考点2 化学反应的调控
化学反应的调控
化学反应的调控，就是通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进
行。在实际生产中常常需要结合设备条件、安全操作经济成本等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找一个适宜的生产条件。此外，还要根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析，权衡利弊，才能实施生产。
2. 选择化工生产的适宜条件
①选择化工生产的适宜条件的角度
分析角度 原则要求
化学反应速率 既不能过快，又不能太慢
化学平衡移动 既要注意外界条件对速率和平衡的影响的一致性，又要注意两者影响矛盾性
原料利用率 增加廉价易得原料，提高高价难得原料利用率，从而降低生产成本
实际生产能力 如设备承受高温、高压的能力等
催化剂的使用 注意催化剂的活性，对温度的限制
②实际生产情景中还常涉及的因素
化学反应的副反应和催化剂的选择性。通过分析不同温度下目标产物的质量（物质
的量）分数和副产物的质量分数的变化或产物的产率变化等情景来分析温度的选择；通过不同催化剂作用下产物的选择性、原料的转化率来判断催化剂的选择。
（2）反应物的起始投料比。通过分析起始投料比与原料转化率的图象来判断应选择的起始投料比。
1．（2021·广东·广州市真光中学高二阶段练习）自然界中存在天然的大气固氮过程为：N2(g)+O2(g)2NO(g)，人工固氮则主要依靠工业合成氨，下列结论不正确的是
反应 大气固氮 工业固氮
温度/℃ 27 2000 25 350 400 450
平衡常数/K 3.84×10-31 0.1 5×108 1.847 0.507 0.152
A．工业固氮为熵减反应
B．常温下，大气固氮很难进行，而工业固氮却容易进行
C．人类大规模模拟大气固氮应用于工业上意义不大
D．工业固氮温度越低，氮气与氢气反应越完全
2．（2022·广东梅州·高二期末）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
3．（2022·浙江台州·高二期末）已知：，，下列关于合成氨工业的说法不正确的是
A．温度选择400～500℃是为了提高氮气的转化率
B．将原料气净化处理是为了防止其中混有的杂质使催化剂“中毒”
C．不选择过高压强的主要原因是压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高
D．迅速冷却、液化氨气是为了使化学平衡向生成氨气的方向移动
4．（2022·浙江·丽水市教育教学研究院高二期末）氨对发展农业有着重要意义，也是重要的化工原料。合成氨的生产流程示意如下。
下列说法不正确的是
A．控制原料气=2.7~2.9，是因为N2相对易得，适度过量利于提高H2转化率
B．合成氨一般选择400~500℃进行，主要是让铁触媒的活性最大，平衡转化率高
C．热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离
D．中国科学家研制的新型锰系催化剂将合成氨的温度、压强分别降到了350℃、1MPa，显著降低合成氨的能耗
5．（2022·云南·丘北县第一中学校高二开学考试）对于合成氨工业，只从提高原料转化率看，从下列条件中选择最适宜的组合是
①高温 ②低温 ③低压 ④高压 ⑤催化剂 ⑥加氨 ⑦除氨
A．②④⑤ B．②④⑦ C．①④⑤ D．②③⑥
6．（2022·广西·宾阳中学高二期末）下列过程在一定条件下能自发进行但不能用熵增解释的是
A．花香四溢 B．冰块融化 C．Na2CO3·10H2O风化 D．水蒸气冷凝
7．（2022·河南·高二阶段练习）二氧化碳加氢可合成甲醇：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H。在某恒容密闭容器中充入一定量的CO2和H2，在不同条件下发生反应，实验测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化关系如图所示，下列说法正确的是
A．该反应的反应物总能量小于生成物的总能量
B．M点时，保持其他条件不变，仅充入少量稀有气体，反应速率加快
C．加入合适的催化剂，该反应的△H保持不变
D．T1K时，H2的平衡转化率：M
8．（2022·广东·揭阳市榕城区仙桥中学高二期中）将CO2转化为燃料甲醇是实现碳中和的途径之一、在恒温恒容密闭容器中进行反应：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H，下列有关说法正确的是
A．若升高温度，反应逆向进行，则 H<0
B．正反应为熵增过程， S>0
C．若混合气体的密度不随时间变化，可说明反应达到平衡
D．加入催化剂，可提高CO2的平衡转化率
9．（2022·浙江·高二阶段练习）工业合成尿素以NH3和CO2作为原料，其能量转化关系如图。
已知2NH3(l)+CO2(g)=H2O(l)+H2NCONH2(l) △H=—103.7kJ·mol-1。下列有关说法正确的是
A．△S1>0，△H4>0
B．△H1=—10.0kJ·mol-1
C．H2NCONH4比H2NCONH2能量低，更稳定
D．过程③反应速率慢，使用合适催化剂可减小△H3而加快反应
10．（2022·河南·高二期中）下列说法正确的是
A．可逆反应FeCl3+ 3KSCNFe(SCN)3 +3KCl达到平衡后，加入KCl固体，逆反应速率加快
B．中和同pH、同体积的NaOH溶液和氨水，消耗盐酸中HCl的物质的量相同
C．由Sn(s，灰)=Sn(s，白) △H =+2.1 kJ·mol-1可知，灰锡比白锡稳定
D．反应2C(s) +O2(g)=2CO(g) △H＜0，高温下才能自发进行
11．（2022·黑龙江·哈尔滨三中高二期末）合成氨是人类科学技术上的一项重大突破。
合成氨的反应原理为：，合成氨的简易流程图如下：
(1)步骤I：天然气中的杂质H2S常用氨水吸收。
步骤Ⅱ：制氢气的原理如下：
反应1：
反应2：
对于反应1，一定可以提高平衡体系中H2百分含量同时能加快反应速率的措施是___________。
A．升高温度 B．增大水蒸气的浓度
C．加入合适催化剂 D．增加压强
(2)对于反应，在一定条件下氨的平衡含量如表。
温度/℃ 压强/ 氨的平衡含量
200 10 81.5%
550 10 8.25%
①该反应为___________(填“吸热”或“放热”)反应。
②工业合成氨选用的条件是550℃、10 MPa，而非200℃、10 MPa，原因是________。
(3)在恒温恒容密闭容器中进行合成氨反应，起始投料时各物质浓度如下表：
单位：
投料I 1.0 3.0 0
投料II 0.5 1.5 1.0
①工业合成氨反应的平衡常数表达式为K=___________。
②投料I进行反应，测得达到化学平衡状态时H2的转化率为40%，计算该温度下合成氨反应的平衡常数K=___________。
③按投料II进行反应，起始时反应进行的方向为___________(填“正向”或“逆向”)。
(4)实际生产中，常用工艺条件：作催化剂，控制温度773 K，压强，原料气中N2和H2物质的量之比为1：2.8，在催化剂作用下的反应历程为(*表示吸附态)其中，N2的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。
化学吸附 → 表面反应 → 脱附
①分析说明原料气中过量的理由___________。
②步骤III-IV合成氨：，有关合成氨工艺说法正确的是___________。
A．当温度、压强一定时，在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率
B．步骤III：分离空气可得N2，通过天然气和水蒸气转化可得H2，然后将所得原料气直接混合，经加压、热交换后制得合成氨
C．步骤IV：热交换过程中控制反应的温度为(773 K)，远高于室温，是为了保证尽可提高平衡转化率和加快反应速率
D．步骤V基于NH3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
12.（2022·吉林·长春市第二中学高二期末）工业废气二氧化碳催化加氢也可合成甲醇：，在密闭容器中投入和，在不同条件下发生反应，实验测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化如图所示。
(1)该反应的_______0(填“>”“<”或“=”，下同)。
(2)M、N两点的化学反应速率：_______，判断理由是_______。
(3)为提高的转化率，除可以改变温度和压强外，还可以采取的措施有_______、_______。
(4)若时，在密闭容器中反应，达平衡时恰好处于图中M点，则N点对应的平衡常数_______(保留两位小数)。
13．（2021·湖南·高二阶段练习）德国人哈伯在1905年发明了合成氨的方法，其合成原理为：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=-92.4kJ·mol-1，他因此获得了1918年诺贝尔化学奖。合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径，解决了亿万人口生存问题。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2L的密闭容器内充入1molN2和3molH2，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，并用压力计监测容器内压强的变化如下表：
反应时间/min 0 5 10 15 20 25 30
压强/MPa 16.80 14.78 13.86 13.27 12.85 12.60 12.60
则从反应开始到25min时，以H2表示的平均反应速率=_______。
(2)合成氨反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，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φ(NH3)与温度、压强的关系如图所示。则：
A、B两点的化学反应速率较大的是_______ (填“A点”或“B点”)。在250°C、1.0×104kPa下，化学平衡常数表达式为K=_______。
(3)随着温度升高，单位时间内NH3的产率增大，温度高于900°C以后，单位时间内NH3的产率开始下降的原因可能是：升高温度催化剂活性降低；_______。
(4)工业上可以利用氨气生产氢氰酸(HCN)的反应为：NH3(g)+CH4(g) 3H2(g)+HCN(g) ΔH>0，在其他条件一定，该反应达到平衡时NH3转化率随外界条件Y变化的关系如图所示，Y代表_______(填字母代号)。
A．原料中CH4与NH3的体积比 B．温度 C．压强
(5)工业合成氨反应为：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，当进料体积比V(N2)：V(H2)=1：3时，平衡气体中NH3的物质的量分数随温度和压强变化的关系如图所示：500°C、压强为10P0时，Kp=_______[Kp为平衡分压代替平衡浓度计算求得的平衡常数(分压=总压×物质的量分数)，用P0的代数式表示]。
(6)我国科研人员发现在反应CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)使用Pt单原子催化剂有着高达90%以上的甲醇选择性。反应历程如下图，其中TS表示过渡态，吸附在催化剂表面上的物种用*表示。
上述能垒(活化能)为1.15eV的反应为_______。考点2 化学反应的调控
化学反应的调控
化学反应的调控，就是通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进
行。在实际生产中常常需要结合设备条件、安全操作经济成本等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找一个适宜的生产条件。此外，还要根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析，权衡利弊，才能实施生产。
2. 选择化工生产的适宜条件
①选择化工生产的适宜条件的角度
分析角度 原则要求
化学反应速率 既不能过快，又不能太慢
化学平衡移动 既要注意外界条件对速率和平衡的影响的一致性，又要注意两者影响矛盾性
原料利用率 增加廉价易得原料，提高高价难得原料利用率，从而降低生产成本
实际生产能力 如设备承受高温、高压的能力等
催化剂的使用 注意催化剂的活性，对温度的限制
②实际生产情景中还常涉及的因素
化学反应的副反应和催化剂的选择性。通过分析不同温度下目标产物的质量（物质
的量）分数和副产物的质量分数的变化或产物的产率变化等情景来分析温度的选择；通过不同催化剂作用下产物的选择性、原料的转化率来判断催化剂的选择。
（2）反应物的起始投料比。通过分析起始投料比与原料转化率的图象来判断应选择的起始投料比。
1．（2021·广东·广州市真光中学高二阶段练习）自然界中存在天然的大气固氮过程为：N2(g)+O2(g)2NO(g)，人工固氮则主要依靠工业合成氨，下列结论不正确的是
反应 大气固氮 工业固氮
温度/℃ 27 2000 25 350 400 450
平衡常数/K 3.84×10-31 0.1 5×108 1.847 0.507 0.152
A．工业固氮为熵减反应
B．常温下，大气固氮很难进行，而工业固氮却容易进行
C．人类大规模模拟大气固氮应用于工业上意义不大
D．工业固氮温度越低，氮气与氢气反应越完全
【答案】B
【解析】A．工业固氮：，反应气体分子数减小，所以为熵减反应，A正确；
B．平衡常数的大小是衡量反应进行的程度，平衡常数越大，说明反应进行越完全，与反应进行的难易程度无关，B错误；
C．大气固氮的进行程度很小，利用大气固氮原理进行工业生产，产率很小，没有实际意义，C正确；
D．由表格数据可知，温度降低，平衡常数增大，平衡正向移动，反应越完全，D正确；
2．（2022·广东梅州·高二期末）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；
3．（2022·浙江台州·高二期末）已知：，，下列关于合成氨工业的说法不正确的是
A．温度选择400～500℃是为了提高氮气的转化率
B．将原料气净化处理是为了防止其中混有的杂质使催化剂“中毒”
C．不选择过高压强的主要原因是压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高
D．迅速冷却、液化氨气是为了使化学平衡向生成氨气的方向移动
【答案】A
【解析】A．温度选择400～500℃是此时催化剂的活性最大，故A错误；
B．将原料气净化处理是为了防止其中混有的杂质使催化剂“中毒”而失去活性，故B正确；
C．不选择过高压强的主要原因是压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，增加生产成本，故C正确；
D．迅速冷却、液化氨气是为了减小生成物的浓度，使化学平衡向生成氨气的方向移动，故D正确；
4．（2022·浙江·丽水市教育教学研究院高二期末）氨对发展农业有着重要意义，也是重要的化工原料。合成氨的生产流程示意如下。
下列说法不正确的是
A．控制原料气=2.7~2.9，是因为N2相对易得，适度过量利于提高H2转化率
B．合成氨一般选择400~500℃进行，主要是让铁触媒的活性最大，平衡转化率高
C．热交换的目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离
D．中国科学家研制的新型锰系催化剂将合成氨的温度、压强分别降到了350℃、1MPa，显著降低合成氨的能耗
【答案】B
【解析】A．空气中N2含量充足，控制原料气=2.7~2.9，是因为N2相对易得，适度过量利于提高H2转化率，A正确；
B．合成氨一般选择400~500℃进行，主要是让铁触媒的活性最大，反应速率增大，温度升高，该反应的平衡转化率降低，B错误；
C．热交换将氨气的热量转给N2和H2，目的是预热原料气，同时对合成的氨气进行降温利于液化分离，C正确；
D．新型锰系催化剂将合成氨的温度、压强分别从400~500℃、10-30MP降到了350℃、1MPa，显著降低合成氨的能耗，D正确；
5．（2022·云南·丘北县第一中学校高二开学考试）对于合成氨工业，只从提高原料转化率看，从下列条件中选择最适宜的组合是
①高温 ②低温 ③低压 ④高压 ⑤催化剂 ⑥加氨 ⑦除氨
A．②④⑤ B．②④⑦ C．①④⑤ D．②③⑥
【答案】B
【解析】①合成氨工业，正反应放热，升高温度，平衡逆向移动，原料转化率减小；
②合成氨工业，正反应放热，降低温度，平衡正向移动，原料转化率增大；
③合成氨工业，正反应气体物质的量减小，减小压强，平衡逆向移动，原料转化率减小；
④合成氨工业，正反应气体物质的量减小，增大压强，平衡正向移动，原料转化率增大；
⑤催化剂不能使平衡移动，催化剂对原料转化率无影响；
⑥加氨，生成物浓度增大，平衡逆向移动，原料转化率减小；
⑦除氨，生成物浓度减小，平衡正向移动，原料转化率增大；
所以只从提高原料转化率看，最适宜的组合是低温、高压、除氨，选B。
6．（2022·广西·宾阳中学高二期末）下列过程在一定条件下能自发进行但不能用熵增解释的是
A．花香四溢 B．冰块融化 C．Na2CO3·10H2O风化 D．水蒸气冷凝
【答案】D
【解析】A．花香四溢自发进行，使体系的混乱程度增大，导致熵增加，A不符合题意；
B．冰块受热融化能够自发进行，水分子之间距离增大，体系的混乱程度增大，导致熵增加，B不符合题意；
C．Na2CO3·10H2O风化能够自发进行，风化使结晶水合物变为Na2CO3和蒸馏水，H2O分子之间距离增大，体系的混乱程度增大，导致熵增加，C不符合题意；
D．水蒸气遇冷会冷凝变为液体水，使水分子排列由无序变得有序，体系混乱程度减小，熵减小，因此该过程能自发进行但不能用熵增解释，D符合题意；
故合理选项是D。
7．（2022·河南·高二阶段练习）二氧化碳加氢可合成甲醇：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H。在某恒容密闭容器中充入一定量的CO2和H2，在不同条件下发生反应，实验测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化关系如图所示，下列说法正确的是
A．该反应的反应物总能量小于生成物的总能量
B．M点时，保持其他条件不变，仅充入少量稀有气体，反应速率加快
C．加入合适的催化剂，该反应的△H保持不变
D．T1K时，H2的平衡转化率：M【答案】C
【解析】温度升高甲醇物质的量减少，说明反应放热，升温平衡逆向移动，据此分析解题。
A．反应放热，该反应的反应物总能量高于生成物的总能量，A错误；
B．恒容密闭容器，M点时，保持其他条件不变，仅充入少量稀有气体，反应物浓度不变，反应速率不变，B错误；
C．加入合适的催化剂，该反应的△H保持不变，因为催化剂不会影响焓变值，C正确；
D．T1K时，甲醇的物质的量M ＞N，则M消耗的氢气大于N，H2的平衡转化率：M＞N，D错误；
8．（2022·广东·揭阳市榕城区仙桥中学高二期中）将CO2转化为燃料甲醇是实现碳中和的途径之一、在恒温恒容密闭容器中进行反应：CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g) H，下列有关说法正确的是
A．若升高温度，反应逆向进行，则 H<0
B．正反应为熵增过程， S>0
C．若混合气体的密度不随时间变化，可说明反应达到平衡
D．加入催化剂，可提高CO2的平衡转化率
【答案】A
【解析】A．若升高温度，反应向逆反应方向进行，说明该反应为放热反应，反应 H<0，故A正确；
B．由方程式可知，该反应是一个气体体积减小的反应，反应 S<0，故B错误；
C．由质量守恒定律可知，反应前后气体的质量相等，在恒温恒容密闭容器中混合气体的密度始终不变，则混合气体的密度保持不变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C错误；
D．加入催化剂，降低反应的活化能，反应速率加快，但化学平衡不移动，二氧化碳的平衡转化率不变，故D错误；
9．（2022·浙江·高二阶段练习）工业合成尿素以NH3和CO2作为原料，其能量转化关系如图。
已知2NH3(l)+CO2(g)=H2O(l)+H2NCONH2(l) △H=—103.7kJ·mol-1。下列有关说法正确的是
A．△S1>0，△H4>0
B．△H1=—10.0kJ·mol-1
C．H2NCONH4比H2NCONH2能量低，更稳定
D．过程③反应速率慢，使用合适催化剂可减小△H3而加快反应
【答案】B
【解析】A．二氧化碳气体转化为液态二氧化碳是一个熵减的过程，故A错误；
B．由盖斯定律可知，①+②+③得反应2NH3(l)+CO2(g)=H2O(l)+H2NCONH2(l)，则△H=△H1+△H2+△H3=△H1+(—109.2kJ·mol-1)+(+15.5kJ·mol-1)=-103.7，则△H1=—10kJ·mol-1，故B正确；
C．反应③为吸热反应说明H2NCONH4比液态水和H2NCONH2的总能量低，无法比较H2NCONH4比H2NCONH2的能量高低，所以无法判断两者的稳定性强弱，故C错误；
D．过程③使用合适催化剂可降低反应的活化能，但不改变反应热△H3的大小，故D错误；
10．（2022·河南·高二期中）下列说法正确的是
A．可逆反应FeCl3+ 3KSCNFe(SCN)3 +3KCl达到平衡后，加入KCl固体，逆反应速率加快
B．中和同pH、同体积的NaOH溶液和氨水，消耗盐酸中HCl的物质的量相同
C．由Sn(s，灰)=Sn(s，白) △H =+2.1 kJ·mol-1可知，灰锡比白锡稳定
D．反应2C(s) +O2(g)=2CO(g) △H＜0，高温下才能自发进行
【答案】C
【解析】A．可逆反应FeCl3+3KSCNFe(SCN)3 +3KCl，实质为：Fe3++3SCN-Fe(SCN)3，因此加入KCl固体，不会影响反应速率，A错误；
B．中和相同pH、相同体积的NaOH溶液和氨水，消耗HCl物质的量与碱的物质的量成正比，由于氨水中，NH3·H2O为弱碱，因此等体积等pH值的NaOH溶液和氨水，碱的物质的量：NaOH小于氨水，则氨水消耗的HCl的物质的量多，B错误；
C．由Sn(s，灰)=Sn(s，白) △H =+2.1 kJ·mol-1可知，该反应为吸热反应，则灰锡的能量比白锡低，能量越高越不稳定，故灰锡比白锡稳定，C正确；
D．反应2C(s) +O2(g)=2CO(g)的△H＜0，气体分子数增多，则△S＞0，因此常温下，△G=△H-T△S＜0，反应也能自发进行，D错误；
11．（2022·黑龙江·哈尔滨三中高二期末）合成氨是人类科学技术上的一项重大突破。
合成氨的反应原理为：，合成氨的简易流程图如下：
(1)步骤I：天然气中的杂质H2S常用氨水吸收。
步骤Ⅱ：制氢气的原理如下：
反应1：
反应2：
对于反应1，一定可以提高平衡体系中H2百分含量同时能加快反应速率的措施是___________。
A．升高温度 B．增大水蒸气的浓度
C．加入合适催化剂 D．增加压强
(2)对于反应，在一定条件下氨的平衡含量如表。
温度/℃ 压强/ 氨的平衡含量
200 10 81.5%
550 10 8.25%
①该反应为___________(填“吸热”或“放热”)反应。
②工业合成氨选用的条件是550℃、10 MPa，而非200℃、10 MPa，原因是________。
(3)在恒温恒容密闭容器中进行合成氨反应，起始投料时各物质浓度如下表：
单位：
投料I 1.0 3.0 0
投料II 0.5 1.5 1.0
①工业合成氨反应的平衡常数表达式为K=___________。
②投料I进行反应，测得达到化学平衡状态时H2的转化率为40%，计算该温度下合成氨反应的平衡常数K=___________。
③按投料II进行反应，起始时反应进行的方向为___________(填“正向”或“逆向”)。
(4)实际生产中，常用工艺条件：作催化剂，控制温度773 K，压强，原料气中N2和H2物质的量之比为1：2.8，在催化剂作用下的反应历程为(*表示吸附态)其中，N2的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。
化学吸附 → 表面反应 → 脱附
①分析说明原料气中过量的理由___________。
②步骤III-IV合成氨：，有关合成氨工艺说法正确的是___________。
A．当温度、压强一定时，在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率
B．步骤III：分离空气可得N2，通过天然气和水蒸气转化可得H2，然后将所得原料气直接混合，经加压、热交换后制得合成氨
C．步骤IV：热交换过程中控制反应的温度为(773 K)，远高于室温，是为了保证尽可提高平衡转化率和加快反应速率
D．步骤V基于NH3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
【答案】(1)A
(2) 放热 温度较高、催化剂的活性较好，有利于提高合成氨反应的速率(催化剂活性、温度角度皆可)
(3) 逆向
(4) N2在原料气中相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率，N2的吸附分解反应是决速步骤，适度过量有利于加快反应速率。 D
【解析】
(1)反应1的正反应是气体体积增大的吸热反应。
A．升高温度，化学反应速率加快，化学平衡正向移动，H2的平衡含量增大，A符合题意；
B．增大水蒸气的浓度，化学反应速率加快，化学平衡正向移动，但平衡移动的趋势是微弱的，平衡移动使H2的增加量远小于水蒸气浓度的增大量，最终达到平衡时H2的含量减少，B不符合题意；
C．加入合适催化剂只能加快反应速率，而不能使化学平衡发生移动，因此平衡时H2的百分含量不变，C不符合题意；
D．增加压强化学反应速率加快；但增大压强化学平衡逆向移动，导致平衡时H2的百分含量减小，D不符合题意；
故合理选项是A；
(2)①在其它条件不变时，升高温度，NH3的平衡含量降低，说明升高温度，化学平衡逆向移动，逆反应为吸热反应，则该反应的正反应是放热反应；
②工业合成氨选用的条件是550℃、10 MPa，而非200℃、10MPa，这是由于温度较高、催化剂的活性较好，有利于提高合成氨反应的速率(催化剂活性、温度角度皆可)；
(3)①化学平衡常数是可逆反应达到平衡状态时各种生成物浓度幂之积与各种反应物浓度幂之积的比，则该反应的化学平衡常数K=；
②在反应开始时c(N2)=1.0 mol/L，c(H2)=3.0 mol/L，c(NH3)=0，反应达到平衡时H2的平衡转化率为40%，则△c(H2)=3.0 mol/L×40%=1.2 mol/L，△c(N2)=0.4 mol/L，则根据物质反应转化关系可知平衡时c(N2)=0.6 mol/L，c(H2)=1.8 mol/L，c(NH3)=0.8 mol/L，则该温度下合成氨反应的平衡常数K=；
③按投料II进行反应，起始时Qc=＞0.18，则反应逆向进行；
(4)①N2在原料气中相对易得，N2适度过量有利于提高H2的转化率，且N2的吸附分解反应是决速步骤，适度过量有利于加快反应速率；
②A．当温度、压强一定时，在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体，由于反应体系中各种物质的浓度不变，所以化学平衡不移动，故物质的平衡转化率不变，A不符合题意；
B．步骤III：分离空气可得N2，通过天然气和水蒸气转化可得H2，由于反应过程中需使用催化剂，为防止催化剂中毒，要先将所得原料气净化，然后再混合，经加压、热交换后再制得合成氨，B错误；
C．该反应的正反应是放热反应，但在步骤IV中的热交换过程中控制反应的温度为(773 K)，却远高于室温，这是为了加快反应速率，而不是提高物质的平衡转化率，C错误；
D．步骤V基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，即减小了生成物的浓度，利于化学平衡正向移动，从而提高反应物的平衡转化率，D正确；
故合理选项是D。
12.（2022·吉林·长春市第二中学高二期末）工业废气二氧化碳催化加氢也可合成甲醇：，在密闭容器中投入和，在不同条件下发生反应，实验测得平衡时甲醇的物质的量随温度、压强的变化如图所示。
(1)该反应的_______0(填“>”“<”或“=”，下同)。
(2)M、N两点的化学反应速率：_______，判断理由是_______。
(3)为提高的转化率，除可以改变温度和压强外，还可以采取的措施有_______、_______。
(4)若时，在密闭容器中反应，达平衡时恰好处于图中M点，则N点对应的平衡常数_______(保留两位小数)。
【答案】(1)<
(2) < 温度不变时，由题图可判断压强P2(3) 将产物甲醇液化移去 增大H2的浓度
(4)1.04
【解析】
(1)由图可知，随着温度的升高，平衡时甲醇的物质的量减小，说明平衡逆向移动，则该反应为放热反应，ΔH＜0，故答案为：＜；
(2)该反应是气体体积减小的反应，压强越大，平衡正向移动，平衡时甲醇的物质的量越大，则说明p1＞p2，温度相同，压强越大，反应速率越快，则v(N)＜v(M)，故答案为：＜；温度不变时，由题图可判断压强p1＞p2，压强越大，化学反应速率越快；
(3)将产物甲醇液化移去和增大H2的浓度都能使平衡正向移动，提高CO2的转化率，故答案为：将产物甲醇液化移去；增大H2的浓度；
(4)M、N点温度相同，则K(M)=K(N)，M点平衡时甲醇的物质的量为0.25mol，，，故答案为：1.04。
13．（2021·湖南·高二阶段练习）德国人哈伯在1905年发明了合成氨的方法，其合成原理为：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) △H=-92.4kJ·mol-1，他因此获得了1918年诺贝尔化学奖。合成氨技术的创立开辟了人工固氮的重要途径，解决了亿万人口生存问题。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2L的密闭容器内充入1molN2和3molH2，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，并用压力计监测容器内压强的变化如下表：
反应时间/min 0 5 10 15 20 25 30
压强/MPa 16.80 14.78 13.86 13.27 12.85 12.60 12.60
则从反应开始到25min时，以H2表示的平均反应速率=_______。
(2)合成氨反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，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φ(NH3)与温度、压强的关系如图所示。则：
A、B两点的化学反应速率较大的是_______ (填“A点”或“B点”)。在250°C、1.0×104kPa下，化学平衡常数表达式为K=_______。
(3)随着温度升高，单位时间内NH3的产率增大，温度高于900°C以后，单位时间内NH3的产率开始下降的原因可能是：升高温度催化剂活性降低；_______。
(4)工业上可以利用氨气生产氢氰酸(HCN)的反应为：NH3(g)+CH4(g) 3H2(g)+HCN(g) ΔH>0，在其他条件一定，该反应达到平衡时NH3转化率随外界条件Y变化的关系如图所示，Y代表_______(填字母代号)。
A．原料中CH4与NH3的体积比 B．温度 C．压强
(5)工业合成氨反应为：N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，当进料体积比V(N2)：V(H2)=1：3时，平衡气体中NH3的物质的量分数随温度和压强变化的关系如图所示：500°C、压强为10P0时，Kp=_______[Kp为平衡分压代替平衡浓度计算求得的平衡常数(分压=总压×物质的量分数)，用P0的代数式表示]。
(6)我国科研人员发现在反应CO2(g)+3H2(g) CH3OH(g)+H2O(g)使用Pt单原子催化剂有着高达90%以上的甲醇选择性。反应历程如下图，其中TS表示过渡态，吸附在催化剂表面上的物种用*表示。
上述能垒(活化能)为1.15eV的反应为_______。
【答案】(1)0.03mol/(L·min)
(2) B点
(3)合成氨反应为放热反应，升高温度，平衡向左移动，NH3产率下降
(4)C
(5)
(6)HCOO* (g)+H*+2H2(g)=HCOOH* (g)+2H2(g)或HCOO*(g)+H* = HCOOH*(g)
【解析】
【分析】
在同温度同体积的条件下，气体的物质的量之比等于压强之比，即：，解得x=0.5，即氮气变化量为0.5mol
(1)在同温度同体积的条件下，气体的反应速率之比等于化学计量数之比，由三段式可知：v(N2)= mol(L ·min)=0.01mol/(L ·min)； v(H2)=3 ×0.01=0.03mol/(L· min)
(2)该反应为非等体积反应，增大压强反应速率增大，结合图像可知B点温度比A点高，且B点压强也比A点大，故反应速率较大的为B点。根据化学平衡常数的定义，该条件下合成氨的平衡常数K = 。
(3)温度高于900 °C以后，NH3的产率下降，可能原因：①温度升高催化剂的活性降低；②合成氨的反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动。所以，合成氨反应为放热反应，升高温度，平衡向左移动，NH3产率下降。
(4)根据图示，Y越大，NH3转化率越小，平衡逆向移动，A.原料中甲烷的体积越大，平衡正向进行程度越高，氨气的转化率越高，故A错误； B.该反应为吸热反应，温度升高，平衡正向移动， NH3转化率增大，故B错误； C.该反应为气体物质的量增大的反应，增大压强平衡逆向移动，NH3转化率减小，故C正确。所以Y代表压强，答案选C。
(5)设平衡转化x molN2，反应时加入1 mol N2， 3 mol H2，列出三段式：
NH3的物质的量分数为100% = 20%， 解得x=，N2的物质的量分数为100%=100%=20%，H2的物质的量分数为1-20%-20%=60%，总压为10P0，平衡常数Kp =
(6)能垒(活化能)为1.15eV的是TS2过渡态，E=1.18eV-0.03eV=1.15eV， 反应的化学方程式： HCOO* (g)+H*+2H2(g)=HCOOH* (g)+2H2(g)或HCOO*(g)+H* = HCOOH*(g)