2.4 化学反应的调控（4大题型，举一反三题型专练，广东专用）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 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·广东惠州·期中）从下列事实，找出不能用勒夏特列原理解释的是 A．对平衡体系增加压强使颜色变深 B．反应 ，升高温度使平衡向逆方向移动 C．在溴水中存在如下平衡：，当加入溶液后颜色变浅 D．合成氨反应： ，为使氨的产率提高，理论上应采取低温 【变式1-1】（25-26高二上·广东·阶段检测）下列事实不能用勒夏特列原理解释的是 A．工业合成氨反应中采用400~500℃的高温 B．夏天，打开冰镇啤酒瓶盖产生大量泡沫 C．Fe(SCN)3溶液中加入铁粉后溶液颜色变浅 D．在制备乙酸乙酯中，加入过量的乙醇 【变式1-2】（25-26高二上·广东湛江·期末）关于工业合成氨反应，下列说法正确的是 A．任意条件下反应均可以正向自发进行 B．仅从平衡移动角度考虑，合成氨时应选择低温高压条件 C．原料气可直接通入合成塔中进行反应 D．、的投料比采用1：2.8(物质的量比)而不是1：3，是为了提高的转化率 【变式1-3】（25-26高二上·广东·期末）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应为：  。下列说法正确的是 A．加入催化剂，的平衡转化率增大 B．每断裂，形成 C．当时，反应达到化学平衡 D．合成氨工业采用循环操作可降低氨的沸点 ▌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】（25-26高二上·广东·阶段检测）如图所示为工业合成氨的流程图。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③中“升温”既可以加快反应速率，也可以增大化学平衡常数 C．步骤④有利于提高原料的平衡转化率 D．步骤⑤的目的是将未反应的和循环再利用，提高和的利用率 【变式2-1】（25-26高二上·广东深圳·期中）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。下列说法正确的是 A．工业合成氨一般选择400~500℃是为了促进平衡正向移动 B．工业合成氨中未转化的合成气循环利用，可以提高反应物的利用率 C．一般选用铁触媒催化剂，可以显著提高反应速率和氨的产率 D．将生成的氨气及时液化分离，可促进平衡正向移动，加快反应速率 【变式2-2】（25-26高二上·广东佛山·期中）化学与社会、生产、生活密切相关，下列说法错误的是 A．将煤气化，有利于提供更多的能量，而且有效地减少温室气体的产生 B．工业上合成氨时将温度控制在400∼500℃ C．食品放入冰箱中，因为温度低，变质速率慢，所以食品能够保存较长时间 D．可用勒夏特列原理解释夏天打开啤酒盖喷出大量泡沫的现象 【变式2-3】工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：。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．由于在空气中含量高，因此直接将空气与氢气混合通入反应炉 ▌题型03 工业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】工业合成氨使用铁作催化剂，其作用是吸附N2和H2，使反应易于进行。过程中涉及的微观片段如图所示。下列说法正确的是 A．合成氨的过程为 a→c→d→b→e B．增加铁触媒用量可提高H2的平衡转化率 C．c→b过程需释放能量 D．合成氨时，应向体系中通入稍过量的H2 【变式3-1】为了有效降低能耗，过渡金属催化还原氮气合成氨被认为是具有巨大前景的一种合成氨方法。催化过程一般有吸附—解离—反应—脱附等过程，图示为N2和H2在固体催化剂表面合成氨反应路径的势能面图(部分数据略)，其中“*”表示被催化剂吸附。回答下列问题： (1)从能量角度分析，催化剂的作用是___________。 (2)合成氨的热化学方程式为___________，反应在___________(填“低温”“高温”或“任意条件”)下可以自发进行。 (3)氨气的脱附是___________(填“吸热”或“放热”)过程。已知氮的吸附分解所需活化能最高，实际生产时适当提高N2的比例更能加快合成氨反应的进行，理由是___________。 (4)若向2 L恒容容器中充入1 mol 与足量充分反应，10 min时反应恰好达平衡状态，此时测得反应放热27.6 kJ，则0～10 min ___________mol·L-1·min-1，N2的平衡转化率为___________。 (5)仅从平衡移动角度分析，合成氨最适宜采用的条件是___________(填“高温高压”“高温低压”“低温高压”或“低温低压”)。 【变式3-2】合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径，其原理为：。请回答下列问题： (1)某化学研究性学习小组模拟工业合成氨的反应。在容积固定为的密闭容器内充入和，加入合适催化剂(体积可以忽略不计)后在一定温度压强下开始反应，其气体总物质的量随时间变化如下表： 反应时间/min 0 5 10 15 20 25 30 气体总物质的量/mol 4 3.52 3.3 3.16 3.06 3 3 则从反应开始到时，以表示的平均反应速率=______。 (2)合成氨反应，初始时氮气、氢气的体积比为1∶3，在相同催化剂条件下平衡混合物中氨的体积分数与温度、压强的关系如图所示。、、由大到小排序______；A、B两点的化学反应速率较大的是______(填“A点”或“B点”)。 (3)在合成氨工业中，要使氨的平衡产率增大，同时又能提高反应速率，可采取的措施有______(填编号)。 ①使用催化剂②恒温恒容，增大原料气和充入量 ③升高温度④恒温恒容，充入惰性气体使压强增大 (4)工业上可以利用氨气生产氢氰酸(HCN)的反应为：，在其他条件一定，该反应达到平衡时转化率随外界条件变化的关系如图所示，代表______(填字母代号)。 A．原料中与的体积比B．温度C．压强 (5)由合成甲醇是资源化利用的重要方法。涉及的主要反应如下： 反应Ⅰ： 反应Ⅱ： 起始按投料发生上述反应Ⅰ、Ⅱ，测的平衡转化率和的选择性()随温度、压强的变化如图所示。 已知： 时，和下的平衡转化率几乎交于一点的原因是______；，压强为时，反应Ⅱ的平衡常数______(保留2位有效数字，是以各物质的物质的量分数代入平衡常数表达式所得到的平衡常数)。 【变式3-3】工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。 (1)一定温度下，在恒容密闭容器中充入一定量的和发生反应：  ，下列证据不能说明反应一定达到化学平衡状态的是___________。 A．与的转化率相等 B．容器内气体的质量不再改变 C．容器内的压强不再改变 D．2v正(N2)=v逆(NH3) (2)合成氨生产流程示意图如下。 已知：在铁触媒上的吸附分解反应活化能高。 ①关于合成氨工艺的下列理解，正确的是___________。 A．合成氨反应S>0 B．控制温度(773K)远高于室温，是为了保证尽可能高的平衡转化率和较快的化学反应速率 C．当温度、压强一定时，在原料气(和的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率 D．基于有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行 E．分离空气可得，通过天然气和水蒸气转化可得，原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生 ②原料气中一般过量，原因为___________。 ③原料气中若混有可用铜氨液除去，  。吸收CO后的铜氨液经过适当处理可再生，其再生的适宜生产条件是___________。 (3)向一密闭容器中充入0.25 mol N2和0.75 mol H2，下图中的实验数据是在其它条件不变时，不同温度(200 ℃、400 ℃、600 ℃)、压强下，平衡混合物中的物质的量分数的变化情况。 ①曲线a对应的温度是___________。 ②点对应的的转化率为___________。 (4)对于合成氨反应而言，下列有关图像一定正确的是___________。(选填序号) A．        B．        C． ▌题型04 工业生产中适宜条件的选择 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】工业上用黄铁矿(主要成分)制的浓硫酸的流程如下图。 (1)黄铁矿进入沸腾炉前需要粉碎，热空气从沸腾炉的下方通入，主要目的是________________。烧渣主要成分是，已知每生成能释放热量，写出沸腾炉中主反应的热化学方程式________________________________。 (2)接触室发生反应：。相同原料比，不同压强下，在和的平衡转化率曲线如图所示：由图可知，反应物键能总和和生成物键能总和相比，________(填“>”、“＜”或“=”)。结合图中数据和经济效益，接触室中控制的温度和压强是______________。 (3)接触室剖面结构如图所示，箭头代表气体流向，结合(2)的信息，下列说法正确的是________。 A．a处和的体积比大于 B．b处含量等于a处，温度高于a处 C．c处含量低于d处，温度高于d处 D．d处出来的气体只含和 (4)吸收塔用的浓硫酸吸收而不用水的原因是：水吸收形成酸雾，吸收慢；水吸收只能得到的稀硫酸，制备浓硫酸成本高；______________(再补充一个可能原因)。 (5)吸收塔尾气需要处理后排放，下列物质中不宜作尾气吸收剂的是________。 A．氯水 B．氢氧化钠溶液 C．氨水 D．碳酸氢钠溶液 【变式4-1】（25-26高二上·广东茂名·期中）回答下列问题。 (1)已知下列反应的热化学方程式： ①   ②   ③   ⅰ．反应①中，正反应活化能________逆反应活化能(填“大于”“小于”或“等于”)。 ⅱ．反应③的平衡常数表达式________，________(用含、的式子表示) (2)硫酸在国民经济中占有极其重要的地位，下图是工业接触法制硫酸的简单流程图，回答下列有关问题。 ①生产时先将黄铁矿粉碎再投入沸腾炉，目的是________。 ②一定温度下，在容积固定的密闭容器中发生反应：。下列选项能充分说明此反应已达到平衡状态的是________。 A．密闭容器中、的物质的量之比为 B．密闭容器中压强不随时间变化而变化 C． D．密闭容器中混合气体的平均相对分子质量不随时间变化而变化 ③在实际生产过程中，控制进入接触室的气体中的体积分数是体积分数的倍，其目的是：________。 ④实验测得反应中平衡转化率与温度、压强有关，请根据下表信息，结合工业生产实际，选择最合适的生产条件是________。(注：约等于个大气压)         压强/MPa 温度/℃ 0.1 0.5 1 10 400 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% 【变式4-2】优化反应条件是研究化学反应的重要方向。 (1)以硫代硫酸钠与硫酸的反应为例，探究外界条件对化学反应速率的影响，实验方案如表所示。 实验序号 溶液 溶液 蒸馏水 温度/℃ 浓度/() 体积 浓度/() 体积 体积 Ⅰ 10 20 Ⅱ 9 a Ⅲ b 9 30 ①表中，a为_____，b为_____。 ②实验表明，实验Ⅲ的反应速率最快，支持这一结论的实验现象为____________。 ③硫代硫酸钠可用于从含氧化银的矿渣中浸出银，反应如下： 在实际生产中，为了提高银的浸出率需要调节的范围为，解释其原因：_______________。 (2)工业上常用空气催化氧化法除去电石渣浆(含)上清液中的，并制取石膏()，其中的物质转化过程如图所示。 ①过程Ⅰ、Ⅱ中，起催化剂作用的物质是__________。 ②过程Ⅱ中，反应的离子方程式为____________________。 【变式4-3】（25-26高二下·广东汕头·期末）尿素［］热解制备并利用进行脱硝反应(与反应)是科研领域的一个研究方向。回答下列问题： Ⅰ．和混合热解制备时，发生如下反应： ⅰ．   ⅱ．   (1)已知、的燃烧热()分别为、，则的燃烧热__________。 (2)工业上将与混合，以一定流速通过管式反应器发生反应ⅰ和ⅱ。气体通过反应器时间为，测得反应器出口相关物质的转化率及浓度随温度的变化如图所示。回答以下问题： ①时，内，的生成速率_________；的转化率约为__________(保留3位有效数字)。 ②温度高于，的转化率随温度的升高而增大，解释其原因：____________________。 (3)一定温度和压强下，向某密闭容器中加入一定量的和发生反应ⅰ和ⅱ。体系达平衡时，测得体系中，，。 ①反应ⅰ的平衡常数__________(用含a、b、c的代数式表示)。 ②下列操作一定可以提高上述平衡体系中浓度的是__________(填字母)。 A．缩小容器容积　　B．升高温度　　C．加入更高效催化剂　　D．分离出部分 Ⅱ．利用进行脱硝反应时发生如下反应： 主反应ⅲ． ⅳ． 副反应ⅴ．     ⅵ． (4)实验表明，其他条件一定时，去除率(R)随氨氮比［，c代表反应器入口相关气体的浓度]的变化如图。当时，去除率为负值，可能原因为：主要发生反应ⅲ，同时反应ⅴ进行的程度_____反应ⅳ进行的程度，导致出口浓度高于进口浓度。(填“>”或“<”) / 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 合成氨反应原理的分析 【典例1】A 【变式1-1】A 【变式1-2】B 【变式1-3】B 题型02 工业合成氨适宜的条件 【典例2】B 【变式2-1】B 【变式2-2】A 【变式2-3】C 题型03 工业合成氨反应图像分析 【典例3】C 【变式3-1】(1)降低反应的活化能 (2)  =-92 kJ·mol-1(或其他合理写法) 低温 (3)吸热 适当提高氮气的比例可以保证氮气占有一定份额的催化剂活性中心并提高吸附速率 (4) 0.045 30% (5)低温高压 【变式3-2】(1) (2) p1>p2>p3 B (3)② (4)C (5)此时发生的反应以反应Ⅱ为主，反应Ⅱ反应前后气体分子数不变，压强改变对平衡几乎没有影响 0.061 【变式3-3】(1)AB (2) DE 易得，过量可提高的转化率；在铁触媒上的吸附分解反应活化能高，过量还可加快反应速率 高温、低压 (3) 200 ℃ (4)AB 题型04 工业生产中适宜条件的选择 【典例4】(1) 增大固体与气体的接触面积，加快反应速率，使反应更充分 (2) 常压、 (3)BC (4)的浓硫酸吸收不易形成酸雾，吸收效率高 (5)A 【变式4-1】(1)大于 (2)增大黄铁矿与空气（或氧气）的接触面积，加快反应速率，使燃烧更充分，提高原料利用率 BD 增大反应物的浓度，使平衡向正反应方向移动，从而提高的转化率 、 【变式4-2】(1) 20 2.5 实验Ⅲ中出现浑浊所需时间最短 若pH小于8.5，H+浓度较大，H+与反应使浓度减小，不利于反应正向进行，浸出率下降；若pH大于9.5，OH-浓度较大，不利于反应正向进行，浸出率下降 (2)Mn(OH)2 2S2-+9H2O+4=+4Mn(OH)2+10OH- 【变式4-3】(1)-646.3 (2) 11.8% 温度高于时，反应ⅰ已进行完全，升高温度，反应ⅱ的速率加快 (3) AD (4)> / 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·广东惠州·期中）从下列事实，找出不能用勒夏特列原理解释的是 A．对平衡体系增加压强使颜色变深 B．反应 ，升高温度使平衡向逆方向移动 C．在溴水中存在如下平衡：，当加入溶液后颜色变浅 D．合成氨反应： ，为使氨的产率提高，理论上应采取低温 【答案】A 【详解】A．反应前后气体分子数相等，增大压强平衡不移动，颜色变深是因为体积缩小使浓度增大，与平衡移动无关，不能用勒夏特列原理解释，A符合题意； B．该反应正反应为放热反应，升高温度平衡向吸热的逆反应方向移动，符合勒夏特列原理，B不符合题意； C．加入溶液后，与、反应降低生成物浓度，平衡正向移动，浓度减小导致溶液颜色变浅，可以用勒夏特列原理解释，C不符合题意； D．合成氨反应正反应为放热反应，降低温度平衡正向移动，产率提高，可以用勒夏特列原理解释，D不符合题意； 故选A。 【变式1-1】（25-26高二上·广东·阶段检测）下列事实不能用勒夏特列原理解释的是 A．工业合成氨反应中采用400~500℃的高温 B．夏天，打开冰镇啤酒瓶盖产生大量泡沫 C．Fe(SCN)3溶液中加入铁粉后溶液颜色变浅 D．在制备乙酸乙酯中，加入过量的乙醇 【答案】A 【详解】A．合成氨为放热可逆反应，升高温度平衡逆向移动，不利于氨生成，采用400~500℃高温是为了提高反应速率、保证催化剂活性，与平衡移动无关，不能用勒夏特列原理解释，A符合题意； B．打开啤酒瓶盖后压强减小，的溶解平衡逆向移动，逸出产生大量泡沫，符合勒夏特列原理，B不符合题意； C．溶液中存在平衡，加入铁粉消耗，平衡逆向移动，浓度降低，溶液颜色变浅，符合勒夏特列原理，C不符合题意； D．制备乙酸乙酯的反应为可逆反应，加入过量乙醇增大反应物浓度，平衡正向移动，可提高乙酸乙酯产率，符合勒夏特列原理，D不符合题意； 故选A。 【变式1-2】（25-26高二上·广东湛江·期末）关于工业合成氨反应，下列说法正确的是 A．任意条件下反应均可以正向自发进行 B．仅从平衡移动角度考虑，合成氨时应选择低温高压条件 C．原料气可直接通入合成塔中进行反应 D．、的投料比采用1：2.8(物质的量比)而不是1：3，是为了提高的转化率 【答案】B 【详解】A．反应自发进行需满足ΔG<0，该反应ΔH<0但ΔS<0（气体分子数减少），高温时ΔG可能大于0，故不是任意条件下自发，A错误； B．该反应为放热反应（ΔH<0）且气体分子数减小（4→2），根据勒夏特列原理，低温有利于平衡向放热方向（正向）移动，高压有利于平衡向气体体积减小方向（正向）移动，故仅从平衡移动角度，低温高压条件有利于合成氨，B正确； C．工业合成氨中，原料气需净化去除杂质（如O2、H2O等），以防催化剂中毒，不能直接通入合成塔，C错误； D．投料比1:2.8（n(N2):n(H2)）中H2量（2.8）少于化学计量比1:3，导致N2过量，这有利于提高H2的转化率，但会降低N2的转化率（因N2未完全反应），而选项中表示“为了提高N2转化率”，与事实不符，D错误； 故选B。 【变式1-3】（25-26高二上·广东·期末）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应为：  。下列说法正确的是 A．加入催化剂，的平衡转化率增大 B．每断裂，形成 C．当时，反应达到化学平衡 D．合成氨工业采用循环操作可降低氨的沸点 【答案】B 【详解】A．催化剂的作用是改变反应速率，缩短达到平衡的时间，但不会使化学平衡发生移动。因此，加入催化剂不会改变的平衡转化率，A项错误； B．根据反应方程式，每断裂键，会形成键。按比例换算，每断裂键，就会形成键，B项正确； C．反应速率关系始终成立，它表示反应速率之间的化学计量关系，与化学计量数一致，不能作为反应达到平衡的判断依据。只有当正、逆反应速率相等时，如，反应才达到平衡，C项错误； D．氨的沸点是由其分子间作用力等固有性质决定的，循环操作的目的是提高原料的利用率，并不会改变氨的沸点，D项错误； 故答案选B。 ▌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】（25-26高二上·广东·阶段检测）如图所示为工业合成氨的流程图。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③中“升温”既可以加快反应速率，也可以增大化学平衡常数 C．步骤④有利于提高原料的平衡转化率 D．步骤⑤的目的是将未反应的和循环再利用，提高和的利用率 【答案】B 【详解】A．工业合成氨中，原料气含有的杂质(如硫化物等)会导致催化剂中毒，步骤①“净化”可除去杂质，防止催化剂中毒，A正确； B．升温能提高反应物分子的能量，加快反应速率，但该反应是放热反应，升温平衡逆向移动，K值减小，B错误； C．步骤④液化分离，减小生成物浓度使平衡正向移动，提高原料的平衡转化率，C正确； D．步骤⑤将未反应的和重新返回反应系统，目的是循环再利用，D正确； 故选B。 【变式2-1】（25-26高二上·广东深圳·期中）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。下列说法正确的是 A．工业合成氨一般选择400~500℃是为了促进平衡正向移动 B．工业合成氨中未转化的合成气循环利用，可以提高反应物的利用率 C．一般选用铁触媒催化剂，可以显著提高反应速率和氨的产率 D．将生成的氨气及时液化分离，可促进平衡正向移动，加快反应速率 【答案】B 【详解】A．工业合成氨为放热反应，高温不利于放热反应的平衡转化率，因此选择400~500℃主要是为了催化剂活性及提高反应速率，提高单位时间内的效率，A错误； B．未转化的合成气（N2和H2）循环利用，可以提高反应物的利用率，B正确； C．铁触媒催化剂仅加快反应速率，缩短达到平衡的时间，但不会改变平衡状态，因此无法提高氨的产率，C错误； D．及时分离氨气可降低生成物浓度，促进平衡正向移动，但反应速率由反应物浓度决定，分离氨气后反应物浓度逐渐降低，正反应速率会减慢，因此“加快反应速率”的说法错误，D错误； 故答案为：B。 【变式2-2】（25-26高二上·广东佛山·期中）化学与社会、生产、生活密切相关，下列说法错误的是 A．将煤气化，有利于提供更多的能量，而且有效地减少温室气体的产生 B．工业上合成氨时将温度控制在400∼500℃ C．食品放入冰箱中，因为温度低，变质速率慢，所以食品能够保存较长时间 D．可用勒夏特列原理解释夏天打开啤酒盖喷出大量泡沫的现象 【答案】A 【详解】A．根据盖斯定律，将煤气化不会提供更多的能量，且燃烧仍生成CO2，未减少温室气体的产生，A错误； B．合成氨高温是为提高反应速率，虽不利于平衡但符合实际工业条件，B正确； C．低温降低变质反应速率，延长保存时间，所以食品放入冰箱中，能够将食品保存较长时间，C正确； D．啤酒中存在平衡，打开啤酒盖，减小压强，平衡正向移动，喷出大量泡沫，能用勒夏特列原理解释，D正确； 故答案选A。 【变式2-3】工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：。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 【详解】A．合成氨选择，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．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．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．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； 故答案选C。 ▌题型03 工业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】工业合成氨使用铁作催化剂，其作用是吸附N2和H2，使反应易于进行。过程中涉及的微观片段如图所示。下列说法正确的是 A．合成氨的过程为 a→c→d→b→e B．增加铁触媒用量可提高H2的平衡转化率 C．c→b过程需释放能量 D．合成氨时，应向体系中通入稍过量的H2 【答案】C 【分析】图中黑球表示氮原子，白球表示氢原子。a中氮气和氢气处于催化剂表面上方，d中反应物吸附在催化剂表面，c中化学键断裂形成吸附原子，b中形成吸附态氨，e中氨从催化剂表面脱附，因此反应历程为a→d→c→b→e。 【详解】A．由图中各微观片段的物质状态可知，反应历程应为a→d→c→b→e，A错误； B．增加铁催化剂用量只能加快正、逆反应速率，缩短达到平衡所需时间，不改变相同温度下的平衡状态，因而不能提高氢气的平衡转化率，B错误； C．c中氮原子和氢原子吸附在催化剂表面，转化为b中的吸附态氨时形成氮氢键，形成化学键会释放能量，C正确； D．工业合成氨通常使氮气稍过量，即氢气与氮气的物质的量之比略小于3∶1，以提高氢气的利用率，并非通入稍过量的氢气，D错误； 故选C。 【变式3-1】为了有效降低能耗，过渡金属催化还原氮气合成氨被认为是具有巨大前景的一种合成氨方法。催化过程一般有吸附—解离—反应—脱附等过程，图示为N2和H2在固体催化剂表面合成氨反应路径的势能面图(部分数据略)，其中“*”表示被催化剂吸附。回答下列问题： (1)从能量角度分析，催化剂的作用是___________。 (2)合成氨的热化学方程式为___________，反应在___________(填“低温”“高温”或“任意条件”)下可以自发进行。 (3)氨气的脱附是___________(填“吸热”或“放热”)过程。已知氮的吸附分解所需活化能最高，实际生产时适当提高N2的比例更能加快合成氨反应的进行，理由是___________。 (4)若向2 L恒容容器中充入1 mol 与足量充分反应，10 min时反应恰好达平衡状态，此时测得反应放热27.6 kJ，则0～10 min ___________mol·L-1·min-1，N2的平衡转化率为___________。 (5)仅从平衡移动角度分析，合成氨最适宜采用的条件是___________(填“高温高压”“高温低压”“低温高压”或“低温低压”)。 【答案】(1)降低反应的活化能 (2)   =-92 kJ·mol-1(或其他合理写法) 低温 (3) 吸热 适当提高氮气的比例可以保证氮气占有一定份额的催化剂活性中心并提高吸附速率 (4) 0.045 30% (5)低温高压 【详解】（1）催化剂可以降低反应所需的活化能，加快反应速率，故从能量角度分析，催化剂的作用是降低反应的活化能； （2）由图可得，反应生成所放出的热量为，故合成氨的热化学方程式为，合成氨反应，由反应自发进行条件可得，该反应在低温下可自发进行； （3）氨气的脱附过程中，由转变为，由图可得为吸热过程，在实际生产中，适当提高氮气的比例可以保证氮气占有一定份额的催化剂活性中心并提高吸附速率，更能加快合成氨反应的进行； （4）10 min时反应恰好达平衡状态，测得反应放热，即生成了，反应了与，故0～10 min ，的平衡转化率为； （5）合成氨反应为且反应前后气体体积减小的反应，故最适宜采用的低温高压的条件； 【变式3-2】合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径，其原理为：。请回答下列问题： (1)某化学研究性学习小组模拟工业合成氨的反应。在容积固定为的密闭容器内充入和，加入合适催化剂(体积可以忽略不计)后在一定温度压强下开始反应，其气体总物质的量随时间变化如下表： 反应时间/min 0 5 10 15 20 25 30 气体总物质的量/mol 4 3.52 3.3 3.16 3.06 3 3 则从反应开始到时，以表示的平均反应速率=______。 (2)合成氨反应，初始时氮气、氢气的体积比为1∶3，在相同催化剂条件下平衡混合物中氨的体积分数与温度、压强的关系如图所示。、、由大到小排序______；A、B两点的化学反应速率较大的是______(填“A点”或“B点”)。 (3)在合成氨工业中，要使氨的平衡产率增大，同时又能提高反应速率，可采取的措施有______(填编号)。 ①使用催化剂②恒温恒容，增大原料气和充入量 ③升高温度④恒温恒容，充入惰性气体使压强增大 (4)工业上可以利用氨气生产氢氰酸(HCN)的反应为：，在其他条件一定，该反应达到平衡时转化率随外界条件变化的关系如图所示，代表______(填字母代号)。 A．原料中与的体积比B．温度C．压强 (5)由合成甲醇是资源化利用的重要方法。涉及的主要反应如下： 反应Ⅰ： 反应Ⅱ： 起始按投料发生上述反应Ⅰ、Ⅱ，测的平衡转化率和的选择性()随温度、压强的变化如图所示。 已知： 时，和下的平衡转化率几乎交于一点的原因是______；，压强为时，反应Ⅱ的平衡常数______(保留2位有效数字，是以各物质的物质的量分数代入平衡常数表达式所得到的平衡常数)。 【答案】(1) (2) p1>p2>p3 B (3)② (4)C (5) 此时发生的反应以反应Ⅱ为主，反应Ⅱ反应前后气体分子数不变，压强改变对平衡几乎没有影响 0.061 【详解】（1）假设反应开始到25min时参加反应的氢气为xmol，由反应可得，参与反应的氢气物质的量与总气体减少量的关系为，则x=1.5，用氢气表示反应速率为； （2）合成氨的反应为反应前后气体分子数减小的反应，温度相同时，增大压强，平衡正移，氨气的体积分数会增大，则p1、p2、p3由大到小排序为p1>p2>p3；温度越高，压强越大，反应速率越大，B点的温度和压强都比A点大，则A、B两点化学反应速率较大的是B； （3）要使氨的平衡产率增大，则平衡应向正向移动，且要提高反应速率； ①使用催化剂，不能使氨的平衡产率增大； ②恒温恒容，增大原料气N2和H2充入量，相当于加压，可使得平衡向正向移动，使氨的平衡产率增大，反应速率也增大； ③合成氨的反应为放热反应，升高温度，平衡会逆移，氨的平衡产率会减小； ④恒温恒容，充入惰性气体Ar使压强增大，由于不改变反应物和生成物的浓度，对反应速率和化学平衡无影响； 故答案为②； （4）该反应达到平衡时NH3转化率随外界条件Y增大而减小； A．原料中CH4与NH3的体积比越大，NH3的平衡转化率会越大，则A不符合题意； B．反应的，为吸热反应，温度升高，反应平衡正移，NH3的平衡转化率会增大，则B不符合题意； C．反应为气体分子数增大的反应，增大压强，平衡逆移，NH3的平衡转化率会减小，C符合题意； 答案选C； （5）350℃时，在压强p1和p2下，CO2的平衡转化率几乎交于一点的原因是此时发生的反应以反应Ⅱ为主，压强改变对平衡几乎没有影响，故答案为：此时发生的反应以反应Ⅱ为主，反应Ⅱ反应前后气体分子数不变，压强改变对平衡几乎没有影响； 在250℃压强p2下，CO2的平衡转化率为40%，CH3OH的选择性为50%，设H2、CO2的起始量分别为3mol和1mol，则反应的CO20.4mol，反应Ⅰ生成CH3OH0.2mol、消耗CO20.1mol，反应Ⅱ生成CO0.2mol、消耗CO20.2mol，利用三段式可知：，，则平衡时，CO2、H2、CH3OH、H2O、CO的物质的量分别是0.6mol、2.2mol、0.2mol、0.4mol、0.2mol，混合气体总物质的量为3.6mol，则反应Ⅱ的平衡常数为，故答案为：0.061。 【变式3-3】工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。 (1)一定温度下，在恒容密闭容器中充入一定量的和发生反应：  ，下列证据不能说明反应一定达到化学平衡状态的是___________。 A．与的转化率相等 B．容器内气体的质量不再改变 C．容器内的压强不再改变 D．2v正(N2)=v逆(NH3) (2)合成氨生产流程示意图如下。 已知：在铁触媒上的吸附分解反应活化能高。 ①关于合成氨工艺的下列理解，正确的是___________。 A．合成氨反应S>0 B．控制温度(773K)远高于室温，是为了保证尽可能高的平衡转化率和较快的化学反应速率 C．当温度、压强一定时，在原料气(和的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率 D．基于有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行 E．分离空气可得，通过天然气和水蒸气转化可得，原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生 ②原料气中一般过量，原因为___________。 ③原料气中若混有可用铜氨液除去，  。吸收CO后的铜氨液经过适当处理可再生，其再生的适宜生产条件是___________。 (3)向一密闭容器中充入0.25 mol N2和0.75 mol H2，下图中的实验数据是在其它条件不变时，不同温度(200 ℃、400 ℃、600 ℃)、压强下，平衡混合物中的物质的量分数的变化情况。 ①曲线a对应的温度是___________。 ②点对应的的转化率为___________。 (4)对于合成氨反应而言，下列有关图像一定正确的是___________。(选填序号) A．        B．        C． 【答案】(1)AB (2) DE 易得，过量可提高的转化率；在铁触媒上的吸附分解反应活化能高，过量还可加快反应速率 高温、低压 (3) 200 ℃ (4)AB 【详解】（1）A．N2与H2的转化率相等，取决于起始投料比，与平衡无关，不能说明达到平衡，A错误； B．反应中所有物质都是气体，根据质量守恒，气体质量始终不变，不能说明达到平衡，B错误； C．反应前后气体物质的量变化(n≠0)，恒容下压强不再改变，说明物质的量不变，能说明达到平衡，C正确； D．2v正(N2)=v逆(NH3)，即v正：v逆=1：2，符合反应速率之比等于化学计量数之比，能说明达到平衡，D正确； 故选AB。 （2）①A．反应N2+3H22NH3是气体物质的量减小的反应，S<0，A错误； B．反应H<0，高温会降低平衡转化率，控制温度(773 K)是为了兼顾催化剂活性和反应速率，B错误； C．恒温恒压下，充惰性气体，容器体积增大，相当于减小压强，平衡逆向移动，平衡转化率降低，C错误； D．液化移走NH3，平衡正向移动，D正确； E．原料气中的杂质(如CO、S化合物)会使催化剂中毒，需净化处理，E正确； 故选DE； ②N2在铁触媒上的吸附分解活化能高，反应速率慢，N2容易获取，过量时可提高H2的转化率，同时保证反应速率； ③由题给热化学方程式可知，平衡逆移可促进铜氨液再生，该反应为气体分子数增大的放热反应，高温、低压条件可促进平衡逆移。 （3）①反应H<0，温度越低，NH3的物质的量分数越高，曲线a的NH3分数最高，故温度最低，为200 ℃； ②设M点NH3的物质的量为x mol，起始n(N2)=0.25 mol，n(H2)=0.75 mol，反应中存在关系：N2~3 H2~ 2NH3，结合平衡时NH3的物质的量分数为60%，可列式：，解得x=0.375，H2的转化率为。 （4）A．催化剂只加快反应速率，不改变平衡，故使用催化剂时达到平衡的时间短，但N2的转化率不变，A正确； B．反应H<0，温度T1<T2，则T1时平衡NH3体积分数更高，且T1时反应速率慢，达到平衡时间长，B正确； C．反应中N2、H2的浓度减小、NH3的浓度增大，且H2的变化量是NH3的1.5倍，C错误； 故选AB。 ▌题型04 工业生产中适宜条件的选择 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】工业上用黄铁矿(主要成分)制的浓硫酸的流程如下图。 (1)黄铁矿进入沸腾炉前需要粉碎，热空气从沸腾炉的下方通入，主要目的是________________。烧渣主要成分是，已知每生成能释放热量，写出沸腾炉中主反应的热化学方程式________________________________。 (2)接触室发生反应：。相同原料比，不同压强下，在和的平衡转化率曲线如图所示：由图可知，反应物键能总和和生成物键能总和相比，________(填“>”、“＜”或“=”)。结合图中数据和经济效益，接触室中控制的温度和压强是______________。 (3)接触室剖面结构如图所示，箭头代表气体流向，结合(2)的信息，下列说法正确的是________。 A．a处和的体积比大于 B．b处含量等于a处，温度高于a处 C．c处含量低于d处，温度高于d处 D．d处出来的气体只含和 (4)吸收塔用的浓硫酸吸收而不用水的原因是：水吸收形成酸雾，吸收慢；水吸收只能得到的稀硫酸，制备浓硫酸成本高；______________(再补充一个可能原因)。 (5)吸收塔尾气需要处理后排放，下列物质中不宜作尾气吸收剂的是________。 A．氯水 B．氢氧化钠溶液 C．氨水 D．碳酸氢钠溶液 【答案】(1) 增大固体与气体的接触面积，加快反应速率，使反应更充分 (2) 常压、 (3)BC (4)的浓硫酸吸收不易形成酸雾，吸收效率高 (5)A 【分析】黄铁矿和通入的空气在沸腾炉中高温反应生成氧化铁和二氧化硫，二氧化硫进入接触室，在催化剂表面发生氧化反应生成三氧化硫，三氧化硫被浓硫酸吸收得到发烟硫酸，据此分析； 【详解】（1）将黄铁矿粉碎并从下方通入热空气，可以使固体颗粒悬浮在气流中呈“沸腾”状态，这大大增大了固体与气体的接触面积，从而加快反应速率，并使黄铁矿燃烧更充分。沸腾炉中发生的反应为与反应生成和，配平后的化学方程式为：。已知每生成释放热量，则生成释放的热量为。因此，该反应的热化学方程式为：； （2）由图可知，在相同压强下，温度从升高到时，的平衡转化率降低，说明升高温度平衡逆向移动，正反应为放热反应，即。化学反应的焓变，故。从图中可以看出，在常压（）和时，的转化率已经很高（接近）。若再增大压强，转化率提升极小，但会大幅增加设备制造成本和动力消耗；若改变温度，过高会降低转化率，过低则催化剂活性不高、反应速率慢。因此，综合考虑转化率、催化剂活性及经济效益，接触室中控制的条件是常压、； （3）A．工业上为了提高的转化率，通常通入过量的氧气，实际生产中a处和的体积比小于，A错误； B．a处的冷气体经过热交换器吸收了催化剂层反应放出的热量后到达b处，此过程未接触催化剂，未发生化学反应，故b处含量等于a处，但温度高于a处，B正确； C．c处气体只经过了第一层催化剂的反应，转化尚未达到最终状态，而d处气体经过了多层催化剂的反应，转化率更高，故c处含量低于d处；同时，c处刚经过剧烈的放热反应，温度较高，为了使后续反应平衡正向移动，气体需经热交换器降温后再进入下一层，故c处温度高于d处，C正确； D．该反应为可逆反应，反应物不可能完全转化，且通入的空气中含有大量不参与反应的，因此d处出来的气体除了和外，还含有未反应的以及大量的等，D错误； 故选BC； （4）用水吸收时，反应会放出大量的热，导致水汽化形成酸雾，阻碍的进一步吸收，导致吸收效率低。而使用的浓硫酸吸收时，由于其沸点高、蒸气压低，不易形成酸雾，能够使被充分吸收，吸收效率高； （5）吸收塔尾气主要含有； A．氯水虽然能氧化吸收，但氯水本身含有挥发性的有毒气体，容易造成二次污染，且腐蚀性强，不宜作工业尾气吸收剂，A符合题意； B．氢氧化钠溶液能与反应生成亚硫酸钠等，可作吸收剂，B不符合题意； C．氨水能吸收生成亚硫酸铵等，产物可用于制备化肥，可作吸收剂，C不符合题意； D．碳酸氢钠溶液能与反应生成二氧化碳和亚硫酸钠，可作吸收剂，D不符合题意。 故选A。 【变式4-1】（25-26高二上·广东茂名·期中）回答下列问题。 (1)已知下列反应的热化学方程式： ①   ②   ③   ⅰ．反应①中，正反应活化能________逆反应活化能(填“大于”“小于”或“等于”)。 ⅱ．反应③的平衡常数表达式________，________(用含、的式子表示) (2)硫酸在国民经济中占有极其重要的地位，下图是工业接触法制硫酸的简单流程图，回答下列有关问题。 ①生产时先将黄铁矿粉碎再投入沸腾炉，目的是________。 ②一定温度下，在容积固定的密闭容器中发生反应：。下列选项能充分说明此反应已达到平衡状态的是________。 A．密闭容器中、的物质的量之比为 B．密闭容器中压强不随时间变化而变化 C． D．密闭容器中混合气体的平均相对分子质量不随时间变化而变化 ③在实际生产过程中，控制进入接触室的气体中的体积分数是体积分数的倍，其目的是：________。 ④实验测得反应中平衡转化率与温度、压强有关，请根据下表信息，结合工业生产实际，选择最合适的生产条件是________。(注：约等于个大气压)         压强/MPa 温度/℃ 0.1 0.5 1 10 400 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% 【答案】(1)大于 (2)增大黄铁矿与空气（或氧气）的接触面积，加快反应速率，使燃烧更充分，提高原料利用率 BD 增大反应物的浓度，使平衡向正反应方向移动，从而提高的转化率 、 【详解】（1）ⅰ. 已知反应①的，为吸热反应，吸热反应的正反应活化能大于逆反应活化能； ⅱ. 反应③中， 的状态为液态（），不代入平衡常数表达式，故平衡常数 ； 根据盖斯定律，要得到目标反应③，可将反应②乘以2，再减去反应①：，即得到目标方程式，故 ； （2）①将黄铁矿粉碎投入沸腾炉，目的是增大固气接触面积，从而加快反应速率，使反应更加充分，提高原料的利用率； ②A．密闭容器中 、 物质的量之比为 为某一时刻的特定状态，不能说明正逆反应速率相等或各组分浓度不再改变，无法判定平衡，A错误； B．该反应是一个正向气体分子数减少的反应，在恒容密闭容器中，压强随反应正向进行而减小，当压强不变时，说明各物质的物质的量不再变化，反应达到了平衡状态，B正确； C．达到平衡时，正逆反应速率之比应等于化学计量数之比，即 ，而 不符合前等式中的关系，C错误； D．反应过程中气体总质量不变，但气体总物质的量在不断减小，因此平均相对分子质量随之增大，当平均相对分子质量不再变化时，说明达到了平衡状态，D正确； 故答案选BD； ③在可逆反应中，增加相对廉价的空气（提供 ）的量，可以促使化学平衡向正反应方向移动，从而提高成本较高的的转化率，提高生产的经济效益； ④由表中数据可知，在、时，的转化率已经高达，若再增大压强，转化率的提升幅度非常有限，却会对设备的抗压性能提出极高要求，从而大幅增加设备成本和动力消耗；若再升高温度，转化率反而下降，因此结合工业生产实际，最合适的生产条件是、。 【变式4-2】优化反应条件是研究化学反应的重要方向。 (1)以硫代硫酸钠与硫酸的反应为例，探究外界条件对化学反应速率的影响，实验方案如表所示。 实验序号 溶液 溶液 蒸馏水 温度/℃ 浓度/() 体积 浓度/() 体积 体积 Ⅰ 10 20 Ⅱ 9 a Ⅲ b 9 30 ①表中，a为_____，b为_____。 ②实验表明，实验Ⅲ的反应速率最快，支持这一结论的实验现象为____________。 ③硫代硫酸钠可用于从含氧化银的矿渣中浸出银，反应如下： 在实际生产中，为了提高银的浸出率需要调节的范围为，解释其原因：_______________。 (2)工业上常用空气催化氧化法除去电石渣浆(含)上清液中的，并制取石膏()，其中的物质转化过程如图所示。 ①过程Ⅰ、Ⅱ中，起催化剂作用的物质是__________。 ②过程Ⅱ中，反应的离子方程式为____________________。 【答案】(1) 20 2.5 实验Ⅲ中出现浑浊所需时间最短 若pH小于8.5，H+浓度较大，H+与反应使浓度减小，不利于反应正向进行，浸出率下降；若pH大于9.5，OH-浓度较大，不利于反应正向进行，浸出率下降 (2)Mn(OH)2 2S2-+9H2O+4=+4Mn(OH)2+10OH- 【详解】（1）①探究反应速率的影响因素遵循控制变量的思想，实验I和实验Ⅱ中溶液的体积不同，则温度应相同，a为20；结合蒸馏水用量，每组实验应保持总体积不变，则应通过实验Ⅱ和实验Ⅲ对比得出结论，因此反应物用量Ⅲ和Ⅱ一致且温度不同，b为2.5； ②根据反应可知，能表现出反应快慢的现象是产生硫沉淀的速度，硫沉淀出现越快表明反应速率越快，能表明实验Ⅲ的反应速率最快的实验现象为出现浑浊所需时间最短； ③为可逆反应，若pH小于8.5，H+浓度较大，H+与反应使浓度减小，不利于反应正向进行，浸出率下降；若pH大于9.5，OH-浓度较大，不利于反应正向进行，浸出率下降； （2）①催化剂是在反应中参加反应，然后又生成的物质，根据过程I、Ⅱ中的转化关系，起催化剂作用的物质是Mn(OH)2； ②根据图示，过程Ⅱ中S2-与发生氧化还原反应，根据得失电子守恒和物料守恒，离子反应为2S2-+9H2O+4=+4Mn(OH)2+10OH-。 【变式4-3】（25-26高二下·广东汕头·期末）尿素［］热解制备并利用进行脱硝反应(与反应)是科研领域的一个研究方向。回答下列问题： Ⅰ．和混合热解制备时，发生如下反应： ⅰ．   ⅱ．   (1)已知、的燃烧热()分别为、，则的燃烧热__________。 (2)工业上将与混合，以一定流速通过管式反应器发生反应ⅰ和ⅱ。气体通过反应器时间为，测得反应器出口相关物质的转化率及浓度随温度的变化如图所示。回答以下问题： ①时，内，的生成速率_________；的转化率约为__________(保留3位有效数字)。 ②温度高于，的转化率随温度的升高而增大，解释其原因：____________________。 (3)一定温度和压强下，向某密闭容器中加入一定量的和发生反应ⅰ和ⅱ。体系达平衡时，测得体系中，，。 ①反应ⅰ的平衡常数__________(用含a、b、c的代数式表示)。 ②下列操作一定可以提高上述平衡体系中浓度的是__________(填字母)。 A．缩小容器容积　　B．升高温度　　C．加入更高效催化剂　　D．分离出部分 Ⅱ．利用进行脱硝反应时发生如下反应： 主反应ⅲ． ⅳ． 副反应ⅴ．     ⅵ． (4)实验表明，其他条件一定时，去除率(R)随氨氮比［，c代表反应器入口相关气体的浓度]的变化如图。当时，去除率为负值，可能原因为：主要发生反应ⅲ，同时反应ⅴ进行的程度_____反应ⅳ进行的程度，导致出口浓度高于进口浓度。(填“>”或“<”) 【答案】(1)-646.3 (2) 11.8% 温度高于时，反应ⅰ已进行完全，升高温度，反应ⅱ的速率加快 (3) AD (4)> 【详解】（1）根据盖斯定律计算： 写出燃烧热的热化学方程式： ① ； ② ； 结合③ ；可知HNCO的燃烧反应可由①-②-③得到， 故HNCO的燃烧热。 （2）由图可知，时，反应时间，则； 该条件下尿素转化率已达到，设生成的总浓度为，剩余浓度为，总浓度，解得，转化率； ② 升高温度，反应ⅱ速率加快，相同停留时间内反应未达到平衡，温度升高速率加快，转化量增加，因此转化率升高。 （3）反应ⅱ生成的，说明消耗的，生成的； 总浓度反应ⅰ生成的，故反应ⅰ生成总浓度为，平衡时浓度；反应ⅰ的平衡常数； A．缩小容器容积，体积减小，平衡逆向移动，但勒夏特列原理说明浓度仍比原平衡大，浓度升高，A正确； B．总反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，浓度降低，B错误； C．催化剂不改变平衡浓度，C错误； D．分离产物，反应ⅱ平衡正向移动，浓度增大，D正确； 故选AD。 （4）去除率为负值，说明出口浓度大于进口，即反应ⅴ（生成）的进行程度大于反应ⅳ（消耗）的进行程度。 / 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 $