高中化学同步讲义选择性必修1：化学反应的调控（精练）（解析版）

2.4化学反应的调控

题组一工业上合成氨

1(2021・内蒙古・包头市第四中学高二期中)工业合成氨的反应为：N2(g)+3H2(g)/2NH3(g)

AH-92.4kJ.mol1,该反应在一定条件下的密闭容器中进行。下列说法正确的是

A.达到平衡时，反应速率：v(正)=v(逆)=0

B.当N?、匕、NH,的浓度比为1：3：2时，说明反应达到平衡

C.使用催化剂可同时加快正、逆反应速率，提高生产效率

D.若在密闭容器加入1mol此和过量的充分反应，放出热量92.4kJ

【答案】C

【解析】A.化学平衡是动态平衡，达到平衡时，正反应速率和逆反应速率相等，但不等于0,故A错误;

B.N2、H2、NH3的浓度之比为1：3：2不能说明正逆反应速率相等，无法判断反应是否达到平衡，故B错

误；

C.合成氨反应使用催化剂，可同时加快正、逆反应速率，可提高单位时间内氨气的产率，提高生产效率,

故C正确；

D.合成氨反应是可逆反应，可逆反应不可能完全反应，则在密闭容器加入1mol氮气和过量的氢气充分反

应，反应放出热量小于92.4kJ,故D错误；

故选C。

2.工业上利用反应N2+3H2T化联'2NH3合成氨。一定条件下，该反应体系中NH、的浓度随时间的变化

关系如图所示：

c(NH,)(10'molL)

A.N&的浓度不再发生变化B.正、逆反应速率均为零

1

C.反应处于动态平衡D.反应达到限度

【答案】B

【解析】A.由图示可知，5h后，反应达到平衡状态，各物质浓度不变，NH3的浓度不再发牛变化，A正

确；

B.可逆反应的平衡状态为动态平衡，平衡时正逆反应速率相等，但不等于零，B错误；

C.可逆反应的平衡状态为动态平衡，平衡时正逆反应速率相等，C正确；

D.当可逆反应达到平衡状态时，反应达到限度，D正确；

答案选B。

3.工业上利用反应N,+3H,图翁:.攀'2NH,合成氨。该反应为放热反应，下列有关描述中，不正确的是

A.反应中断裂H?的化学键要吸收能量B.反应中形成NH’的化学键要释放能量

C.反应物的总能量比生成物的高D.化合反应都是放热反应

【答案】D

【解析】A.旧键断裂吸收能量，则反应中断裂H?的化学键要吸收能量，A正确；

B.新键形成释放能量，反应中形成N&的化学键要释放能量，B正确：

C.该反应为放热反应，则反应物的总能量比生成物的高，C正确；

D.化合反应不一定是放热反应，如CO2和C的化合反应，是吸热反应，D错误；

故选：D。

4.工业合成氨反应为：N,+3H2「w.黑金，2NH3,该反应若在密闭容器中进行，下列有关说法正确的是

A.减压可以提高NH3产量

B.使用催化剂可加快反应速率

C.升高温度可以实现N2的完全转化

D.平衡时NH3的物质的量是N2的两倍

【答案】B

【解析】A.减小压强，平衡向气体系数和增大的方向移动，减小压强N?+3H2.裁靠2NH3平衡逆向

移动，所以减压可以降低NH3产量，故A错误；

B.催化剂能降低反应活化能，提高反应速率，使用催化剂可加快N,+3H,.塌端2NH.反应速率，故B

正确;

2

C.2+3凡.化绘-2NH、是可逆反应，可逆反应中反应物不可能完全转化为生成物，故C错误；

D.2+3凡二,普舞tNH、平衡时各物质浓度不变，但NH3的物质的量不一定是N2的两倍，故D错误;

选Bo

5.(2022•云南・昆明一中高二期末)合成氨反应为：N2(g)+3H2(g).,2NH?(g)△H=-92.4kJ-moH。下列

说法正确的是

A.合成氨反应在任何温度下都能自发

B.lmolN2与过量H2充分反应放热92.4kJ

C.合成氨实际生产中选择高压和低温

D.将氨液化分离，可促进平衡正移及循环利用氮气和氢气

【答案】D

【解析】A.合成氨时放热且燧减的反应，根据AG=A”-TAS<0能自发可知，该反应低温下能自发，A错误；

B.该反应为可逆反应，不能完全进行，因此1molN2与过量Hz充分反应放热小于92.4kJ,B错误；

C.为了加快反应速率，实际生产中选择高压(10-2()MPa)和高温(400℃-500℃),C错误；

D.氨气易液化，液化分离后生成物减少，平衡正向移动，没有液化的比和N2可以继续放入反应器中反应，

循环利用，D正确；

故选D。

6.完成下列问题。

⑴工业合成氨的反应为NKg)+3H?(g)•2NH3(g)。设在容积为2.()L的密闭容器中充入().60molN2(g)和

1.60molH2(g),反应在一定条件下达到平衡时，NH,的物质的量分数(N5的物质的量与反应体系中总的物

4

质的量之比)为1,试计算：

①该条件下H?平衡转化率为,H2的物质的量分数为(小数点后保留一位)。

②该条件下N,的平衡转化率(小数点后保留一位)。

③该条件下反应2NH,(g),N2(g)+3H2(g)的平衡常数为。

(2)已知：H—H键的键能为436kJ-mo『，H—N键的键能为391kJ-mo「，NmN键的键能为946kJ-moL,

则N2与H2反应生成NH,的热化学方程式为o

⑶已知4NH3(g)+5O2(g)HNO(g)+6H2。⑴△H=fkJ/mol。蒸发ImolH?。。)需要吸收的能量为44kJ,

3

其他相关数据如下表所示:

NO(g)(

NH,(g)3(g)H2Og)

Imol分子中的化学键断裂时需

abzd

要吸收的能量/kJ

表中z的大小用X、a、b、d表示为

（4）常温常压下，1.5g火箭燃料二甲基朋（C'—NH—NH—（2凡）完全燃烧放出50kJ热量，则二甲基肺的燃

烧热为»

【答案】⑴75%28.6%66.7%0.005

⑵N2(g)+3H?(g)2NH3(g)AH=-92kJmor'

「4a+5b-6d+x-264

⑶—4

(4)2(X)0kJmor1

N2（g）+3H2（g）.-2NH,（g）

起始（mol）0.601,600

【解析】（1）由三段式可知：心/J/,c达到平衡时，NH3的物质的量分数（NH：

转化（mol）x3x2x

平衡（mol）0.60-x1.60-3x2x

的物质的量与反应体系中总的物质的量之比）为三4，则2x彳<440.4mol；①该条件下H?平衡转化率为

72.20-2x7

3100%=75%,H的物质的量分数为粤粤等号100%»28.6%。②该条件下N的平衡转

公."22

1.60mol2.20mol-2x0.4mol

化率鉴粤:xl00%=66.7%。③反应后氮气、氢气、氨气的物质的浓度分别为幽粤芈喇=0.hnol/L、

0.60mol2.0L

1.60mol-3x0.4mol八八1,T2x0.4mol,1一々/4］「一,z/\\mg

--------------------=0.2mol/L、一——=0.4mol/L,则该条件下反应N2（g）+3H2（g）.2NH3（g）的平衡

N.ULrZ.UL

常数为亓=200,反应2NH3（g）.型信卡乩㈤的平衡常数为《二六打皿：

（2）反应焰变=反应物键能总和-生成物键能总和；则N?与凡反应生成NH3的热化学方程式:

1

N2(g)+3H2(g)2NH,(g)△"=946kJmol'+Sx436kJmor'-2x3x391kJ-mol'=-92kJ-moP;

（3）蒸发ImolH?。⑴需要吸收的能量为44kJ,则蒸发6mol凡0⑴需要吸收的能量为264kJ,反应焰变=

4a+5b-6d+x-264

反应物键能总和-生成物键能总和;则-x+264=4a+5bdz-6d,z=---------------------

4

（4）燃烧热是在101kPa时，Imol物质完全燃烧生成稳定的氧化物时所放出的热量；1.5g

4

CH,—NH—NH—C4的物质的量为二A=0.025mol,则ImolCH,—NH—NH—C4完全燃烧放出

oOg/mol

50

——=2000kJmoE1»

0.025

7.某学习小组在实验室用N?和H?模拟工业合成氨。某温度下，在容积恒定为2.0L的密闭容器中充入

2.0molN2和2.0molH2,一段时间后反应达到平衡状态。

(1)已知在该条件下，»与H?反应生成NH,,每转移3.0mol电子放出46.0EJ的热量，则该反应的热化学方

程式为.

(2)一定条件下，能说明该反应达到平衡状态的是(填标号)。

A.NH,的物质的量不再改变B.反应停止进行

C.N?、比和NH、的反应速率之比为1：3：2D.混合气体总压强不再改变

(3)反应过程中的实验数据如下表所示：

t/min01246

n（NH,）/mol00.240.360.400.40

①4min内用N2表示的平均反应速率为。

②平衡时H2的物质的量浓度为。

【答案】⑴N式g)+3H?(g).2NH,(g)AH=-92.0kJmor'

(2)AD

(3)0.025molL'-min'0.7mol-L'

【解析】(1)M与H2反应生成NH3,每转移3.0mol电子生成ImolNfft,即生成ImolNH3放出46.0kJ的热

量，则该反应的热化学方程式为N?(g)+3H2(g).2NH,(g)AH=-92.0kJmor'D

(2)A.反应达到平衡状态，各物质浓度不再改变，NH3的物质的量不再改变，说明反应达到平衡状态，

故选A；B.反应达到平衡状态，正逆反应速率相等但不等于0,反应没有停止，故B错误；C.任意

时刻，反应速率比等于系数比，N”％和NH,的反应速率之比为1：3：2,反应不一定平衡，故不选C；

D.反应前后气体总物质的量不同，容器体积不变，压强是变量，混合气体总压强不再改变，反应一定达到

平衡状态，故选D；选AD。

5

(3)①4min内生成0.4moINH3,则消耗0.2molN2,用N,表示的平均反应速率为..=

2Lx4min

OmSmolL'-rnin'o②平衡时生成0.4molNH3,则消耗0.6molH2,也的物质的量浓度为生嘤㈣=

0.7molL'»

8.氮及其化合物在生产、生活中有着重要作用。请回答下列问题：

⑴工业合成氨的反应N2(g)+3H?(g)峰为2NE(g)是一个可逆反应，反应条件是高温、高压，并且需要合适

的催化剂。已知断裂Imol相应化学键需要的能量如下：

化学键H-HN-HN三N

能量436kJ391kJ946kJ

若反应生成ImolNHKg),可(填“吸收”或"放出”)热量______kJ；实验室模拟工业合成氨时，在容积

为2L的密闭容器内，反应经过10分钟后，生成lOmol氨气，则用氮气表示的化学反应速率是

molL'min'o

(2)汽车尾气中含有的NO是造成城市空气污染的主要因素之一，通过NO传感器可监测汽车尾气中NO含

量，其工作原理如图所示：

NiO电极为(填“正极”或"负极”)。Pt电极上发生的电极反应式为。当电路中有Imol电子发

生转移时，消耗NO的体积为L(标准状况下)。

(3)一种新型催化剂能使NO和CO发生反应2cO+2NO脩为N2+2C02o为验证温度和催化剂的比表面积对

化学反应速率的影响规律，某同学设计了如下三组实验。

实验编号T(℃)NO初始浓度(mol/L)CO初始浓度(mol/L)催化剂的比表面积(m2/g)

I2801.20x1O-35.80x10-382

II2801.20x10-3b124

in350a5.80x1O-382

®a=_____

6

②能验证温度对化学反应速率影响规律的实验是(填实验编号)。

③恒温恒容条件下，不能说明该反应已达到平衡状态的是(填序号)。

a.容器内的压强保持不变

b.容器内各气体的物质的量之比为2：2：1：2

C.V迪(CC)2)=ViE(NO)

d.容器内混合气体密度不再改变

【答案】(1)放出460.25

(2)负极C)2+4e=2O3H.2

(3)1.20x10-3I、IIIbd

【解析】⑴熠变=反应物总键能-生成物总键能，N2(g)+3H2(g)簿为2NH3(g)

AH=(946+436x3-391x6)=-92KJ/mol,则生成ImoINH,放出46KJ的能量；在容积为2L的密闭容器内，反

应经过10分钟后，生成lOmol氨气，则反应消耗5mO1N2,则用氮气表示的化学反应速率是=0.25

2Lxl0min

mol-L'min10

(2)根据图示，NiO电极NO生成NCh,N元素化合价升高，发生氧化反应，NiO电极为负极。氧气在Pt

电极得电子生成氧离子，电极反应式为。2+40=20=负极反应为NO-2e-+()2-=NO2，当电路中有Imol

电子发生转移时，消耗0.5molNO,标准状况下的体积为11.2L。

(3)①验证温度和催化剂的比表面积对化学反应速率的影响规律，根据控制变量法，反应物浓度必须相等，

所以a=1.20xl()，。②根据“控制变量法”，能验证温度对化学反应速率影响规律的实验，只能温度是变量，

所以I、W是能验证温度对化学反应速率影响规律。③a.反应前后气体系数和不同，压强是变量，容器内

的压强保持不变，反应一定达到平衡状态，故a不符题意；B.反应达到平衡状态，各物质浓度不变，容器

内各气体的物质的量之比为2：2：1：2,不能判断是否发生改变，反应不一定平衡，故b符合题意；C.反

应达到平衡状态，正逆反应速率比等于系数比，v延(CO2)=V"(NO)一定达到平衡状态，故c不符题意：D.反

应前后气体总质量不变、容器体积不变，密度是恒量，若容器内混合气体密度不再改变，反应不一定达到

平衡状态，故d符合题意；选bd。

9.(2022•辽宁•营口市第二高级中学)合成氨生产技术的创立开辟了人工固氮的途径，对化学工业技术也产

生了重大影响。合成氨工业中原料气N2可以从空气中分离得到，H2可用甲烷或焦炭与水蒸气反应制得。

(1)在三个相同容器中各充入lmolN2和3mO1H2,在不同条件下反应达到平衡，氨的体积分数随时间变化的

曲线如图所示•下列说法中正确的是(填字母)。

7

<P（NH3）

A.图I可能是不同压强对反应的影响，且P2>PI

B.图n可能是不同压强对反应的影响，且pi>p2

C.图HI可能是不同温度对反应的影响，且TAT2

D.图II可能是同温同压下不同催化剂对反应的影响，且催化剂性能1>2

⑵将水蒸气通过红热的焦炭即产生水煤气，热化学方程式为C(s)+H2O(g)=H2(g)+CO(g)AH=+131.3kJ-moH,

l

AS=+133.7J-mor.K'o该反应在常温(298K)下(填“能”或“不能”)自发进行。

(3)在一个容积为2L的密闭容器中，通入0.8molA2气体和0.6molB2气体，一定条件下发生如下反应：

A2(g)+B2(g)2AB(g)AH<0,反应中各物质的浓度随时间的变化情况如图所示。下列说法不正确的是

[c/CmolL*1）

0.5AB

0.4

012345t/min

A.图中a点的值为0.15

B.该反应的平衡常数K=0.03

C.升高温度，平衡常数K减小

D.平衡时A2的转化率为62.5%

占燃

(4)从能量的变化和反应的快慢等角度探究反应：2H2+O2-2H2O»已知该反应为放热反应，下图能正确表

示该反应中能量变化的是______(填"A”或"B”)。

反应物的生成物的

总能量总能录

生成物的反应物的

反应物

总能建,总能歌，

反应过程

8

从断键和成键的角度分析上述反应中能量的变化。化学键的键能如下表:

化学键H—H0=0H-O

键能/(kJ,mol/)436496463

则生成Imol水可以放出热量_______kJo

(5)以下反应：①木炭与水制备水煤气；②氯酸钾分解；③炸药爆炸；④酸与碱的中和反应；⑤生石灰与水

作用制熟石灰；⑥Ba(OH»8H2O与NH4cl反应。其中属于放热反应的有(填序号)。

【答案】(1)D

(2)不能

(3)B

(4)A242

⑸②③④⑤

【解析】(1)A.根据先拐先平数值大知压强：p2>P1,增大压强平衡正向移动导致氨气体积分数增大，图像不

符合，故A错误；

B.根据先拐先平数值大知压强：Pl>p2,增大压强平衡正向移动导致氧气体积分数增大，图像不符合，故B

错误；

C.根据先拐先平数值大知温度：Tt>T2,升高温度平衡逆向进行，氨气体积分数减小，图像不符合，故C

错误；

D.催化剂只改变化学反应速率不影响平衡移动，所以只改变反应达到平衡时间不改变氨气体积分数，图像

符合，故D正确；

答案选D：

⑵如果AG=AH-TASVO,反应能自发进行，该反应在常温(298K)下

△G=AH-TAS=131.3kJ/mol-298x133.7J/mol=91457.4J/mol>0,不能自发进行；

⑶A.当AB的浓度改变0.5mol・L，由方程式知，A2的浓度改变为0.25moM/,所以

a-(0.4-0.25)mol«L'=0.15mol«L-',即图中a点的值为0.15,A正确;

B.当AB的浓度改变0.5mol・LL由方程式知，B?的浓度改变为0.25mol・L」，所以平衡时B2的浓度为

,,“C2(AB)05x0.5竽B错误;

=(0.3-0.25)mol・L」=0.05mol・L」，K=----------------

C(A2).C(B2)0.15x0.05

C.已知A2(g)+B2(g)02AB(g)AHVO,所以温度升高,平衡逆移，平衡常数K值减小，C正确;

9

1

D.当AB的浓度改变0.5mobL,由方程式知,A2的浓度改变为0.25mol・LL已知A2的初始量为0.4mol・LL

所以平衡时Ai的转化率为025X).4=62.5%,D正确；

答案选B；

(4)氢气燃烧是放热反应，反应物总能量高于生成物总能量，因此图像A正确；断裂ImolH-H需要吸热是

436kJ,断裂0.5molO=O需要吸热是496kJ+2=248kJ,形成2moiH-0需要放热是463kJx2=926kJ,则生成

1molH2O(g)可以放出热量为(926-436-248)kJ=242kJ；

(5)①⑥为吸热反应，②③④⑤为放热反应。

题组二化学反应的调控

1.图1表示接触室中催化剂随温度变化图像，图2表示SO2的转化率a(SCh)随温度T及压强P的变化图像。

你认为接触室中最合适的温度和压强是。

催

化

剂

效

率

【答案】450℃(或400℃-500℃)、lOlkpa

【解析】400℃〜500"C、lOlKPa时二氧化硫的转化率已经很高，再增大压强，会增大成本，二氧化硫转化

率提高不大，该温度下反应速率较快、催化剂活性最好，故答案为：400℃〜500℃、lOlkpa。

2.钻具有广泛用途，其正三价化合物具有强氧化性。利用含钻废料(主要成分为CO3CU,还含有少量的铝箔、

LiCoCh等杂质)制备碳酸钻的工艺流程如下图所示：

Na，C(),

NaOH

浮液H,SO4仃机上。取

firiii\.'.WJ-►COCOJ

注液①

(1)“碱浸'’过程中，可以加快反应速率和提高原料利用率的方法是(任写两点)。

(2)“滤液①”主要成分是;“操作②”的分离方法是。

(3)“酸溶”时，Co、Li元素的浸出率随温度的变化如图所示：

10

20406080100

温度/*C

“酸溶”的适宜温度是；“酸溶”时有无色气体产生，该气体为；若用Na2s2O3代替H2O2

则有两种硫酸盐生成，写出Na2s2O3在“酸溶”时发生的化学方程式：。

【答案】(1)升高温度、粉碎废料、适当增大NaOH溶液的浓度等(任写两点)

(2)NaA102萃取分液或分液

(3)80℃或80℃左右Ch4co3O4+Na2s2O3+UH2so4=12CoSO4+Na2so4+IIH2O

【解析】“碱浸”过程中,CO3O4和LiCoCh不与碱反应存在于滤渣中，A1在碱性溶液中发生反应生成NaAIO2,

滤液①主要成分为NaAlCh,滤渣中加入硫酸和过氧化氢发生反应使滤渣溶解，过滤后加入有机磷萃取，得

到有机相和无机相，有机相反萃取后加入Na2cCh沉钻，得到CoCCh,以此解答。

(1)“碱浸”过程中可以加快反应速率和提高原料利用率的方法是升高温度、粉碎矿石、适当增加NaOH的浓

度等，故答案为：升高温度、粉碎废料或适当增大NaOH溶液的浓度等；

(2)由分析知，滤液①主要成分为NaA102；操作②为萃取分液或分液，故答案为：NaAlOj；萃取分液或分液；

(3)由图可知，当温度过高时，钻元素的浸出率降低，则酸浸的适宜温度是80℃；由分析知，“酸溶”时H2O2

的作用为还原剂，则产生的气体为02；若用Na2s2O3代替H2O2,根据题意知，生成CoSO4和Na2so4,结

合得失电子守恒、元素守恒配平的化学方程式为4coKM+Na2s2O3+llH2SO4=12CoSO4+Na2so4+11小0,故答

案为：80℃；O2；4co3CU+Na2s2O3+UH2so4=12CoSO4+Na2so4+IIH2O。

3.甲醇是一种重要的有机化工原料，在工业上有着重要的用途。

⑴二氧化碳催化加氢制甲醇反应的化学方程式为3H2(g)+CO2(g)H20(g)+CH30H(g)。在2L恒容密闭容

器中加入4moi比和ImolCCh在一定条件下发生上述反应，10min时剩余1.6molH2,此时C02的转化率为，

用CH30H表示lOmin内的化学反应速率为一，增加该反应中活化分子百分数的方法有一(答两点)。

(2)若在催化剂a或b存在下，C02和H2能同时发生两个反应：①3H2(g)+CCh(g)k^H2O(g)+CH3OH(g),

n(CO,)

②CO2(g)+H2(g)•CO(g)+H2O(g)o在控制CO2和H2初始投料比,口)，为1：2.2,相同压强下，经过

相同反应时间测得的实验数据如表(甲醇选择性指转化的C02中生成甲醇的百分比)：

实验编号T/K催化剂C02转化率(%)甲醇选择性(％)

11

1543催化剂a12.342.3

2543催化剂b10.972.7

3553催化剂a15.339.1

4553催化剂b12.071.6

①在相同温度下，不同的催化剂对C02转化成CH30H的选择性有显著的影响，你认为原因是

②553K下，反应①在无催化剂、催化剂a和催化剂b三种情况下，活化能最小的是一。

(3)工业上常用下列反应合成甲醵：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)AH<0,若在450℃和LOlxl06pa时，向某

密闭容器中通入ImolCO和3m014,充分反应后CO的转化率达到95%,若其他条件相同时，改为通入1molH2

和ImolChOH,则CH30H的平衡转化率为；工业实际生产时，采用图中M点对应的反应条件，而

不是N点，请说明选择的理由：―。

【答案】(1)80%O.CMmolL'min-1升高温度，采用更高效的催化剂

(2)反应未达到平衡，不同的催化剂对反应①的催化能力不同，反应速率不同催化剂b

(3)5%M点温度较高，反应速率较快，CO的平衡转化率与N点相差不大，压强为常压，对设备要求

不高，更经济

【解析】⑴lOmin时剩余1.6molH2,该时间段消耗H2的物质的量为(4molT.6moi)=2.4moL消耗CO2的物

)4]no10.8mol

质的量为幺m3=08mo|,CO2的转化率为匕吧xl0()%=80%；v(CH.QH)=2L=0.04mol/(L-min)；升高

3Imol-~

1()min

温度和使用更高效的催化剂，均会提高活化分子的百分数，加快反应速率；故答案为80%；0.04mol/(L-min);

升高温度，使用更高效的催化剂；

(2)①从表格中数据分析，在相同的温度下，不同的催化剂，相同的反应时间内C02的转化率不同，说明此

12

时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应①的催化能力不同，反应速率不同，因而对甲醇的选择性有影响；

故答案为反应未达到平衡，不同的催化剂对反应①的催化能力不同，反应速率不同；

②由实验3、4可知，4中甲醇选择性高，则相同温度下，催化剂b对C02转化成CH30H有较高的选择性，

对应的活化能最小；故答案为催化剂b；

（3）通入ImolH?和ImolCHQH与通入ImolCO和3molH?达到的平衡为等效平衡，正向CO的平衡转化率为

95%,则逆向甲醇的平衡转化率为5%。相对于N点而言，M点温度在500~600K之间，温度较高，反应速

率较快，CO的平衡转化率与N点相差不大，且常压对设备和动力要求低，更经济；故答案为5%；M点温

度较高，反应速率较快，CO的平衡转化率与N点相差不大，压强为常压，对设备要求不高，更经济。

4.近年来，我国大力加强温室气体CO2氢化合成甲醇技术的工业化量产研究，实现可持续发展。在合适的

催化剂作用下，二氧化碳可催化加氢制甲醇。

（1）已知:①CC>2（g）+H2（g）黑jHQ（g）+CO（g）AH,=+41.4kj.mor'

②8仅）+2也仅）.籍CHQH（g）AH2-90.5kj.moL

1

则反应③CC）2（g）+3H2（g）需“CH3OH（g）+H2O（g）△%=kJ.moE»

（2）若将物质的量之比为1:3的CO?（g）和H?（g）充入容积为1.0L的恒容密闭容器中发生反应③，不同压强

下CO?转化率随温度的变化关系如图所示。

a.A、B两条曲线的压强分别为PA、PB，则PA（填或"=”）PB；

b.在曲线A的条件下，起始充入CO?（g）和H?（g）的物质的量分别为1mol、3mol,且c点时K=300,则c点

对应CO?转化率为.

⑶在p=4O0MPa、原料气n（H2）:n（COj=3:4、合适催化剂的条件下发生反应，温度对CO?转化率、CH,OH

CH0H产率

产率、CHQH选择性的影响如图所示。已知：CHQH选择性=8,转化率。

13

(

)%

装

辑10■

券8

45<

H40

06世

x35H

y30O

>254X

320J

唧152

O105

J0o

22022332O

002024608000

77

a.CO?转化率随温度升高而增大的原因可能是；

b.CHQH选择性随温度升高而减小的原因可能是；

c.写出240℃时反应①的平衡常数的表达式：o

(4)除调控合适的温度外，使CHQH选择性增大的方法有。

【答案】(1)-49」

(2)>90%

(3)反应①为吸热反应，温度升高不但能加快反应速率，而且有利于该反应正向进行反应②(或反应③)

为放热反应，而反应①为吸热反应，所以温度升高不利于CH，OH的合成，但有利于CO的生成，所以CHQH

_C(CO)C(HO)

产率降低K2

C(CO2)C(H2)

(4)增大压强或使用更高效的催化剂

【解析】(1)反应③=反应①+反应②，则△H3=AH/+A，2=+41.4kJ-moli+(-90.5kJ-mo「i)=-49]kJ-molT。

(2)a.反应③是气体体积减小的反应，同一温度下，增大压强，平衡正向移动，CO2转化率升高，则外>外；

b.在曲线A的条件下，起始充入CO2(g)和H2(g)的物质的量分别为Imoh3mol,则CCh(g)和Fh(g)的起始

浓度分别为lmol/L、3mol/L,设c点时，CO2的转化浓度为xmol/L,则H?、CH3OH、H2O的转化浓度分别

为3xmol/L、xmol/L、xmol/L,则c点时CO2、H2.CHQH、H2O的浓度分别为(l-x)mol/L、(3-3x)mol/L、

c(CH,OH).c(HoO)xmol/L.xmol/L

xmol/L、xmol/L,K==300,则(]_x)mol/L,[(3-3x)mol/L『=3。。，解得x=0.9,则c点对

应CO2转化率为空吧xl00%=90%。

Imol

(3)a.反应①为吸热反应，温度升高不但能加快反应速率，而且有利于该反应正向进行，故CO2转化率随温

度升高而增大；

b.反应②(或反应③)为放热反应，而反应①为吸热反应，所以温度升高不利于CH30H的合成，但有利于

14

CO的生成，所以CH30H产率降低，CH30H选择性减小；

c.反应①的平衡常数的发达式为K=。

C(CO2)*C(H2)

(4)反应②(或反应③)是气体体积减小的反应，反应①是气体体积不变的反应，增大压强，反应①的平衡

不移动，反应②(或反应③)的平衡正向移动，CHQH产率增大，CHaOH选择性增大；使用更高效的催化

剂，加快反应②(或反应③)的速率，使CH30H产率增大，从而使CH30H选择性增大；综上所述，除调

控合适的温度外，使CH30H选择性增大的方法有增大压强或使用更高效的催化剂。

5.某处工厂排出的烟道气中含氮氧化物(主要为NO、NO2)、粉尘和少量水蒸气。课外兴趣活动小组对该工

厂排出的烟道气进行处理，并检测其氮氧化物含量，实验装置如图：

梅/梁样U

II臬

加达77

溶液

ABCD

已知：①活泼金属易形成氧化膜②形成原电池能加快反应速率③HC10的氧化性比NaClO强；

⑴氮氧化物可用碱溶液吸收。装置D中NO和N02混合气体按一定比例被NaOH溶液完全吸收生成NaNO2

和H2O,写出该反应的化学方程式；若反应后尾气无残留，则参加反应的NCh、NO物质的量比值

为(填字母)。

a>lb<lc.任意值

(2)可使用适量酸性H2O2溶液，将溶液中的NO；全部氧化为NO；,发生反应的离子方程式是。

(3)溶液中NO；直接排放在水体中也会造成污染，现用活泼金属将溶液中NO；转化为N2,实现氮元素的脱

除，具体步骤如下：

步骤一、取适量(2)中H2O2处理后的溶液，调节pH至中性，蒸发浓缩，得到c(NOn为O.lOOmoLL”的溶液

甲。

步骤二、现量取50mL溶液甲，分别用金属铝、金属铁和铝铁合金在45℃、惰性气体氛围中对溶液乙进行

氮脱除。

步骤三、重复实验2~3次，溶液中NO；的残留情况与反应时间的关系如图所示。

15

0123456

反应时间/h

①金属铝和金属铁在0~3h内，NO,的脱除效率均很低，几乎没被脱除，其可能的原因是