第06讲化学反应的调控-2023年新高二化学暑假讲义习题（人教版2019选择性必修1）

第06讲化学反应的调控1.变化观念与平衡思想：知道如何应用化学反应速率和化学平衡分析合成氨的适宜条件，体会应用化学原理分析化工生产条件的思路和方法。2.科学态度与社会责任：认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要应用，探索最适宜的化工生产条件。一、合成氨反应的原理分析1．合成氨反应的特点合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。已知298K时：ΔH＝－92.4kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1。(1)自发性：常温(298K)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，降低生成物浓度根据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。【归纳总结】选择适宜工业生产条件的流程(1)分析反应特点。主要分析反应的方向性、可逆性、反应热和熵变等。(2)原理分析。根据反应特点，利用影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析增大反应速率、提高原料转化率的反应条件。(3)根据实验数据进一步分析反应条件，确定适宜条件的范围及催化剂的筛选。(4)根据工业生产的实际情况、经济效益及环保要求等最终确定适宜的条件。二、工业合成氨的适宜条件1．问题讨论(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10～30MPa。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30MPa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。2．工业合成氨的适宜条件外部条件工业合成氨的适宜条件压强10～30MPa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H24．选择工业合成适宜条件的原则(1)考虑参加反应的物质组成、结构和性质等本身因素。(2)考虑影响化学反应速率和平衡的温度、压强、浓度、催化剂等反应条件。(3)选择适宜的生产条件还要考虑设备条件、安全操作、经济成本等情况。(4)选择适宜的生产条件还要考虑环境保护及社会效益等方面的规定和要求。【归纳总结】选择化工生产适宜条件的分析分析角度原则要求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的使用活性分析注意催化剂的活性对温度的限制考点一合成氨反应适宜条件的选择例1．下列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中，其中NH3只占15%，所以合成氨厂的产率都很低B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中可循环使用，所以总体来说合成氨的产率很高C．合成氨工业的反应温度控制在400～500℃，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越大，产率越高，无需考虑设备、条件【答案】B【解析】合成氨的反应在适宜的生产条件下达到平衡时，原料的转化率并不高，但生成的NH3分离，再将未反应的N2、H2循环利用，这样处理后，可使氨的产率较高，A项错误、B项正确；合成氨工业选择400～500℃的温度，主要从反应速率和催化剂活性两方面考虑，合成氨的反应是放热反应，低温才有利于平衡向正反应方向移动，C项错误；不论从反应速率还是化学平衡考虑，高压更有利于合成氨，但压强太大，对设备、动力的要求更高，因此选择10～30MPa，D项错误。考点二化工生产适宜条件的选择例2．合成氨厂所需H2可由焦炭与水反应制得，其中有一步反应为CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH<0。欲提高CO的利用率，可采用的方法是()①降低温度②增大压强③使用催化剂④增大CO的浓度⑤增大水蒸气的浓度A．①②③B．④⑤C．①⑤D．②⑤【答案】C【解析】增大压强，平衡不移动；增大CO的浓度，平衡向右移动，但CO的转化率降低；使用催化剂，平衡不移动，CO的转化率不变；降低温度或增大水蒸气的浓度，平衡均向右移动，CO的转化率增大。考点三合成氨反应的图像题例3.某温度下，对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1。N2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是()A．将1mol氮气、3mol氢气置于1L密闭容器中发生反应，放出的热量为92.4kJB．平衡状态由A变为B时，平衡常数K(A)<K(B)C．上述反应在达到平衡后，增大压强，H2的转化率增大D．升高温度，平衡常数K增大【答案】C【解析】该反应为可逆反应，加入的1molN2和3molH2不可能完全反应生成NH3，所以反应放出的热量小于92.4kJ，A项错误；从状态A到状态B，改变的是压强，温度未发生变化，所以平衡常数不变，B项错误；该反应是反应前后气体分子数减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，H2的转化率增大，C项正确；升高温度，平衡逆向移动，K减小，D项错误。1．下列关于工业合成氨的叙述中错误的是A．在动力、设备、材料允许的条件下尽可能在高压下进行B．温度越高越有利于工业合成氨C．在工业合成氨中N2、H2的循环利用可提高其利用率，降低成本D．将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应【答案】B【解析】A．合成氨的正反应为气体体积缩小的反应，压强越大，反应物的转化率越高，则在动力、设备、材料允许的条件下尽可能在高压下进行，故A正确；B．合成氨的正反应为放热反应，升高温度后不利于氨气的生成，故B错误；C．合成氨中N2和H2的循环使用，可以提高原料气的利用率，降低成本，故C正确；D．合成氨的反应中，将混合气体中的氨气液化，减小了生成物浓度，平衡向着正向移动，可以用平衡移动原理解释，故D正确；故答案选B。2．下列有关合成氨工业的说法正确的是A．、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B．反应温度控制在700K左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动C．压强采用10~30MPa，是因为该条件下催化剂的活性最好D．不断将氨液化并移去液氨，目的之一是使平衡正向移动【答案】D【解析】A．适当提高氮气的比例，即N2和H22的转化率，故A错误；B．氮气和氢气反应生成氨气的过程是放热的，反应温度控制在700K左右，目的是加快反应速率，并不是使化学平衡向正反应方向移动，B错误；C．氮气和氢气反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，合成氨工业采用10~30MPa，是因为再增大压强，平衡转化率不会提高太多，且增大压强对设备的要求更高，不能达到更好的经济效益，C错误；D．不断将氨液化并移去液氨，目的是降低氨气的浓度，使平衡正向移动，D正确；故选D。3．下列关于硫酸工业和合成氨工业说法错误的是A．都采用了高压 B．都使用了催化剂C．生产流程中都有造气和净化 D．都使用了热交换器【答案】A【解析】A．硫酸工业采用了催化剂加热条件，合成氨工业采用高温、高压、催化剂作用下反应，故A错误；B．硫酸工业使用五氧化二钒作催化剂，合成氨工业使用铁触媒作催化剂，故B正确；C．生产流程中都有造气和净化，防止杂质使催化剂中毒，降低催化效果，故C正确；D．两个工业产生都是放热反应，两者都使用了热交换器，将放出的热量对原料进行热处理，可以降低成本，故D正确。综上所述，答案为A。4．工业制硫酸中有一步重要的反应是在400-600℃下发生催化氧化：，下列说法正确的是A．为提高的转化率，在生产过程中压强越高越好B．工业生产中可通过增大二氧化硫的浓度来提升反应物转化率C．其他条件保持不变，温度越高，反应速率越快，生产效益越好D．工业生产中使用催化剂是为了提高生产效率【答案】D【解析】A．增大压强平衡正向移动，则提高的产率，但高压会对动力和设备要求太高，从而增加生产成本，为了降低成本，应该适当增大压强，故A错误；B．增大一种反应物的浓度，可以提高另一种反应物的转化率，所以实际生产中可通过增大氧气的浓度来提高二氧化硫的转化率，从而降低成本，故B错误；C．其他条件保持不变，温度越高，反应速率越快，但平衡逆向移动，降低产率，且增加生产成本，对提高生产效益产生不利影响，故C错误；D．催化剂能降低反应所需活化能而增大活化分子百分数，所以使用催化剂可加快化学反应速率，从而缩短反应到达平衡的时间，提高生产效率，故D正确；答案选D。5．下列有关工业合成氨的说法不正确的是A．迅速冷却的方法将氨液化，并不断移去液氨，利于反应正向进行B．选择温度400~500℃，是为了保证尽可能大的平衡转化率C．增大压强，有利于增大反应速率和平衡混合物中氨气的体积分数D．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【答案】B【解析】A．减小生成物的浓度，平衡正向移动，故将NH3液化，并不断将液氨移去，利于反应正向进行，A正确；B．该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，反应物的平衡转化率降低，则控制温度400~500℃，远高于室温，是为了加快反应速率，B错误；C．该反应为体积减小的反应，增大压强，平衡正向移动，有利于增大反应速率和平衡混合物中氨气的体积分数，C正确；D．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，D正确；故选B。6．下列关于工业合成氨反应的调控说法正确的是A．合成氨时，常采用迅速冷却的方法将氨液化，提高平衡转化率B．合成氨时为提高平衡转化率，温度越高越好C．增大浓度，可以提高活化分子百分数，从而加快反应速率D．合成氨选择100～300MPa的压强，目的是为了加快反应速率，并提高转化率【答案】A【解析】A．由于氨易液化，采用迅速冷却的方法将氨液化，使平衡正移，提高原料转化率，故A正确；B．合成氨的反应是放热反应，升高温度可以加快反应速率，但不利于平衡向合成氨的方向移动，故B错误；C．增大浓度，单位体积内活化分子数目增多，但活化分子百分数未改变，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，提高转化率，且能提高正反应速率，但压强越大，对设备的制造和材料的强度要求就越高，故D错误；故选A。7．下列关于化学反应的调控措施说法不正确的是A．硫酸工业中，为使黄铁矿充分燃烧，可将矿石粉碎B．硝酸工业中，氨的氧化使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率C．合成氨工业中，为提高氮气和氢气的利用率，采用循环操作D．对于合成氨的反应，如果调控好反应条件，可使一种反应物的转化率达到100%【答案】D【解析】A．硫酸工业中，将矿石粉碎可以增大反应物的接触面积，有利于黄铁矿的充分燃烧，故A正确；B．硝酸工业中，氨的氧化使用催化剂，可以降低反应的活化能，增大反应速率，提高生产效率，故B正确；C．合成氨工业中，分离出液氨的混合气体中含有的氮气和氢气采用循环操作，有利于提高氮气和氢气的利用率，故C正确；D．合成氨反应为可逆反应，可逆反应不可能完全反应，所以调控反应条件不可能使反应物的转化率达到100%，故D错误；故选D。8．下列有关合成氨工业的说法中正确的是A．铁触媒作催化剂可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动B．升高温度可以加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动C．增大压强能缩短达到平衡状态所用的时间D．合成氨采用的压强是10~30MPa，因为该压强下铁触媒的活性最高【答案】C【解析】A．催化剂可以改变反应速率，但不能使平衡移动，A错误；B．升高温度可以加快反应速率，但合成氨反应是放热反应，因此升高温度不利于化学平衡向合成氨的方向移动，B错误；C．增大压强可以加快反应速率，缩短达到平衡所用的时间，C正确；D．催化剂的活性主要取决于温度的高低，而非压强的大小，D错误；综上，本题选C。9．化学反应的调控对于工业生产具有积极意义，下列关于调控措施的说法错误的是A．硫酸工业中，为提高的转化率，通入的空气越多越好B．工业合成氨，从生产实际条件考虑，不盲目增大反应压强C．工业合成氨，考虑催化剂的活性选择400~500℃的反应温度D．炼铁高炉的进风口设置在下端有利于燃料充分利用【答案】A【解析】A．在实际生产中为了增大二氧化硫的转化率通入稍过量的空气，若空气通入量过多，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，A错误；B．工业合成氨，从生产实际条件考虑，不盲目增大反应压强，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，B正确；C．工业合成氨，400~500℃时催化剂的活性最大、有利于提高反应速率、提高氨气产量，故选择400~500℃的反应温度，C正确；D．炼铁高炉的进风口设置在下端、固体从设备顶部加入，则有助于固体和气体充分接触、有利于燃料充分利用，D正确；答案选A。10．下列有关合成氨工业的说法正确的是A．N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成B．恒容条件下充入稀有气体有利于NH3

的合成C．工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行D．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在常温时可自发进行【答案】D【解析】A．N2的量越多，H2的转化率越大，但加入过多的氮气，未反应的氮气会带走较多的热量，反而不利于氨气的合成，当投料比为n（N2）:n（H2）=1:2.8时，最有利于氨气的合成，故A错误；B．恒容条件下充入稀有气体，参与反应的各物质的浓度没有改变，则平衡不移动，对氨气的合成没有影响，故B错误；C．根据N2＋3H22NH3△H＜0可知，该反应为熵减小的放热反应，故C错误；D．根据△G=△H－T△S＜0时反应可以自发进行，该反应的△H＜0、△S＜0，所以在低温或常温下可自发进行，故D正确；答案选D。11．如图所示为工业合成氨的流程图。下列说法错误的是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均有利于提高原料平衡的转化率D．为保持足够高的反应速率，应在反应达到一定转化率时及时将氨从混合气中分离出去【答案】C【解析】杂质能使催化剂中毒，催化活性降低，所以反应前的氮气和氢气混合气体需要除杂净化，故A正确；工业合成氨的正反应是气体体积减小的反应，增大压强既能促使平衡正向移动，增大原料的转化率，也能加快反应速率，故B正确；步骤③催化剂不能使平衡移动，催化剂不能提高原料的平衡转化率，故C错误；应在反应达到一定转化率时及时将氨从混合气中分离出去，平衡正向移动，有利于提高原料利用率，故D正确；故选C。12．一定条件下将NO(g)和O2(g)按物质的量之比2：1充入反应容器，发生反应：2NO(g)+O2(g)⇌2NO2(g)。其它条件相同时分别测得NO的平衡转化率在不同压强下随温度变化的曲线如图。下列说法错误的是A．p1<p2B．其他条件不变，温度升高，该反应的反应限度减小C．400℃、p1条件下，O2的平衡转化率为40%D．400℃时，该反应的化学平衡常数的数值为【答案】D【解析】该反应是正方向体积减小的反应，增大压强平衡正移，则NO的转化率会增大，由图可知，相同温度下，p2时NO的转化率大，则p2时压强大，即p1＜p2，故A正确；由图象可知，随着温度的升高，NO的转化率减小，说明升高温度，平衡逆向移动，该反应的反应限度减小，故B正确；根据图象，400℃、p1条件下，NO的平衡转化率为40%，将NO(g)和O2(g)按物质的量之比2∶1充入反应容器，则O2的平衡转化率也为40%，即NO的平衡转化率与O2的平衡转化率相等，故C正确；该反应为气体的体积发生变化的反应，根据平衡常数K=，而c=，因此K与气体的物质的量和容器的体积有关，题中均未提供，因此无法计算400℃时该反应的化学平衡常数K，故D错误；答案选D。13．在2L密闭容器中，3molA和1molB发生反应：，10s末时，物质C的浓度为0.6mol/L，下列说法正确的是A．10s内，mol/(L·s) B．10s内，物质A的转化率为60%C．10s末，B的物质的量为0.2mol D．10s末，C的物质的量分数为15%【答案】B【解析】10s末时，生成1.2molC，由反应可知，生成1.2molC的同时也生成1.2molD，则v(D)＝，A错误；由物质的量的变化量之比等于化学计量数之比可得，生成1.2molC时，消耗的A的物质的量为1.8mol，则A的转化率=，B正确；由物质的量的变化量之比等于化学计量数之比可得，生成1.2molC时，消耗的B的物质的量为0.6mol，则剩余的B的物质的量为1mol-0.6mol=0.4mol，C错误；由以上分析可知，平衡时A的物质的量为3mol-1.8mol=1.2mol，B的物质的量为0.4mol，C和D的物质的量均为1.2mol，则C的物质的量分数为：，D错误；故选B。14．羰基硫(COS)能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在容积不变的密闭容器中，将CO和混合后在催化剂作用下，加热发生A．反应前的物质的量为7molB．增大压强，化学平衡正向移动C．增大CO浓度，正反应速率增大，逆反应速率减小D．增大的比值，可以减小CO的转化率【答案】A【解析】，，解得x=7，则反应前H2S的物质的量为7mol，故A正确；该反应是等体积反应，增大压强，化学平衡不移动，故B错误；增大CO浓度，正反应速率增大，逆反应速率增大，故C错误；增大的比值，相当于不断加入硫化氢，平衡正向移动，增大CO的转化率，故D错误。综上所述，答案为A。15．在2L的恒容密闭容器中充入1molX(g)和2molY(g)，发生反应：，测得在不同温度下、相同时间内X(g)与Z(g)的百分含量如图所示。下列说法错误的是

A．从反应开始到各点时的平均化学反应速率：B．a点时，Y(g)的转化率为50%C．T3℃下，平衡常数K=4D．降低温度，有利于提高Z(g)的平衡产率【答案】A【分析】在2L的恒容密闭容器中充入1molX(g)和2molY(g)，发生反应：，设a点时，参加反应X的物质的量为nmol，则可建立如下三段式：则1-n=n，n=0.5mol。【解析】对于可逆反应，温度越高，反应速率越快，T1＜T2＜T3，则从反应开始到各点时的平均化学反应速率：，A错误；a点时，Y(g)的转化率为=50%，B正确；T3℃下，平衡常数K==4，C正确；从图中可以看出，当反应进行到b点时，反应达平衡状态，升高温度，X的百分含量增大，平衡逆向移动，则正反应为放热反应，所以降低温度，有利于提高Z(g)的平衡产率，D正确；故选A。16．对于反应，下列说法正确的是A．该反应在任意条件下均能自发进行B．反应的焓变C．其他条件一定，增加压强，反应平衡常数增大D．及时分离出，正反应速率增大，平衡向正反应方向移动【答案】B【解析】反应

()是气体减小的放热反应，△S<0，△H<0，则在T较小时△H-T△S<0，该反应在低温条件下能自发进行，故A错误；转化为的过程放热，则放出的热量大于-akJ，反应的焓变，故B正确；平衡常数只受温度影响，其他条件一定，增加压强，反应平衡常数不变，故C错误；及时分离出，正反应速率瞬间不变，建立平衡过程中会减小，平衡向正反应方向移动，故D错误；故选B。17．在3个体积均为2.0L的恒容密闭容器中，反应

△H＞0，分别在一定温度下达到化学平衡状态。下列说法不正确的是容器温度/K起始时物质的量/mol平衡时物质的量/molI9770II9770III125000A．977K，该反应的化学平衡常数值为1B．达到平衡时，向容器I中增加C的量，平衡不移动C．达到平衡时，容器II中CO2的转化率比容器I中的小D．达到平衡时，容器III中的CO的转化率大于28.6%【答案】D【分析】容器Ⅰ中，起始投入CO2的物质的量为0.28mol、C为0.56mol，平衡时生成CO的物质的量为0.4mol，则可建立如下三段式：【解析】977K，该反应的化学平衡常数值为=1，A正确；达到平衡时，向容器I中增加C的量，反应物和生成物的浓度都不发生改变，则平衡不移动，B正确；容器II与容器I相比，容器II相当于容器I加压，使气体物质的浓度变为原来的二倍，则平衡逆向移动，CO2的转化率减小，所以容器II中CO2的转化率比容器I中的小，C正确；容器III中，若温度为977K，则与容器I中平衡等效，达到平衡时，容器I中CO2的转化率为≈71.4%，则CO的转化率为28.6%，现升高容器III的温度至1250K，平衡正向移动，CO的转化率减小，则容器III中CO的转化率小于28.6%，D不正确；故选D。18．温度为T℃，向体积不等的恒容密闭容器中均充入1mol气体X，发生反应X(g)Y(g)+Z(g)ΔH，反应均进行10min，测得各容器中X的转化率与容器体积的关系如图所示。下列说法正确的是A．a点再充入一定量的X，平衡正向移动，X的转化率增大B．d点有v正＞v逆C．正反应速率v(b)=v(d)【答案】B【分析】由图可知容积越小反应速率越快，所以a、b、c容器反应已达到平衡，d容器未平衡，增大容器体积平衡正向移动。【解析】a点再