2.4 化学反应的调控（3大题型，举一反三题型专练，浙江专用）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 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_______反应。 (3)体积变化(熵变)：ΔS<0，正反应是气体体积_______的反应。 (4)焓变：ΔH<0，是_______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 ______________ ______________ 温度 ______________ ______________ 催化剂 ______________ ______________ 浓度 _______反应物浓度 _______反应物浓度，_______生成物浓度 3．数据分析 根据教材表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。 【典例01】(2026·浙江嘉兴八校联盟高二期中)传统的Haber—Bosch法目前仍是合成氨的主要方式，反应原理为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)  ΔH＜0，反应条件为高温高压、催化剂，下列有关合成氨反应的说法正确的是( ) A．加入适宜催化剂，增大了反应物分子中活化分子的百分数 B．合成氨条件选择中，压强越大越好，有利于提高NH3产率 C．将氨气及时液化分离，可加快速率 D．升高温度，使正反应速率增大，逆反应速率减小 【变式1-1】(2025· 浙江省温州环大罗山联盟高二期中)合成氨工业中采用循环操作，主要原因是( ) A．降低氨的沸点 B．提高氮气和氢气的利用率 C．增大化学反应速率 D．提高平衡混合物中氨的含量 【变式1-2】(2026·浙江金华高二期中)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1-3】(2026·湖北卷，11，3分)在温和条件下，N2、H2O和CO在Au/α-MoC催化下直接反应合成NH3，反应机理如图(*表示吸附态)。 下列说法错误的是( ) A．氨的合成反应方程式为N2+3CO+3H2O2NH3+3CO2 B．增大催化剂的表面积会提高NH3的平衡产率 C．温度升高不一定有利于NH3的生成 D．过程促进催化剂活性的恢复 ▌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 ______________MPa 温度 ______________ ℃ 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02】(2026·浙江湖州高二期末)下图为工业合成氨的流程图，下列说法不正确的是( ) A．对原料气进行干燥净化处理的目的是防止催化剂中毒 B．热交换过程提高了能量的利用率 C．工业上采用高温高压的条件生产氨气，符合勒夏特列原理 D．合成氨工业中采用循环操作主要是为了提高氮气和氢气的利用率 【变式2-1】(2025·浙江省第一届NBchem三模)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 【变式2-2】(2025·浙江省宁波市高三二模)研究发现，铁粉球磨法可实现温和条件(45℃、101kPa)合成氨：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0，其反应过程如图所示，氨的体积分数可高达82.5%。 下列说法不正确的是( ) A．采用高压条件有利于提高球磨法合成氨的氨产率和经济效益 B．合成氨反应ΔH＜0、ΔS＜0，常温常压下能自发反应 C．过程Ⅰ铁粉球磨活化后产生的缺陷越多，反应速率越快 D．过程Ⅱ中N≡N断裂所需能量来自机械碰撞 【变式2-3】(2025·浙江省台州市十校联盟高二期中)N2和H2生成NH3的反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝-92.4kJ·mol−1，其中，N2的分解反应活化能高，反应速率慢，决定了合成氨的整体反应速率，请回答下列问题： (1)该反应自发的条件是： 。 (2)有利于提高合成氨平衡产率的条件有： 。 A．低温  B．高温 C．低压 D．高压 E．催化剂 (3)实际生产中，常用铁触媒作催化剂，控制温度为773K左右，压强为，原料气中N2和H2的物质的量之比为1：2.8，分析说明原料气中N2过量的两个理由： 。 (4)关于合成氨工艺的说法，正确的是 。 A．工业上获取N2一般是采用分离液态空气法 B．工业上获取H2一般是采用电解水的方式 C．原料气先通过净化是为了防止催化剂中毒 D．该反应温度控制在400-500℃之间，主要是考虑平衡时反应物的转化率 E．热交换的目的是充分利用热量减少能耗，并且有利于下一步氨气的分离 ▌题型03 工业生产中适宜生产条件的选择 1．选择化工生产适宜条件的分析角度 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_______率，从而降低生产成本 从实际生产能力分析 如设备承受_______、_______能力等 从催化剂使用活性分析 注意_______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 2．工业生产中选择适宜生产条件的原则 外界 条件 有利于增大速率的条件控制 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，_______生成物的浓度 不断地补充反应物，及时地分离出_______ 催化剂 加合适的催化剂 不需要 加合适的_______ 温度 高温 ΔH<0 低温 兼顾速率和平衡，考虑催化剂的______________ 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_______ 压强 高压(有气 体参加) 气体体积减小 高压 在设备条件允许的前提下，尽量采取_______ 气体体积增大 低压 兼顾速率和平衡，选取适宜的_______ 【典例03】(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 【变式3-1】(2026·浙江温州高二期末)化学与生产、生活息息相关，下列说法正确的是( ) A．Fe2O3(g)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g) ΔH＜0，达到平衡后，压缩容器体积，混合气体密度不变 B．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0，实际生产中利用液化除氨增大反应的限度 C．2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0，为提高SO3产率，工业生产选择的条件是400-500℃、高压 D．4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＜0，平衡后，升高温度，对正反应的速率影响更大 【变式3-2】(2019年11月浙江选考)已知：2SO2(g)+ O2(g) 2SO3(g) △H =-197.8kJ•mol—1。起始反应物为SO2和 O2(物质的量之比为2：1，且总物质的量不变)SO2的平衡转化率(%)随温度和压强的变化如下表，下列说法不正确的是( ) 温度/K 压强/(105Pa) 1.01 5.07 10.1 25.3 50.7 673 99.2 99.6 99.7 99.8 99.9 723 97.5 98.9 99.2 99.5 99.6 773 93.5 96.9 97.8 98.6 99.0 A．一定压强下降低温度，SO2的转化率增大 B．在不同温度、压强下，转化相同物质的量的SO2所需要的时间相等 C．使用催化剂可以缩短反应达到平衡所需的时间 D．工业生产通常不采取加压措施是因为常压下SO2的转化率已相当高 【变式3-3】(2025· 浙江省温州环大罗山联盟高二期中)可逆反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)是工业上制取H2SO4的重要反应。 (1)判断反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)能自发进行的条件并说明理由： 。 (2)向四个体积相同的密闭容器中分别充入一定量的SO2和O2，开始反应时，按反应速率由大到小排列的是__________(填字母)。 甲：在500℃时，10molSO2和10molO2反应 乙：在500℃时，用V2O5作催化剂，10molSO2和10 molO2反应 丙：在450℃时，8molSO2和5 molO2反应 丁：在500℃时8molSO2和5 molO2反应 A．甲、乙、丙、丁 B．乙、甲、丙、丁 C．乙、甲、丁、丙 D．丁、丙、乙、甲 (3)V2O5催化氧化SO2的反应过程可分为三步，请写出步骤II的化学方程式： 步骤：V2O5+SO2=V2O4+SO3。 步骤II： 。 步骤III：2VOSO4=V2O5+SO2+SO3。 (4)某温度下，假设进入接触室内SO2的物质的量恒定。当充入SO2和O2的物质的量之比为，反应达到平衡时压强减少；保持温度不变欲使SO2的平衡转化率提高到，则O2和SO2的物质的量之比应为 (结果保留1位小数)。 (5)下表为不同温度和压强下反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)中SO2的转化率(%)。 p/Pa T/℃ 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 实际生产中，采用的压强为常压，其原因是 。 第 1 页 共 7 页 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01】A 举一反三 【变式11】B 【变式1-2】C 【变式1-3】B 题型02工业合成氨适宜的条件 E 典例精析 【典例02】C 三举一反目 【变式21】C 【变式2-2】A 【变式2-3】1)低温自发 (2)AD (3)N断键是决速步，适量提高N的浓度可以提高整体的化学反应速率、适量提高N的浓度可以提高 H的转化率 (4)ACE 题型03工业生产中适宜生产条件的选择 典例精析 【典例03】D 第1页共2页 可学科网 www.zxxk.com 让教与学更高效 举一反三 【变式3-1】B 【变式32】B 【变式33】1)由于该反应△H<0、△S<0,因此该反应在低温能自发进行 (2)C (3)V04+O2+2S02-2V0S04 (4)3.5 (⑤)常压时转化率已经很高，再加压得不偿失（或不经济或成本升高） 第2页共2页 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 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 根据教材表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01】(2026·浙江嘉兴八校联盟高二期中)传统的Haber—Bosch法目前仍是合成氨的主要方式，反应原理为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)  ΔH＜0，反应条件为高温高压、催化剂，下列有关合成氨反应的说法正确的是( ) A．加入适宜催化剂，增大了反应物分子中活化分子的百分数 B．合成氨条件选择中，压强越大越好，有利于提高NH3产率 C．将氨气及时液化分离，可加快速率 D．升高温度，使正反应速率增大，逆反应速率减小 【答案】A 【解析】A项，催化剂通过降低活化能，使更多分子成为活化分子，增加活化分子百分数，A正确；B项，增大压强虽有利于提高产率，但实际生产中需考虑设备承受能力和成本，并非越大越好，B错误；C项，分离氨气会减少生成物浓度，促使平衡右移，但反应速率由反应物浓度决定，分离不会加快速率，C错误；D项，升温同时增大正、逆反应速率，但逆反应速率(吸热方向)增幅更大，D错误；故选A。 【变式1-1】(2025· 浙江省温州环大罗山联盟高二期中)合成氨工业中采用循环操作，主要原因是( ) A．降低氨的沸点 B．提高氮气和氢气的利用率 C．增大化学反应速率 D．提高平衡混合物中氨的含量 【答案】B 【解析】A．一定温度和压强条件下，氨气的沸点是固有的属性，不会因为循环操作而改变，A不符合题意；B．合成氨工业采用循环操作，主要是为了提高氮气和氢气浓度，使反应平衡向正向移动，从而可提高氮气和氢气的利用率，提高经济效益和产率，B符合题意；C．采用循环操作，可提高反应物的浓度，同时提高反应速率，但不是主要原因，C不符合题意；D．合成氨工业采用循环操作的主要目的是提高反应物N2、H2的利用率，但不会提高平衡体系中氨的含量，D不符合题意；故答案选B。 【变式1-2】(2026·浙江金华高二期中)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 【解析】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。A项，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项，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项，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项，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1-3】(2026·湖北卷，11，3分)在温和条件下，N2、H2O和CO在Au/α-MoC催化下直接反应合成NH3，反应机理如图(*表示吸附态)。 下列说法错误的是( ) A．氨的合成反应方程式为N2+3CO+3H2O2NH3+3CO2 B．增大催化剂的表面积会提高NH3的平衡产率 C．温度升高不一定有利于NH3的生成 D．过程促进催化剂活性的恢复 【答案】B 【解析】A项，反应物为N2、H2O、CO，生成物为NH3、CO2，所给方程式原子守恒、符合反应事实，A正确；B项，催化剂只改变反应速率，不影响化学平衡，增大催化剂表面积只能加快反应速率，不能提高NH3的平衡产率，B错误；C项，若该反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，且温度过高可能导致催化剂失活，因此温度升高不一定有利于NH3的生成，C正确；D项，过程b中CO与催化剂表面吸附的O*反应生成CO2脱附，释放催化剂活性位点，促进催化剂活性的恢复，D正确；故选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02】(2026·浙江湖州高二期末)下图为工业合成氨的流程图，下列说法不正确的是( ) A．对原料气进行干燥净化处理的目的是防止催化剂中毒 B．热交换过程提高了能量的利用率 C．工业上采用高温高压的条件生产氨气，符合勒夏特列原理 D．合成氨工业中采用循环操作主要是为了提高氮气和氢气的利用率 【答案】C 【解析】氮气和氢气经过干燥净化，通过压缩机加压到10~30MPa，通过热交换进入反应室，在催化剂作用下合成氨气，产生的气体经过冷却分离出液态氨气，剩余的氮气和氢气循环使用。A项，干燥净化的目的是去除原料气中的杂质(如硫化物等)，防止杂质使铁触媒中毒，A正确；B项，热交换可利用反应后的高温气体预热原料气(节约能源)，同时冷却含氨气的混合气体，利于氨气液化分离，提高了能量的利用率，B正确；C项，升高温度会降低平衡转化率，不完全符合勒夏特列原理，C错误；D项，循环操作能将未反应的氢气和氮气重新送入反应器，提高原料利用率，D正确；故选C。 【变式2-1】(2025·浙江省第一届NBchem三模)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。 【变式2-2】(2025·浙江省宁波市高三二模)研究发现，铁粉球磨法可实现温和条件(45℃、101kPa)合成氨：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0，其反应过程如图所示，氨的体积分数可高达82.5%。 下列说法不正确的是( ) A．采用高压条件有利于提高球磨法合成氨的氨产率和经济效益 B．合成氨反应ΔH＜0、ΔS＜0，常温常压下能自发反应 C．过程Ⅰ铁粉球磨活化后产生的缺陷越多，反应速率越快 D．过程Ⅱ中N≡N断裂所需能量来自机械碰撞 【答案】A 【解析】A项，采用高压条件有利于提高球磨法合成氨的氨产率，成本增大不利于提供经济效益，A错误；B项，根据ΔG=ΔH-TΔS<0反应可自发进行，合成氨反应ΔH＜0、ΔS＜0，常温常压下能自发反应，B正确；C项，过程Ⅰ铁粉球磨活化后产生的缺陷越多，N2的吸附率越高，反应速率越快，C正确；D项，由图示可知，过程Ⅱ中N≡N断裂所需能量来自机械碰撞，D正确；故选A。 【变式2-3】(2025·浙江省台州市十校联盟高二期中)N2和H2生成NH3的反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝-92.4kJ·mol−1，其中，N2的分解反应活化能高，反应速率慢，决定了合成氨的整体反应速率，请回答下列问题： (1)该反应自发的条件是： 。 (2)有利于提高合成氨平衡产率的条件有： 。 A．低温  B．高温 C．低压 D．高压 E．催化剂 (3)实际生产中，常用铁触媒作催化剂，控制温度为773K左右，压强为，原料气中N2和H2的物质的量之比为1：2.8，分析说明原料气中N2过量的两个理由： 。 (4)关于合成氨工艺的说法，正确的是 。 A．工业上获取N2一般是采用分离液态空气法 B．工业上获取H2一般是采用电解水的方式 C．原料气先通过净化是为了防止催化剂中毒 D．该反应温度控制在400-500℃之间，主要是考虑平衡时反应物的转化率 E．热交换的目的是充分利用热量减少能耗，并且有利于下一步氨气的分离 【答案】(1)低温自发 (2)AD (3)N2断键是决速步，适量提高N2的浓度可以提高整体的化学反应速率 、 适量提高N2的浓度可以提高H2的转化率 (4)ACE 【解析】(1)当ΔG=ΔH-TΔS＜0时反应能自发，由题目可知该反应的ΔH＜0、ΔS＜0，要使ΔG＜0反应自发，需要条件为：低温。 (2)对反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝-92.4kJ·mol−1， 要提高合成氨平衡产率，需要平衡向右移动，则下列措施可行的有：A．低温：该反应放热，降低温度平衡向右移动，有利于提高合成氨平衡产率，A符合题意；B．高温：该反应放热，升高温度平衡向左移动，不利于提高合成氨平衡产率，B不符合题意；C．低压：该反应为气体体积减小的反应，降低压强平衡向左移动，不利于提高合成氨平衡产率，C不符合题意；D．高压：该反应为气体体积减小的反应，增大压强平衡向右移动，有利于提高合成氨平衡产率，D符合题意；E．催化剂：催化剂不影响平衡的移动，所以无法改变合成氨平衡产率，E不符合题意；故选AD。 (3)在合成氨工业中，N2的制备要比H2的制备容易，成本更低，适量提高N2有利于提高H2的转化率，节约成本；同时N2的稳定性也比H2强，断开N≡N键比H2难，适量提高N2有利于提高N2的断键比率，提升合成氨的速率。 (4)A．工业上获取N2一般是采用分离液态空气法：合成氨工业中的N2一般是采用分离液态空气来获得的，A正确；B．工业上获取H2一般是采用电解水的方式：合成氨工业中的H2一般是采用从水煤气中分离或由甲烷与水蒸气反应制取分离，B错误；C．原料气先通过净化是为了防止催化剂中毒：合成氨原料气中常常含有CO、CO2等杂质，这些杂质会导致催化剂中毒，从而降低其活性甚至使其失去作用，所以要先通过净化除去杂质气体，C正确；D．该反应温度控制在400-500℃之间，主要是考虑平衡时反应物的转化率：合成氨为放热反应，高温平衡向左移动，不利于氨气的产率，但实际生产中却采用了400-500℃，考虑是应该是高温下的反应速率，这样有利于提高单位时间内氨气的产量，D错误；E．热交换的目的是充分利用热量减少能耗，并且有利于下一步氨气的分离：合成氨为放热反应，而反应温度又为400-500℃，将混合气体进行热交换可以充分利用反应放出的热量对反应气体进行预热来减少能耗，E正确；故选ACE。 ▌题型03 工业生产中适宜生产条件的选择 1．选择化工生产适宜条件的分析角度 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 2．工业生产中选择适宜生产条件的原则 外界 条件 有利于增大速率的条件控制 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) 气体体积减小 高压 在设备条件允许的前提下，尽量采取高压 气体体积增大 低压 兼顾速率和平衡，选取适宜的压强 【典例03】(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。 【变式3-1】(2026·浙江温州高二期末)化学与生产、生活息息相关，下列说法正确的是( ) A．Fe2O3(g)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g) ΔH＜0，达到平衡后，压缩容器体积，混合气体密度不变 B．N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0，实际生产中利用液化除氨增大反应的限度 C．2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0，为提高SO3产率，工业生产选择的条件是400-500℃、高压 D．4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g) ΔH＜0，平衡后，升高温度，对正反应的速率影响更大 【答案】B 【解析】A项，该反应左右气体计量数相等，压缩容器体积平衡不移动，但容器体积减小，混合气体总质量不变，根据可知密度增大，A错误；B项，液化分离出NH3，生成物浓度减小，平衡正向移动，可增大反应限度，B正确；C项，该反应常压下SO2转化率已经很高，高压会大幅增加设备成本，工业生产采用常压而非高压，C错误；D项，该反应ΔH＜0，正反应放热、逆反应吸热，升高温度对吸热的逆反应速率影响更大，D错误；故选B。 【变式3-2】(2019年11月浙江选考)已知：2SO2(g)+ O2(g) 2SO3(g) △H =-197.8kJ•mol—1。起始反应物为SO2和 O2(物质的量之比为2：1，且总物质的量不变)SO2的平衡转化率(%)随温度和压强的变化如下表，下列说法不正确的是( ) 温度/K 压强/(105Pa) 1.01 5.07 10.1 25.3 50.7 673 99.2 99.6 99.7 99.8 99.9 723 97.5 98.9 99.2 99.5 99.6 773 93.5 96.9 97.8 98.6 99.0 A．一定压强下降低温度，SO2的转化率增大 B．在不同温度、压强下，转化相同物质的量的SO2所需要的时间相等 C．使用催化剂可以缩短反应达到平衡所需的时间 D．工业生产通常不采取加压措施是因为常压下SO2的转化率已相当高 【答案】B 【解析】A项，由表格数据及勒夏特列原理知，针对放热反应，一定压强下降低温度，平衡正向移动，反应物SO2的转化率增大，A正确；B项，由于在不同温度、压强下，化学反应速率不一定相等，故转化相同物质的量的SO2所需要的时间不一定相等，B错误；C项，催化剂对化学平衡移动无影响，但可以缩短到达平衡所花的时间，C正确；D项，由图中数据可知，不同温度下，1.01×105Pa(常压)下SO2的转化率分别为99.2%，97.5％，93.5％，已经相当高了，且加压后转化率升高并不明显，所以没有必要通过加压提高转化率，D正确。故选B。 【变式3-3】(2025· 浙江省温州环大罗山联盟高二期中)可逆反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)是工业上制取H2SO4的重要反应。 (1)判断反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)能自发进行的条件并说明理由： 。 (2)向四个体积相同的密闭容器中分别充入一定量的SO2和O2，开始反应时，按反应速率由大到小排列的是__________(填字母)。 甲：在500℃时，10molSO2和10molO2反应 乙：在500℃时，用V2O5作催化剂，10molSO2和10 molO2反应 丙：在450℃时，8molSO2和5 molO2反应 丁：在500℃时8molSO2和5 molO2反应 A．甲、乙、丙、丁 B．乙、甲、丙、丁 C．乙、甲、丁、丙 D．丁、丙、乙、甲 (3)V2O5催化氧化SO2的反应过程可分为三步，请写出步骤II的化学方程式： 步骤：V2O5+SO2=V2O4+SO3。 步骤II： 。 步骤III：2VOSO4=V2O5+SO2+SO3。 (4)某温度下，假设进入接触室内SO2的物质的量恒定。当充入SO2和O2的物质的量之比为，反应达到平衡时压强减少；保持温度不变欲使SO2的平衡转化率提高到，则O2和SO2的物质的量之比应为 (结果保留1位小数)。 (5)下表为不同温度和压强下反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)中SO2的转化率(%)。 p/Pa T/℃ 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 实际生产中，采用的压强为常压，其原因是 。 【答案】(1)由于该反应ΔH＜0、ΔS＜0，因此该反应在低温能自发进行 (2)C (3)V2O4+O2+2SO2=2VOSO4 (4)3.5 (5)常压时转化率已经很高，再加压得不偿失(或不经济或成本升高) 【解析】(1)反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)为放热反应，即ΔH＜0，且气体数目减小，ΔG＜0，因此该反应低温条件下就能自发正向反应； (2)A．丙中物质浓度最小、温度最低，也没有催化剂，所以丙条件下反应最慢，故A错误；B．对比单一变量，丁的反应速率小于丙的反应速率，故B错误；C．乙和甲相比，多了催化剂，所以乙中的反应速率大于甲；甲和丁温度相同，甲中反应物浓度更大，所以甲的反应速率大于丁；丁和丙反应物浓度相等，丁中的温度大于丙，所以丁的反应速率大于丙，因此反应速率由快到慢的顺序为乙＞甲＞丙＞丁，故C正确；D．乙的反应速率最快，故D错误；故选C； (3)总反应为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，则反应II为总反应-反应I-反应III= V2O4+O2+2SO2=2VOSO4； (4)当充入SO2和O2的物质的量之比为1：1，反应达到平衡时压强减少，利用三段式的方法进行计算，过程如下： 设容器体积为VL，反应达到平衡时压强减少，此时气体总物质的量为初始时的80%，即 (x-2y)+(x-y)+2y=(x+x)×80%，解得y=0.4x，可计算出该温度下的K=L•mol-1；保持温度不变欲使SO2的平衡转化率提高到90%，重新计算过程如下： 此时SO2的平衡转化率α=×100%=90%，则a=0.45x，该温度下平衡常数不变，K==L•mol-1，解得z=3.4875x； (5)由图表信息可知，常压下该反应SO2的平衡转化率已经很高，继续加压，对平衡转化率的影响较小，此时加压对设备的要求反而变高，导致生产成本上升，不利于降本增效。 第 1 页 共 7 页 学科网(北京)股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $