高中化学同步讲义（选择性必修一）第09讲 2.6化学反应的调控（学生版）

第2课第6课时化学反应的调控001目标任务课程标准学习目标1．认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。2．知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要作用。1．能从宏观与微观结合的视角，运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律，分析评估化学反应条件的选择和优化。2．能从限度、速率、平衡等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析，解决生产、生活中的化学问题，形成节约成本、循环利用、保护环境等观念。002预习导学自主梳理一、合成氨反应的限度1.反应原理已知在298 K时，N2(g2.反应特点①②③④⑤⑥3.有利于合成氨的条件a.外界条件：⑦温度、⑧压强，有利于化学平衡向生成氨的方向移动。b.投料比：温度、压强一定时，N2、H2的体积比为⑨二、合成氨反应的速率1.提高合成氨反应速率的方法①②③④2.浓度与合成氨反应速率之间的关系在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式为v=kc(N2)⋅c1.5(H2三、合成氨生产的适宜条件1.合成氨反应适宜条件分析（1）选择合成氨生产条件时，既不能片面地追求高①，也不应只追求高②，而应该寻求③的反应条件。（2）考虑原料的④、未转化的合成气（氮气和氢气）的⑤、⑥的综合利用等。2.合成氨的适宜条件影响因素选择条件（1）温度反应温度控制在⑦左右（2）物质的量N2、H2（3）压强1×10（4）催化剂选择⑨作催化剂（5）浓度使气态NH3变成液态NH3并及时分离出去，同时补充N预习检测1．已知反应2NH3⇌N2+3H2，在某温度下的平衡常数为0.25，在此条件下，氨的合成反应N2+3H2⇌2NH3的平衡常数为A．4 B．2 C．1 D．0.52．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3．在硫酸工业生产中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

ΔH=-196.6kJ/mol。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/℃平衡时的转化率0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3从化学反应速率、化学平衡及生产成本、产量等角度综合分析，在实际生产中有关该反应适宜条件选择的说法正确的是A．SO2的转化率与温度成反比，故采用尽可能低的温度B．该反应在450℃左右、1MPa(常压)下进行较为合适C．SO2的转化率与压强成正比，故采用尽可能高的压强D．为了提高的SO2的转化率，应使用合适的催化剂4．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%5．关于工业合成NH3的说法中不正确的是A．适当加压可提高氨的产率B．加入催化剂可以加快反应速率C．选择400-500℃是因该温度下氨的平衡产率最高D．将含N2和H2的原料气循环使用可以提高原料的转化率6．德国化学家哈伯发明了以低成本制造氨的方法，大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列是哈伯法的流程图，其中为提高原料平衡转化率而采取的措施是A．①②③④ B．②③④ C．②④⑤ D．②⑤探究提升03探究提升03►环节一工业合成氨适宜条件的选择【情境材料】自1784年发现氨以后，人们一直在研究如何利用化学方法由氮气和氢气合成氨，但直到1913年才实现了合成氨的工业化生产，经过研究人员的努力，几十年后建造了日产氨1000吨的大型装置。【问题探究】1．工业生产中增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？为什么？2．既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？为什么？3．从工业合成氨的工艺流程图中可知，工业合成氨时为什么要通过冷却及时分离出液氨？4．催化剂对化学平衡移动没有影响，为什么在合成氨工业中要使用催化剂？要点归纳1．合成氨反应的适宜条件在实际生产中，既要考虑氨的产量，又要考虑生产效率和经济效益，综合速率与平衡两方面的措施，得出合成氨的适宜条件：(1)浓度：一般采用N2和H2的体积比1∶3，同时增大浓度，这是因为合成氨生产的原料气要循环使用。(2)温度：合成氨是放热反应，降低温度虽有利于平衡向正反应方向移动，但温度过低，反应速率过慢，400～500℃左右为宜，此温度也是催化剂活性温度范围。(3)压强：合成氨是体积缩小的可逆反应，压强增大，有利于氨的合成，但对设备要求也就很高，所需动力也越大，应选择适当压强，即10MPa～30MPa。(4)催化剂：选用铁触媒，能加快反应速率，缩短达到平衡所需时间。2．工业生产中选择适宜生产条件的原则（1）从可逆性、反应前后气态物质系数的变化、焓变三个角度分析化学反应的特点。（2）根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响；从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况，选出适宜的外界条件。外界条件有利于加快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无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)Δνg＜0高压在设备条件允许的前提下，尽量采取高压Δνg＞0低压兼顾速率和平衡，选取适宜的压强（1）合成氨反应中，为了提高原料转化率，常采用将未能转化的N2、H2循环使用的措施。（2）工业生产中，必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。典例精讲【例1】（2023春·江苏徐州·高二统考期中）合成氨反应为。图1表示在一定温度下此反应过程中的能量变化。图2表示在的密闭容器中反应时的物质的量随时间的变化曲线。图3表示在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量，平衡时的质量分数的变化曲线。下列说法正确的是A．该反应为自发反应，由图1可得加入适当的催化剂，E和都减小B．图2中内该反应的平均速率，从起其他条件不变，压缩容器的体积为，则的变化曲线为dC．图3中，a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物的转化率最高的是b点D．该反应平衡常数表达式为，图3中和表示温度，对应温度下的平衡常数为，则：【例2】（2022秋·广东广州）为探究外界条件对反应：

的影响，以投料比开始反应，通过实验得到不同条件下反应达到平衡时Z的物质的量分数与压强及温度的关系，实验结果如图所示。下列判断正确的是A．B．a+b<dC．升高温度，、都增大，平衡常数减小D．恒温恒容时，增大投料比，A的转化率增大【例3】（2023春·广东·高二惠州一中校联考阶段练习）甲醇脱氢法制HCOOCH3工艺过程涉及如下反应：反应Ⅰ：2CH3OH(g)HCOOCH3(g)＋2H2(g)

ΔH1=＋135.4kJ·mol-1反应Ⅱ：CH3OH(g)CO(g)＋2H2(g)

ΔH2=＋106.0kJ·mol-1向容积为10L的恒容密闭容器中通入1molCH3OH(g)发生上述反应，反应相同时间，测得CH3OH的转化率和HCOOCH3的选择性随温度变化如图所示。(已知：HCOOCH3的选择性=)下列说法错误的是A．HCOOCH3(g)2CO(g)＋2H2(g)

ΔH=+76.6kJ·mol-1B．实线代表的是CH3OH的转化率C．553K时，H2的体积分数为0.25D．高于553K时，虚线趋势下降可能是因为HCOOCH3分解004课堂总结005强化训练探究提升一、单选题1．（2022秋·广东梅州·高二校联考期中）硫酸是一种重要的化工产品，目前主要采用“接触法”进行生产。有关反应的说法中不正确的是A．实际生产中，、再循环使用提高原料利用率B．实际生产中，为了提高反应速率，压强越高越好C．在生产中，通入过量空气的目的是提高的转化率D．实际生产中，选定400~500℃作为操作温度的主要原因是催化剂的活性最高2．（2023秋·云南丽江·高二统考期末）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3．（2023春·江苏常州·高二统考期中）以、为原料合成涉及的反应如下：反应Ⅰ：反应Ⅱ：反应Ⅲ：在5MPa下，按照投料，平衡时，CO和在含碳产物中物质的量分数及的转化率随温度的变化如图。下列说法正确的是A．反应Ⅲ中反应物的总键能大于生成物的总键能B．曲线代表CO在含碳产物中物质的量分数C．该条件下温度越低，越有利于工业生产D．图示270℃时，平衡体系中的体积分数约为66.6%4．（2023秋·河南·高二校联考期末）下列说法错误的是A．合成氨反应采取循环操作主要是为了提高化学反应速率B．

、

，则C．反应

，能自发进行的原因是D．一定温度下，对平衡体系缩小体积，再次达到平衡时不变5．（2023春·云南·高二校联考阶段练习）工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯(HCOOCH3)：，在容积固定的密闭容器中，投入等物质的量CH3OH和CO，测得相同时间内CO的转化率随温度变化如图实线所示(图中虚线表示相同条件下CO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法不合理的是A．适当增大压强可增大甲醇的平衡转化率B．c点反应速率C．反应速率，平衡常数D．生产时反应温度控制在80~85℃为宜6．（2023秋·广东广州·高二统考期末）1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大太满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下图是合成氨生产流程示意图，下列说法不正确的是A．“干燥净化”可以防止催化剂中毒B．“压缩机加压”既提高了原料的转化率又加快了反应速率C．“冷却”提高了原料的平衡转化率和利用率D．“铁触媒”在生产过程中需使用外加热源持续加热7．（2023秋·江苏南通·高二统考期末）工业上通常采用铁触媒、在和的条件下合成氨。合成氨的反应为。下列说法正确的是A．的B．采用的高温是有利于提高平衡转化率C．采用的高压能增大反应的平衡常数D．使用铁触媒可以降低反应的活化能8．（2022秋·山西大同·高二统考期中）在硫酸工业中，通过下列反应使氧化为：

。下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时的转化率。下列说法错误的是温度/℃平衡时的转化率/%0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3A．从理论上分析，选择温度450-550℃，既利于平衡正向移动又利于提高反应速率B．从理论上分析，为了使尽可能多地转化为，应选择的条件是450℃，10MPaC．在实际生产中，为了降低成本采用常压条件，因为常压下的转化率已经很高了D．在实际生产中，通入过量的空气，既利于平衡正向移动，又利于提高反应速率9．（2023春·江苏连云港·高二统考期末）NO氧化成NO2的热化学方程式为。对于反应，下列说法正确的是A．该反应的B．使用高效催化剂能提升的平衡转化率C．反应的平衡常数可表示为D．其他条件相同，减小的平衡转化率上升10．（2022秋·江西南昌·高二南昌县莲塘第一中学校考阶段练习）已知A(g)+B(g)C(g)+D(g)反应的平衡常数和温度的关系如下：温度/℃70090083010001200平衡常数1.71.11.00.60.4830℃时，向一个2L的密闭容器中充入0.2mol的A和0.8mol的B，反应4s时测得C的物质的量n(C)=0.04mol，下列说法正确的是A．4s时c(B)为0.76mol•L－1B．830℃达平衡时，A的转化率为80%C．反应达平衡后，升高温度，平衡正向移动D．降低温度，反应C(g)+D(g)A(g)+B(g)的平衡常数增大11．（2022秋·山东青岛）在3个初始温度均为T℃的密闭容器中发生反应：2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)

△H<0。下列说法正确的是容器编号容器类型初始体积起始物质的量/mol平衡时SO3物质的量/molSO2O2SO3Ⅰ恒温恒容1.0L2101.6Ⅱ绝热恒容1.0L210aⅢ恒温恒压2.0L004bA．a>1.6B．b>0.8C．平衡时v正(SO2)：v(Ⅰ)<v(Ⅱ)D．若起始时向容器Ⅰ中充入1.0molSO2(g)、0.20molO2(g)和4.0molSO3(g)，则反应将向正反应方向进行12．（2023春·江苏泰州·高二姜堰中学校考期中）丙烷经催化脱氢制丙烯的反应为C3H8(g)=C3H6(g)+H2(g)。600℃，将固定浓度的C3H8通入有催化剂的恒容反应器，逐渐提高CO2浓度，经相同时间，测得出口处C3H6、CO和H2浓度随初始CO2浓度的变化关系如图所示。下列说法不正确的是A．丙烷脱氢制丙烯反应的化学平衡常数K=B．c(H2)和c(C3H6)变化差异的原因：CO2+H2CO+H2OC．其他条件不变，投料比c(C3H8)/c(CO2)越大，C3H8转化率越小D．若体系只有C3H6、H2、CO和H2O生成，则出口处物质浓度c之间一定存在关系：2c(C3H6)=2c(H2)+c(CO)+2c(H2O)二、填空题13．（2022秋·陕西宝鸡·高二校考期中）I.CO2可用来生产燃料甲醇。CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)ΔH2=-49kJ·mol-1。在体积为1L的恒容密闭容器中，充入1molCO2和2molH2，一定条件下发生上述反应，测得的浓度随时间的变化如表所示：时间/0351015浓度/mol/L00.30.450.50.5(1)H2的平衡转化率=。该条件下上述反应的平衡常数K=。(2)下列措施中能使平衡体系中增大且不减慢化学反应速率的是_______。A．升高温度 B．充入He(g)，使体系压强增大C．再充入1molH2 D．将H2O(g)从体系中分离出去(3)当反应达到平衡时，H2的物质的量浓度为c1，然后向容器中再加入一定量H2，待反应再一次达到平衡后，H2的物质的量浓度为c2，则c1c2(填“>”、“＜”或“=”)。(4)要提高CO2的转化率，可以采取的措施是(填序号)。A．加入催化剂B．增大CO2的浓度C．通入惰性气体D．通入H2E.分离出甲醇(5)T℃时，向恒容密闭容器中充入CO2和H2，发生反应CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)△H。在使用不同催化剂时，相同时间内测得CO2的转化率随温度的变化如下图所示。则催化效果最佳的是催化剂(填“I”、“II”或“III”)。如果a点已经达到平衡状态，则b点的v正v逆(填“>”、“<”或“=”)，c点转化率比a点低的原因是。14．（2023春·上海徐汇·高二上海市第二中学校考阶段练习）化学科学家采用丙烯歧化法制取乙烯和丁烯的反应原理为。向恒温反应器中加入一定量的，生成的物质的量与时间的关系如表所示：反应时间/min0510152025的物质的量00.81.21.51.5(1)；容器初始压强为p0KPa；平衡压强=KPa。内的平均反应速率为。(2)该条件下，任写一个能说明上述反应达到化学平衡状态的证据。(3)将置于体积为恒容反应器，反应进行时丙烯的转化率与温度的关系如图：

①该反应的0(填“>”或“<”)。②时(保留小数点后两位)。③时若继续加入，再次达到平衡后，乙烯体积分数为。15．（2023秋·河南驻马店·高二统考期末）金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途。目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4，再进一步还原得到钛。回答下列问题：(1)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1000℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：(i)直接氯化：TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g)△H1=+172kJ•mol-1，Kp1=1.0×10-2(ii)碳氯化：TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s