·阶段测试）对于可逆反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g) ΔH<0，下列措施能使平衡向正反应方向移动的是 A．升高温度 B．增大压强 C．加入催化剂 D．分离出部分SO3 【变式2-1】（25-26高二上·北京西城·阶段测试）在密闭容器中发生反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) ΔH<0。下列措施既加快反应速率又能提高NH3产率的是 A．升高温度 B．缩小容器体积 C．加入催化剂 D．分离出部分NH3 【变式2-2】（25-26高二上·北京丰台·期中测试）下列关于化学平衡移动的说法正确的是 A．增大压强，平衡一定向气体物质的量减小的方向移动 B．平衡移动一定能完全消除外界条件的改变 C．对于反应前后气体物质的量不变的反应，改变压强平衡不移动 D．加入催化剂能提高反应物的转化率 【变式2-3】（25-26高二上·北京朝阳·阶段测试）在某温度下，反应A(g)+B(g)⇌2C(g)达到平衡。下列措施中能使平衡移动的是（1）升高温度（正反应放热）（2）恒容充入惰性气体（3）恒压充入惰性气体（4）增大A的浓度 A．（1）（4） B．（1）（3）（4） C．（1）（2）（4） D．（1）（2）（3）（4） ▌题型03 合成氨工业生产条件的综合选择 1．合成氨反应：N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) ΔH=-92.4kJ/mol，正反应 、气体物质的量减小。 2．温度选择：从平衡角度， 有利；从速率角度，需较高温度保证速率。实际选择约500°C，兼顾催化剂活性（铁触媒在500°C左右活性最高）和反应速率。 3．压强选择：增大压强有利于平衡 移动且 反应速率。但压强过大设备要求高、能耗大。实际采用20~50MPa。 4．催化剂：铁触媒在500°C左右活性最高， 反应速率但不影响平衡。 5．浓度调控：增大N2或H2浓度可提高另一反应物转化率；分离NH3使平衡正向移动；循环操作提高原料总利用率。 【典例03】（25-26高二上·北京海淀·阶段测试）合成氨反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) ΔH<0。关于工业生产条件的叙述正确的是 A．温度越低越有利于氨的合成 B．压强越大越有利于氨的合成 C．使用催化剂可加快反应速率但不影响平衡 D．实际生产中采用高温是为了提高平衡转化率 【变式3-1】（25-26高二上·北京西城·阶段测试）合成氨工业中采取下列措施的主要目的，叙述正确的是 A．使用铁触媒——提高N2的平衡转化率 B．采用约500°C的温度——使催化剂活性最高且保证反应速率 C．采用循环操作——提高平衡时NH3的浓度 D．增大N2与H2的浓度比（N2略过量）——提高H2的转化率 【变式3-2】（25-26高二上·北京丰台·阶段测试）下列关于合成氨工业说法不正确的是 A．合成氨反应是放热反应，从平衡角度考虑应采用较低温度 B．实际生产中采用较高温度（约500°C）主要是为了提高反应速率 C．增大压强既可加快反应速率又可提高氨的平衡产率 D．使用催化剂能改变反应的焓变，使反应更容易进行 【变式3-3】（25-26高二上·北京东城·期中测试）工业合成氨中，下列调控措施不能提高单位时间内氨的产量的是 A．适当升高温度 B．增大压强 C．使用催化剂 D．降低温度至很低 ▌题型04 化学反应调控的综合应用 1．化学反应调控的核心思路：通过改变外界条件（浓度、温度、压强、催化剂等）来调控反应速率和化学平衡，以满足实际生产需求。 2．催化剂中毒：某些杂质会附着在催化剂表面使其失去活性，需对原料气进行净化处理。 3．反应限度的判断：通过平衡常数K和浓度商Q的关系判断反应方向。Q<K反应正向进行，Q>K反应逆向进行，Q=K处于平衡状态。 4．速率常数与平衡常数：速率常数k只受温度和催化剂影响；平衡常数K只受温度影响。 （25-26高二上·北京顺义·期中）合成氨对农业生产及国防建设均具有重要意义。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。    (1)在恒温恒容密闭容器中进行合成氨反应，能表示达到平衡状态的是________(填序号)。 a．混合气体的压强不再发生变化 b．混合气体的密度不再发生变化 c．反应容器中、的物质的量的比值不再发生变化 d．单位时间内断开a个键的同时形成3a个键 e．各物质的浓度比等于方程式中各物质的化学计量数之比 (2)时，在有催化剂的恒容密闭容器中充入和。如图为不同投料比[]时某反应物X的平衡转化率变化曲线。 ①反应物X是________(填“”或“”)。 ②判断依据是________。 (3)在恒温恒容的密闭容器中，合成氨反应的各物质浓度变化曲线如下图所示。 回答下列问题： ①表示的浓度变化曲线是________(填“A”、“B”或“C”)。 ②前内，用的浓度变化表示的化学反应平均速率是________。 ③在末反应刚好达到平衡，则该温度下反应的平衡常数K=________(计算结果可用分数表示)。 若升高温度，该反应的平衡常数值将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (4)在第末，保持其它条件不变，再向容器中同时增加的A、B、C后，该反应是否处于平衡状态________(填“是”或“否”)，此时________(填“大于”、“小于”或“等于”)。 (5)在一定温度下，将和混合置于体积不变的密闭容器中发生反应，达到平衡状态时，测得的转化率是60%，平衡时的压强是初始压强的________倍。 (6)哈伯在合成氨时，选择的条件是550℃、，而不是200℃、10 MPa，可能的原因是________。 【变式4-1】（25-26高二上·北京·期中）以黄铁矿为原料制取硫酸的原理示意图如下。 (1)反应Ⅱ：  是制硫酸的关键步骤。使用作催化剂，涉及如下反应： i．   ii．______________   _______ iii．    ①补全反应ⅱ的热化学方程式：_______。 ______________  _______ ②下列说法不正确的是_______(填序号)。 a．反应i和iii均属于氧化还原反应 b．投入，最多制得 c．使用能提高的平衡转化率 (2)在体积可变的恒压密闭容器中投入、，不同条件下发生反应Ⅱ．实验测得在、和压强下，平衡转化率随温度的变化如图所示。 ①、时平衡转化率_______ ②工业上通常采用和常压的条件，采用常压的原因是_______。 ③点对应的平衡混合气体的体积为，计算该温度下反应Π的平衡常数_______。 【变式4-2】（25-26高二上·北京通州·期末）转化为高能燃料，有利于实现碳资源的有效循环。通常通过与反应生成和的反应i来实现。 (1)在一定条件下，已知每消耗，放热。反应i的热化学方程式是___________。 (2)反应i中在沸石类催化剂表面氢化生成甲醇的反应分为如下三步： 第一步： 第二步：…… 第三步： 第二步发生反应的方程式为___________。 (3)在氢化过程中常伴随着如下两个反应： 反应ii． 反应iii． 温度对两个化学反应的平衡常数的影响如下图所示，结合以上反应分析，为提高甲醇的产率和的转化率，应采取___________温、___________压(填“高”或“低”)。 (4)在恒温密闭容器中，维持压强和投料不变，将和按一定流速通过反应器，转化率和甲醇选择性随温度变化关系如下图所示。若时催化剂活性受温度影响不大，请分析在235℃以上时图中曲线变化的原因：___________。 [注：甲醇选择性] (5)从工业生产流程考虑可采取分离装置提高甲醇的产率，从而得到粗甲醇。粗甲醇的主要成分是甲醇和水。 ①可采取___________的方法使甲醇和水及时从平衡混合物中分离出去。 ②从结构角度分析甲醇与水能以任意比例互溶的原因是甲醇与水分子间存在氢键和___________。 ③请在下图中画出甲醇与水分子间任意一条氢键___________。 【变式4-3】（25-26高二上·北京·期中）很多自然界大量存在的物质都是重要的化工原料。 (1)以芒硝()为原料制备碳酸钠。 ①以芒硝和碳酸氢铵为原料，在水溶液中经复分解反应析出晶体，其反应的化学方程式是_______。 ②已知：ⅰ．2   ⅱ．   反应  _______。 (2)以为原料合成甲醇 和可发生如下两个反应： Ⅰ．   Ⅱ．   研究温度对于甲醇产率的影响。在210℃~290℃，保持原料气中和的投料比不变，按一定流速通过催化剂，主要发生反应Ⅰ，得到甲醇的实际产率、平衡产率与温度的关系如图所示。 ①_______0(填“>”、“=”或“<”)其依据是_______。 ②290℃后继续提高反应温度，判断实际产率将_______(填“增大”“减小”或“不变”)，并说明原因_______。 ③某实验控制压强一定，和初始投料比一定，按一定流速通过同一反应容器，测得如下实验数据(反应未达到平衡状态)： T(K) 实际转化率(%) 甲醇选择性(%)【注】 543 12 42 553 15 39 【注】甲醇选择性：转化的中生成甲醇的百分比 表中实验数据表明，升高温度，的实际转化率提高而甲醇的选择性降低，其原因可能是_______。 1 / 5 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 影响化学反应速率的因素及调控 【典例01】C 【变式1-1】C 【变式1-2】C 【变式1-3】B ▌题型02 化学平衡移动与调控（勒夏特列原理） 【典例02】BD 【变式2-1】B 【变式2-2】C 【变式2-3】A ▌题型03 合成氨工业生产条件的综合选择 【典例03】C 【变式3-1】BD 【变式3-2】D 【变式3-3】D ▌题型04 化学反应调控的综合应用 【典例04】(1)ac (2) 增大一种反应物的浓度，平衡正向移动，另一种反应物的转化率增大，而其自身的转化率减小 (3) C 减小 (4) 否 大于 (5)0.7 (6)左右时催化剂的活性较高，能显著加快反应速率，缩短达到平衡的时间，提高生产效率 【变式4-1】(1) bc (2) 0.85 、时，的平衡转化率已经较高，增大压强对提升转化率作用有限，而且高压对材料、设备、动力的要求更高，生产成本增加 10V 【变式4-2】(1) (2) (3) 低 高 (4)反应iii放热，反应ii吸热，升温使反应iii平衡逆向移动程度大于反应ii平衡正向移动程度，从而使得转化率和甲醇选择性均下降 (5) 冷凝 范德华力 【变式4-3】(1) (2) 温度升高甲醇的平衡产率减小 减小 反应已达平衡状态，温度升高，平衡逆向移动。(或温度升高，超过催化剂最适温度，催化效率减弱，反应速率下降) 温度升高，Ⅰ、Ⅱ的反应速率均加快，但对Ⅱ的反应速率的影响更大 ▌题型05 化学反应调控的综合计算与应用 【典例05】（1）K=c(NH3)的平方/[c(N2)×c(H2)的立方] （2）40.0% （3）逆反应 【变式5-1】（1）20% （2）K=(0.40)²/(0.80×2.40³)≈0.0145 【变式5-2】（1）增大压强；增大N2的浓度（或减小NH3浓度） （2）升高温度可加快反应速率（或提高催化剂活性），催化剂降低活化能加快反应速率 【变式5-3】（1）0.006 （2）随着反应进行，生成的H+使溶液酸性增强，可能起到了类似催化剂的作用（或反应放热使温度略有升高） 1 / 5 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 影响化学反应速率的因素及调控 题型02 化学平衡移动与调控（勒夏特列原理） 题型03 合成氨工业生产条件的综合选择 题型04 化学反应调控的综合应用 题型05 化学反应调控的计算问题 ▌题型01 影响化学反应速率的因素及调控 1．浓度：增大反应物浓度，活化分子百分数不变但单位体积内活化分子数增多，有效碰撞频率增大，反应速率增大。 2．压强：对有气体参与的反应，增大压强（缩小体积）相当于增大气体浓度，反应速率增大。充入惰性气体恒容时速率不变，恒压时速率减小。 3．温度：升高温度，普通分子获得能量变为活化分子，活化分子百分数增大，反应速率增大。一般每升高10°C，速率增大到原来的2~4倍。 4．催化剂：同等程度改变正、逆反应速率，加入催化剂能改变反应途径、降低活化能，使活化分子百分数增大，反应速率显著增大。 5．其他因素：增大固体表面积、搅拌、光照等均可加快反应速率。 【典例01】（25-26高二上·北京海淀·阶段测试）下列措施能增大反应物活化分子百分数的是 A．增大反应物浓度 B．增大压强（缩小体积） C．升高温度 D．增大固体反应物的表面积 【答案】C A．增大反应物浓度，单位体积内活化分子数目增多，但活化分子百分数不变，故A错误。 B．增大压强（缩小体积）相当于增大气体浓度，单位体积内活化分子数目增多，但活化分子百分数不变，故B错误。 C．升高温度，普通分子获得能量变为活化分子，活化分子百分数增大，故C正确。 D．增大固体表面积增大了接触机会，反应速率增大，但活化分子百分数不变，故D错误。 答案选C。 【变式1-1】（25-26高二上·北京西城·阶段测试）对于反应A(g)+B(g)⇌C(g)，下列措施能加快反应速率的是 A．减小压强 B．降低温度 C．加入催化剂 D．充入惰性气体（恒容） 【答案】C A．减小压强相当于增大体积、减小气体浓度，反应速率减小，故A错误。 B．降低温度，活化分子百分数减小，反应速率减小，故B错误。 C．加入催化剂改变反应途径、降低活化能，活化分子百分数增大，反应速率显著增大，故C正确。 D．恒容充入惰性气体，反应物浓度不变，反应速率不变，故D错误。 答案选C。 【变式1-2】（25-26高二上·北京朝阳·期中测试）已知反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g) ΔH<0，在密闭容器中进行。下列说法正确的是 A．缩小容器体积，正反应速率增大，逆反应速率不变 B．升高温度，正反应速率减小，逆反应速率增大 C．加入催化剂，正、逆反应速率同等程度增大 D．分离出SO3，正反应速率增大，逆反应速率减小 【答案】C A．缩小容器体积，各气体浓度都增大，正反应速率和逆反应速率都增大，故A错误。B．升高温度使活化分子百分数增大，正反应速率和逆反应速率都增大，故B错误。C．催化剂同等程度降低正、逆反应的活化能，使正、逆反应速率同等程度增大，故C正确。D．分离出SO3，逆反应速率减小，但正反应速率不变（反应物浓度未变），故D错误。答案选C。 【变式1-3】（25-26高二上·北京东城·阶段测试）将铁片投入稀盐酸中，为加快反应速率，可采取的措施是（1）升高温度（2）增大压强（3）将铁片粉碎（4）加入少量CuSO4溶液。上述措施可行的是 A．（1）（3） B．（1）（3）（4） C．（1）（2）（3） D．（1）（2）（3）（4） 【答案】B （1）升高温度使活化分子百分数增大，反应速率增大，可行。（2）铁片与稀盐酸的反应在溶液中进行，增大压强对溶液中反应速率几乎无影响，不可行。（3）将铁片粉碎增大了接触面积，反应速率增大，可行。（4）加入少量CuSO4溶液，Fe置换出Cu，Fe与Cu在盐酸中形成原电池，反应速率显著增大，可行。 综上，（1）（3）（4）可行，答案选B。 ▌题型02 化学平衡移动与调控（勒夏特列原理） 1．化学平衡状态：在一定条件下的可逆反应里，正反应速率和逆反应速率相等，反应混合物中各组分的浓度保持不变的状态。 2．勒夏特列原理：如果改变影响平衡的条件（浓度、温度、压强等），平衡就向能够减弱这种改变的方向移动，但不能完全消除这种改变。 3．浓度：增大反应物浓度或减小生成物浓度，平衡正向移动；减小反应物浓度或增大生成物浓度，平衡逆向移动。 4．温度：升高温度，平衡向吸热反应方向移动；降低温度，平衡向放热反应方向移动。 5．压强：增大压强，平衡向气体物质的量减小的方向移动。反应前后气体物质的量不变的反应，改变压强平衡不移动。催化剂不影响化学平衡。 【典例02】（25-26高二上·北京海淀·阶段测试）对于可逆反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g) ΔH<0，下列措施能使平衡向正反应方向移动的是 A．升高温度 B．增大压强 C．加入催化剂 D．分离出部分SO3 【答案】BD A．该反应正反应放热，升高温度平衡向吸热的逆反应方向移动，故A错误。B．该反应正反应气体物质的量减小（3→2），增大压强平衡向气体物质的量减小的正反应方向移动，故B正确。C．催化剂同等程度改变正、逆反应速率，不影响化学平衡移动，故C错误。D．分离出部分SO3，减小生成物浓度，平衡向正反应方向移动，故D正确。答案选BD。 【变式2-1】（25-26高二上·北京西城·阶段测试）在密闭容器中发生反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) ΔH<0。下列措施既加快反应速率又能提高NH3产率的是 A．升高温度 B．缩小容器体积 C．加入催化剂 D．分离出部分NH3 【答案】B A．升高温度加快反应速率，但该反应正反应放热，升高温度平衡向逆反应方向移动，NH3产率降低，故A错误。B．缩小容器体积（增大压强），各气体浓度增大，反应速率增大，同时平衡向气体物质的量减小的正反应方向移动，NH3产率提高，故B正确。C．加入催化剂同等程度加快正、逆反应速率，但不影响化学平衡，NH3产率不变，故C错误。D．分离出部分NH3使平衡向正反应方向移动，NH3产率提高，但反应速率不增大，故D错误。答案选B。 【变式2-2】（25-26高二上·北京丰台·期中测试）下列关于化学平衡移动的说法正确的是 A．增大压强，平衡一定向气体物质的量减小的方向移动 B．平衡移动一定能完全消除外界条件的改变 C．对于反应前后气体物质的量不变的反应，改变压强平衡不移动 D．加入催化剂能提高反应物的转化率 【答案】C A．增大压强只对有气体参与且反应前后气体物质的量有变化的反应才使平衡移动，故A错误。B．根据勒夏特列原理，平衡移动只能减弱外界条件的改变，不能完全消除，故B错误。C．对于反应前后气体物质的量不变的反应，改变压强平衡不移动，故C正确。D．催化剂同等程度改变正、逆反应速率，不影响化学平衡，不影响转化率，故D错误。答案选C。 【变式2-3】（25-26高二上·北京朝阳·阶段测试）在某温度下，反应A(g)+B(g)⇌2C(g)达到平衡。下列措施中能使平衡移动的是（1）升高温度（正反应放热）（2）恒容充入惰性气体（3）恒压充入惰性气体（4）增大A的浓度 A．（1）（4） B．（1）（3）（4） C．（1）（2）（4） D．（1）（2）（3）（4） 【答案】A （1）正反应放热，升高温度平衡向吸热的逆反应方向移动，平衡移动，可行。（2）恒容充入惰性气体，各组分分压不变，平衡不移动。（3）恒压充入惰性气体，体积增大，但该反应前后气体物质的量相等（2→2），平衡不移动。（4）增大A的浓度，平衡向正反应方向移动，可行。 综上，能使平衡移动的是（1）（4），答案选A。 ▌题型03 合成氨工业生产条件的综合选择 1．合成氨反应：N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) ΔH=-92.4kJ/mol，正反应放热、气体物质的量减小。 2．温度选择：从平衡角度，低温有利；从速率角度，需较高温度保证速率。实际选择约500°C，兼顾催化剂活性（铁触媒在500°C左右活性最高）和反应速率。 3．压强选择：增大压强有利于平衡正向移动且加快反应速率。但压强过大设备要求高、能耗大。实际采用20~50MPa。 4．催化剂：铁触媒在500°C左右活性最高，加快反应速率但不影响平衡。 5．浓度调控：增大N2或H2浓度可提高另一反应物转化率；分离NH3使平衡正向移动；循环操作提高原料总利用率。 【典例03】（25-26高二上·北京海淀·阶段测试）合成氨反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) ΔH<0。关于工业生产条件的叙述正确的是 A．温度越低越有利于氨的合成 B．压强越大越有利于氨的合成 C．使用催化剂可加快反应速率但不影响平衡 D．实际生产中采用高温是为了提高平衡转化率 【答案】C A．降低温度有利于平衡正向移动提高NH3产率，但温度过低反应速率太慢，故A不全面，错误。B．增大压强有利于平衡正向移动，但压强过大设备要求高、能耗大、成本高，故B错误。C．催化剂同等程度改变正、逆反应速率，加快反应速率但不影响化学平衡，故C正确。D．实际生产采用高温（约500°C）是为了保证反应速率足够快，而非提高平衡转化率（高温反而降低平衡转化率），故D错误。答案选C。 【变式3-1】（25-26高二上·北京西城·阶段测试）合成氨工业中采取下列措施的主要目的，叙述正确的是 A．使用铁触媒——提高N2的平衡转化率 B．采用约500°C的温度——使催化剂活性最高且保证反应速率 C．采用循环操作——提高平衡时NH3的浓度 D．增大N2与H2的浓度比（N2略过量）——提高H2的转化率 【答案】BD A．铁触媒作为催化剂，同等程度加快正、逆反应速率，不影响化学平衡，不能提高N2的平衡转化率，故A错误。B．选择约500°C的温度，一方面使铁触媒活性最高，另一方面保证反应速率足够快，故B正确。C．循环操作是将未反应的N2和H2循环利用，提高原料总利用率，但并不能提高平衡时NH3的浓度，故C错误。D．增大廉价反应物N2的浓度，使平衡向正反应方向移动，可提高昂贵反应物H2的转化率，故D正确。答案选BD。 【变式3-2】（25-26高二上·北京丰台·阶段测试）下列关于合成氨工业说法不正确的是 A．合成氨反应是放热反应，从平衡角度考虑应采用较低温度 B．实际生产中采用较高温度（约500°C）主要是为了提高反应速率 C．增大压强既可加快反应速率又可提高氨的平衡产率 D．使用催化剂能改变反应的焓变，使反应更容易进行 【答案】D A．合成氨反应正反应放热，从平衡角度考虑降低温度有利于平衡正向移动，故A正确。B．实际生产中采用约500°C的高温，主要是因为低温下反应速率太慢，故B正确。C．增大压强使各气体浓度增大，反应速率增大，同时平衡向正反应方向移动，提高氨的平衡产率，故C正确。D．催化剂只能改变反应途径、降低活化能，不能改变反应的焓变ΔH（焓变是状态函数），故D错误。答案选D。 【变式3-3】（25-26高二上·北京东城·期中测试）工业合成氨中，下列调控措施不能提高单位时间内氨的产量的是 A．适当升高温度 B．增大压强 C．使用催化剂 D．降低温度至很低 【答案】D A．适当升高温度可加快反应速率，虽然平衡转化率有所下降，但反应速率增大的效果更显著，单位时间内氨的产量提高，故A不符合题意。B．增大压强既加快反应速率又使平衡向正反应方向移动提高氨产率，故B不符合题意。C．使用催化剂加快反应速率，单位时间内氨的产量提高，故C不符合题意。D．降低温度至很低时，虽然从平衡角度有利于氨的合成，但反应速率极慢，单位时间内生成的氨很少，产量大幅下降，故D符合题意。答案选D。 ▌题型04 化学反应调控的综合应用 1．化学反应调控的核心思路：通过改变外界条件（浓度、温度、压强、催化剂等）来调控反应速率和化学平衡，以满足实际生产需求。 2．催化剂中毒：某些杂质会附着在催化剂表面使其失去活性，需对原料气进行净化处理。 3．反应限度的判断：通过平衡常数K和浓度商Q的关系判断反应方向。Q<K反应正向进行，Q>K反应逆向进行，Q=K处于平衡状态。 4．速率常数与平衡常数：速率常数k只受温度和催化剂影响；平衡常数K只受温度影响。 （25-26高二上·北京顺义·期中）合成氨对农业生产及国防建设均具有重要意义。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。    (1)在恒温恒容密闭容器中进行合成氨反应，能表示达到平衡状态的是________(填序号)。 a．混合气体的压强不再发生变化 b．混合气体的密度不再发生变化 c．反应容器中、的物质的量的比值不再发生变化 d．单位时间内断开a个键的同时形成3a个键 e．各物质的浓度比等于方程式中各物质的化学计量数之比 (2)时，在有催化剂的恒容密闭容器中充入和。如图为不同投料比[]时某反应物X的平衡转化率变化曲线。 ①反应物X是________(填“”或“”)。 ②判断依据是________。 (3)在恒温恒容的密闭容器中，合成氨反应的各物质浓度变化曲线如下图所示。 回答下列问题： ①表示的浓度变化曲线是________(填“A”、“B”或“C”)。 ②前内，用的浓度变化表示的化学反应平均速率是________。 ③在末反应刚好达到平衡，则该温度下反应的平衡常数K=________(计算结果可用分数表示)。 若升高温度，该反应的平衡常数值将________(填“增大”、“减小”或“不变”)。 (4)在第末，保持其它条件不变，再向容器中同时增加的A、B、C后，该反应是否处于平衡状态________(填“是”或“否”)，此时________(填“大于”、“小于”或“等于”)。 (5)在一定温度下，将和混合置于体积不变的密闭容器中发生反应，达到平衡状态时，测得的转化率是60%，平衡时的压强是初始压强的________倍。 (6)哈伯在合成氨时，选择的条件是550℃、，而不是200℃、10 MPa，可能的原因是________。 【答案】(1)ac (2) 增大一种反应物的浓度，平衡正向移动，另一种反应物的转化率增大，而其自身的转化率减小 (3) C 减小 (4) 否 大于 (5)0.7 (6)左右时催化剂的活性较高，能显著加快反应速率，缩短达到平衡的时间，提高生产效率 【分析】合成氨反应为。在第（3）问的浓度—时间图中，A由减小到，B由0增大到，C由减小到。三条曲线的变化量之比为3∶2∶1，与方程式的化学计量数对应，因此A为、B为、C为；平衡浓度依次为、、，故。 【详解】（1）恒温恒容时，混合气体压强与气体总物质的量成正比；该反应进行过程中气体总物质的量发生变化，压强不再变化能表示反应达到平衡状态，a正确。反应前后气体总质量不变，容器体积不变，所以混合气体密度在反应过程中始终不变，不能据此判断是否达到平衡状态，b错误。反应正向进行时，减小而增大，二者比值会随反应进程改变；该比值不再变化能表示反应达到平衡状态，c正确。正反应每断开3个键会形成6个键，题述两个过程均表征正反应，且给出的键数关系不符合化学计量关系，不能说明正、逆反应速率相等，d错误。平衡时各物质的浓度取决于初始投料和反应条件，并不要求其比值等于方程式中的化学计量数之比，e错误。因此能表示达到平衡状态的是a、c； （2）图中随投料比增大，反应物X的平衡转化率增大。增大一种反应物的投料量，平衡正向移动，另一种反应物的转化率增大，而新增反应物自身的转化率减小；因此X为； （3）由曲线变化量与化学计量数的对应关系可知，A为、B为、C为，故表示浓度变化的是曲线C。前内，由减小到，所以。平衡时三者浓度分别为、、，故。合成氨的正反应为放热反应，升高温度时平衡逆向移动，平衡常数减小； （4）第末，A、B、C分别为、、，原平衡浓度分别为3、2、1。各增加后，，故此时不处于平衡状态，反应正向进行，； （5）初始、。达到平衡时消耗，根据化学计量关系，消耗，生成。平衡时气体总物质的量为；恒温恒容时压强之比等于气体总物质的量之比，故； （6）合成氨的正反应为放热反应，较低温度有利于提高平衡转化率，但时反应速率过慢，催化剂活性也较低；左右催化剂活性较高，能显著加快反应速率，缩短达到平衡的时间，提高生产效率。 【变式4-1】（25-26高二上·北京·期中）以黄铁矿为原料制取硫酸的原理示意图如下。 (1)反应Ⅱ：  是制硫酸的关键步骤。使用作催化剂，涉及如下反应： i．   ii．______________   _______ iii．    ①补全反应ⅱ的热化学方程式：_______。 ______________  _______ ②下列说法不正确的是_______(填序号)。 a．反应i和iii均属于氧化还原反应 b．投入，最多制得 c．使用能提高的平衡转化率 (2)在体积可变的恒压密闭容器中投入、，不同条件下发生反应Ⅱ．实验测得在、和压强下，平衡转化率随温度的变化如图所示。 ①、时平衡转化率_______ ②工业上通常采用和常压的条件，采用常压的原因是_______。 ③点对应的平衡混合气体的体积为，计算该温度下反应Π的平衡常数_______。 【答案】(1) bc (2) 0.85 、时，的平衡转化率已经较高，增大压强对提升转化率作用有限，而且高压对材料、设备、动力的要求更高，生产成本增加 10V 【详解】（1）根据盖斯定律可知反应可得到反应：，，则，则反应ⅱ的热化学方程式为； a．反应ⅲ中V由+4价升高到+5价，O由0价降低到-2价，有元素化合价的变化，属于氧化还原反应，反应ⅰ中V由+5价降低+4价，S由+4价升高到+6价，有元素化合升降，属于氧化还原反应，a正确； b．反应ⅰ为可逆反应，投入催化剂不影响产量，而且投料量未知，无法判断三氧化硫的量，b错误； c．反应中为催化剂，加入催化剂能降低反应的活化能，增大反应速率，但平衡不移动，不能提高转化率，c错误； 故答案选bc。 （2）该反应正向为气体体积减小的方向，其他条件相同时，增大压强，平衡向气体体积减小的方向移动，即反应Ⅱ平衡正向移动，二氧化硫的转化率增大，由此可知，故，因此550℃、0.1MPa时二氧化硫的平衡转化率； 工业上通常采用400℃-500℃和常压的条件，是因为400℃-500℃和常压时，二氧化硫的平衡转化率已经较高，增大压强对材料、设备、动力的要求更高，生产成本增加； M点时，的平衡转化率，列三段式，平衡常数K==。 【变式4-2】（25-26高二上·北京通州·期末）转化为高能燃料，有利于实现碳资源的有效循环。通常通过与反应生成和的反应i来实现。 (1)在一定条件下，已知每消耗，放热。反应i的热化学方程式是___________。 (2)反应i中在沸石类催化剂表面氢化生成甲醇的反应分为如下三步： 第一步： 第二步：…… 第三步： 第二步发生反应的方程式为___________。 (3)在氢化过程中常伴随着如下两个反应： 反应ii． 反应iii． 温度对两个化学反应的平衡常数的影响如下图所示，结合以上反应分析，为提高甲醇的产率和的转化率，应采取___________温、___________压(填“高”或“低”)。 (4)在恒温密闭容器中，维持压强和投料不变，将和按一定流速通过反应器，转化率和甲醇选择性随温度变化关系如下图所示。若时催化剂活性受温度影响不大，请分析在235℃以上时图中曲线变化的原因：___________。 [注：甲醇选择性] (5)从工业生产流程考虑可采取分离装置提高甲醇的产率，从而得到粗甲醇。粗甲醇的主要成分是甲醇和水。 ①可采取___________的方法使甲醇和水及时从平衡混合物中分离出去。 ②从结构角度分析甲醇与水能以任意比例互溶的原因是甲醇与水分子间存在氢键和___________。 ③请在下图中画出甲醇与水分子间任意一条氢键___________。 【答案】(1) (2) (3) 低 高 (4)反应iii放热，反应ii吸热，升温使反应iii平衡逆向移动程度大于反应ii平衡正向移动程度，从而使得转化率和甲醇选择性均下降 (5) 冷凝 范德华力 【详解】（1）通常通过与反应生成和的反应i来实现，在一定条件下，已知每消耗，放热，故反应i的热化学方程式为。 （2）反应i分三步发生，三步加在一起为反应i，故第二步为：。 （3）总反应i为放热反应，降低温度有利于平衡正向移动，提高转化率，反应iii为气体分子数减少的反应，故高压可以促进反应iii正向移动，提高甲醇的产率。 （4）反应iii放热，反应ii吸热，升温使反应iii平衡逆向移动程度大于反应ii平衡正向移动程度，从而使得转化率和甲醇选择性均下降。 （5）①可采取冷凝的方法使甲醇和水及时从平衡混合物中分离出去； ②从结构角度分析甲醇与水能以任意比例互溶的原因是甲醇与水分子间存在氢键和范德华力，从而增大了甲醇在水中溶解度； ③甲醇中的羟基氢与水中的氧原子或者水中的氢与甲醇中的氧原子均可形成氢键。 【变式4-3】（25-26高二上·北京·期中）很多自然界大量存在的物质都是重要的化工原料。 (1)以芒硝()为原料制备碳酸钠。 ①以芒硝和碳酸氢铵为原料，在水溶液中经复分解反应析出晶体，其反应的化学方程式是_______。 ②已知：ⅰ．2   ⅱ．   反应  _______。 (2)以为原料合成甲醇 和可发生如下两个反应： Ⅰ．   Ⅱ．   研究温度对于甲醇产率的影响。在210℃~290℃，保持原料气中和的投料比不变，按一定流速通过催化剂，主要发生反应Ⅰ，得到甲醇的实际产率、平衡产率与温度的关系如图所示。 ①_______0(填“>”、“=”或“<”)其依据是_______。 ②290℃后继续提高反应温度，判断实际产率将_______(填“增大”“减小”或“不变”)，并说明原因_______。 ③某实验控制压强一定，和初始投料比一定，按一定流速通过同一反应容器，测得如下实验数据(反应未达到平衡状态)： T(K) 实际转化率(%) 甲醇选择性(%)【注】 543 12 42 553 15 39 【注】甲醇选择性：转化的中生成甲醇的百分比 表中实验数据表明，升高温度，的实际转化率提高而甲醇的选择性降低，其原因可能是_______。 【答案】(1) (2) 温度升高甲醇的平衡产率减小 减小 反应已达平衡状态，温度升高，平衡逆向移动。(或温度升高，超过催化剂最适温度，催化效率减弱，反应速率下降) 温度升高，Ⅰ、Ⅱ的反应速率均加快，但对Ⅱ的反应速率的影响更大 【详解】（1）①以芒硝()和碳酸氢铵（）为原料，在水溶液中经复分解反应析出晶体的化学方程式是； ②由盖斯定律，； （2）①由图可知，温度越高，反应Ⅰ甲醇平衡产率逐渐减小，说明升温平衡逆向移动，则正反应的<0； ②290℃时反应已经达到平衡状态，继续提高反应温度，由于该反应<0，升温平衡逆向移动，实际产率将减小；另一方面温度升高，超过催化剂最适温度，催化效率减弱，实际产率也将减小； ③升高温度，的实际转化率提高而甲醇的选择性降低，说明升温Ⅰ、Ⅱ的反应速率均加快，但对Ⅱ的反应速率的影响更大。 1 / 5 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 $