2.4 化学反应的调控
考点一 工业上合成氨
【例1-1】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。
【例1-2】工业合成氨是重要的人工固氮途径，它为农作物的生长提供了必需的氮元素，更为炸药、农药、染料等的生产提供了原料。工业合成氨的化学方程式为。恒温下，将与的混合气体通入一个固定容积的密闭容器中，模拟工业合成氨。回答下列问题：
(1)工业合成氨的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是_______(填标号)。
A． B．
C． D．
(2)若反应进行到某时刻t时，，，经过计算_______。
(3)反应达平衡时，混合气体的体积为716.8L(标准状况下)，其中的含量(体积分数)为25%，平衡时的物质的量为_______。
(4)原混合气体中，_______。
【答案】(1)C
(2)16
(3)8
(4)
【解析】（1）在用反应速率表示平衡状态时，必须符合“一正一逆，且等于系数之比”，A． 均表示正反应速率，不能说明正逆反应速率相等，故A错误；B． 反应已达到平衡状态时，，故B错误；C．反应已达到平衡状态时，，故C正确；D．反应已达到平衡状态时，，故D错误；故选C。
（2）若反应进行到某时刻t时，，则，又此时，则a=(13+3)mol=16 mol。
（3）反应达平衡时，混合气体的体积为716.8L(标准状况下)，物质的量为，其中的含量(体积分数)为25%，平衡时的物质的量为32mol×25%=8mol。
（4）根据以上信息可列三段式，则可得a - 4+b -12+8=32，解得a+b=40mol，由第2问知，a=16 mol，故b=24mol，则原混合气体中，。
【一隅三反】
1．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列操作与平衡移动无关的是
A．不断将氨分离出来
B．使用催化剂
C．采用500℃左右的高温而不是700℃的高温
D．采用2×107～5×107Pa的压强
【答案】B
【解析】A．把氨分离出来是减小生成物浓度，有利于平衡右移，选项A不符合；
B．使用催化剂仅是为增大反应速率，与平衡无关，选项B符合；
C．合成氨反应是放热反应，较低温度利于反应向右进行，与平衡移动有关，选项C不符合；
D．该反应是气体物质的量减小的反应，尽可能采取高压利于正反应，与平衡移动有关，选项D不符合；
答案选B。
2．硫酸、硝酸工业和合成氨是重要的化学工业，如图是利用黄铁矿生产硫酸的工艺流程图。
下列关于工业生产的说法错误的是
A．工业上制硝酸，各步转化均为氧化还原反应
B．工业制硫酸时，和的循环使用，可提高原料利用率
C．工业制硫酸时，加入水吸收时发生反应为
D．合成氨时，压强越大，产率越高，但实际生产中考虑到设备因素，通常采用10MPa~30MPa
【答案】C
【解析】A．工业制硝酸的反应有：4NH3+5O24NO+6H2O、2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO，各步均有N元素化合价的变化，属于氧化还原反应，A正确；
B．工业制硫酸时，反应2SO2+O22SO3是可逆反应，SO2和O2可以循环使用，B正确；
C．工业制硫酸时，为防止形成酸雾，应用98.3%的浓硫酸吸收SO3，C错误；
D．合成氨时，压强越大，平衡正向移动，产率越高，但增大压强会增大设备的成本，因此通常采用10MPa~30MPa，D正确；
故选C。
3．氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。合成氨工业中： N2+ 3H2 2NH3 ΔH<0，其化学平衡常数K与温度t的关系如表：
t/℃ 200 300 400
K K1 K2 0.5
完成下列填空：
(1)试比较K1、K2的大小，K1_______K2(填写“>”、“=”或“<”)
(2)400℃时，反应2NH3 N2+3H2的化学平衡常数的值为_______。当测得NH3和N2、H2的物质的量浓度分别为3mol/L和2mol/L、1mol/L时，则该反应v(N2)(正)_______v(N2)(逆)(填写“>”、“=”或“<”)
(3)在密闭恒容的容器中，下列能作为合成氨反应达到平衡的依据的是_______。
a.v(N2)(正)=3v(H2)(逆)
b.混合气体的密度保持不变
c.容器内压强保持不变
d.N2、H2、NH3的浓度之比为1：3：2
(4)甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。工业上一般采用下列两种反应合成甲醇。反应：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)。写出该反应的化学平衡常数表达式：K=_______；保持恒温恒容，将反应的平衡体系中各物质浓度均增大为原来的2倍，则化学平衡_______(填“正向”逆向”或“不”)移动，平衡常数K_______(填“变大”变小”或“不变”)。
【答案】(1)>
(2) 2 >
(3)c
(4) 正向 不变
【解析】（1）N2+ 3H2 2NH3 ΔH<0，正反应为放热反应，所以升高温度，平衡逆向移动，平衡常数K减小，故K1＞K2；
（2）2NH3 N2+3H2 是N2+ 3H2 2NH3的逆反应，故400℃时,；当NH3和N2、H2的物质的量浓度分别为3mol/L和2mol/L、1mol/L时，＜2=K，所以反应正向进行，即v(N2)(正) ＞v(N2)(逆)；
（3）N2+ 3H2 2NH3 ΔH<0，反应是气体体积减小的放热反应，则
a．不同物质的正逆反应速率之比等干其计量数之比是平衡状态，3v(N2)(正)= v(H2)(逆)
是平衡状态，v(N2)(正)=3v(H2)(逆) 不是平衡状态，故a错误；
b．如果是在密闭容器中反应，质量不变，体积不变，密度始终不变，故b错误;
c．容器内压强不变，气体的物质的量不变，该反应达平衡状态，故c正确；
d．容器内各物质的浓度之比等干计量数之比，不能证明正逆反应速率相等，故d错误;
故答案选c；
（4）CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)的化学平衡常数表达式：K=；保持恒温恒容，将反应的平衡体系中各物质浓度均增大为原来的2倍，相对于增大压强平衡向气体体积减小的方向移动即正向移动；平衡常数仅与温度有关，所以平衡常数K不变。
考点二 化学反应的调控
【例2-1】氢气是一种清洁能源，水煤气变换反应的制氢原理为：。某研究所探究CuO/的系列催化剂(包括C/Z-120、C/Z-250、C/Z-350、C/Z-450)在水煤气变换反应中的催化活性。常压下，原料气在不同温度下相同时间内CO的转化率如图：
工业生产中应选择的最佳反应条件为_______。
【答案】C/Z-250，240℃
【解析】由图示可知，催化剂C/Z-250的催化效果最好，反应温度为240℃时一氧化碳的转化率最大，再升高温度，一氧化碳的转化率基本不变，因此工业生产中应选择的最佳反应条件是C/Z-250作催化剂，反应温度为240℃。
【例2-2】合成氨的反应为N2＋3H22NH3＋Q(Q＞0)。下表是某次反应时NH3的浓度变化：
时间(min) 0 5 10 15 20
c(NH3)(mol/L) 0 0.30 0.44 0.50 0.50
完成下列填空：
(1)由表中数据计算0～10 min时，用H2表示的平均反应速率为___________。
(2)若要提高H2利用率，可采取的措施有___________、___________。
(3)若在氨水中逐滴滴加盐酸，则溶液的pH将___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)工业合成氨的条件是铁触媒、___________、___________，请用文字简述选择这些条件的原因___________。
【答案】(1)0.066 mol·L-1·min-1
(2) 增大N2投入量 分离出NH3
(3)减小
(4) 高温 高压 铁触媒作为催化剂可增大反应速率，高温能使催化剂的活性达到佳，高压使平衡朝正向移动增大产率
【解析】同一反应用不同物质表示的速率之比等于化学计量数之比。
(1)由表中数据可知0～10 min时，c(NH3)增加了0.44 mol/L，则v(NH3)==0.044mol·L-1·min-1，据分析，3v(NH3)=2v(H2)，用H2表示的平均反应速率v(H2)=×0.044mol·L-1·min-1=0.066 mol·L-1·min-1；
(2)根据平衡移动原理，若要提高H2利用率，则应使平衡正向移动，可采取的措施有增大N2投入量、分离出NH3、降低体系温度等；
(3)若在氨水中逐滴滴加盐酸，则溶液酸性逐渐增强，pH将减小；
(4)工业合成氨的条件是铁触媒、高温(400℃)、高压，铁触媒作为催化剂可增大反应速率，高温能使催化剂的活性达到最佳，高压使平衡朝正向移动增大产率。
【一隅三反】
1．对于可逆反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) (放热反应)，下列说法中正确的是
A．达到平衡时，反应物和生成物的浓度一定相等
B．在工业上，该反应的条件是：高温、高压、催化剂
C．加入催化剂，可以提高SO2的转化率
D．工业生产条件的选择，要综合考虑反应速率、化学平衡和实际情况
【答案】D
【解析】A．达到平衡时反应物和生成物浓度保持不变，但反应物和生成物的浓度不一定相等，A错误；
B．正反应是放热的可逆反应，且在常压下转化率已经很高，因此在工业上，该反应的条件是：适当温度、常压、催化剂，B错误；
C．加入催化剂，可以改变反应速率，不能改变平衡状态，因此不能提高SO2的转化率，C错误；
D．根据反应速率和平衡可判断工业生产条件的选择，一般要综合考虑反应速率、化学平衡和实际情况等，D正确；
答案选D。
2．（2022·云南·丘北县第一中学校高二开学考试）有平衡体系：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)(正反应为放热反应)，为了增加甲醇的产量，提高生产效益，应采取的正确措施是
A．高温、高压 B．适宜的温度、高压、催化剂
C．低温、低压 D．高温、高压、催化剂
【答案】B
【解析】由CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0知，该反应为放热、气体体积缩小的可逆反应；高温会使平衡逆向移动，不利于提高甲醇的产量，但温度太低，反应速率太慢，也不利用提高单位时间内的产量，且催化剂的活性需要在适当温度下达到最大值，所以温度应适当；高压既能使平衡正向移动，从而提高甲醇的产量，也可以加快反应速率；催化剂不能改变生成物的产量，但可提高反应速率；综上所述，合理的条件为适宜的温度、高压、催化剂，故选B。
3．硫化钴铜矿主要成分有CoS、CuS、CuFeS2、FeS2，还含有少量Mg、Ca等元素。一种热活化硫酸浸出工艺实现了钴和铜的高效回收利用，并较好解决了焙烧过程中二氧化硫的溢出问题。工艺流程如图所示：
回答下列问题：
“酸浸"过程中Co和Cu的浸出率受焙烧温度和时间的影响如下图所示。由图可知，“焙烧"过程中的最佳实验条件为_______。
【答案】500℃；20h
【解析】由焙烧温度图像可知，焙烧温度为500℃时，浸出率很大，再升高温度浸出率变化不大，由焙烧时间图像可知，焙烧时间为2.0h时，浸出率很大，再延长时间浸出率变化不大，因此“焙烧”的最佳实验条件为：500℃、20h。
4．通过控制其他实验条件不变，来研究原料粒度、提取时间和提取温度对青蒿素提取率的影响，其结果如下图所示，采用的最佳原料粒度、提取时间和提取温度分别为___________。
【答案】50目(40~60目)、100min、50℃
【解析】根据原料的粒度对青蒿素提取率的影响可知，50目时提取率最高；根据提取时间对青蒿素提取率的影响可知，时间为100分钟时提取率接近100%，再延长时间，对提取率影响不大；根据提取温度对青蒿素提取率的影响可知，温度为50℃提取率最高。故答案为：50目(40~60目)、100min、50℃。2.4 化学反应的调控
考点一 工业上合成氨
【例1-1】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
【例1-2】工业合成氨是重要的人工固氮途径，它为农作物的生长提供了必需的氮元素，更为炸药、农药、染料等的生产提供了原料。工业合成氨的化学方程式为。恒温下，将与的混合气体通入一个固定容积的密闭容器中，模拟工业合成氨。回答下列问题：
(1)工业合成氨的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是_______(填标号)。
A． B．
C． D．
(2)若反应进行到某时刻t时，，，经过计算_______。
(3)反应达平衡时，混合气体的体积为716.8L(标准状况下)，其中的含量(体积分数)为25%，平衡时的物质的量为_______。
(4)原混合气体中，_______。
【一隅三反】
1．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列操作与平衡移动无关的是
A．不断将氨分离出来
B．使用催化剂
C．采用500℃左右的高温而不是700℃的高温
D．采用2×107～5×107Pa的压强
2．硫酸、硝酸工业和合成氨是重要的化学工业，如图是利用黄铁矿生产硫酸的工艺流程图。
下列关于工业生产的说法错误的是
A．工业上制硝酸，各步转化均为氧化还原反应
B．工业制硫酸时，和的循环使用，可提高原料利用率
C．工业制硫酸时，加入水吸收时发生反应为
D．合成氨时，压强越大，产率越高，但实际生产中考虑到设备因素，通常采用10MPa~30MPa
3．氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。合成氨工业中： N2+ 3H2 2NH3 ΔH<0，其化学平衡常数K与温度t的关系如表：
t/℃ 200 300 400
K K1 K2 0.5
完成下列填空：
(1)试比较K1、K2的大小，K1_______K2(填写“>”、“=”或“<”)
(2)400℃时，反应2NH3 N2+3H2的化学平衡常数的值为_______。当测得NH3和N2、H2的物质的量浓度分别为3mol/L和2mol/L、1mol/L时，则该反应v(N2)(正)_______v(N2)(逆)(填写“>”、“=”或“<”)
(3)在密闭恒容的容器中，下列能作为合成氨反应达到平衡的依据的是_______。
a.v(N2)(正)=3v(H2)(逆)
b.混合气体的密度保持不变
c.容器内压强保持不变
d.N2、H2、NH3的浓度之比为1：3：2
(4)甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。工业上一般采用下列两种反应合成甲醇。反应：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)。写出该反应的化学平衡常数表达式：K=_______；保持恒温恒容，将反应的平衡体系中各物质浓度均增大为原来的2倍，则化学平衡_______(填“正向”逆向”或“不”)移动，平衡常数K_______(填“变大”变小”或“不变”)。
考点二 化学反应的调控
【例2-1】氢气是一种清洁能源，水煤气变换反应的制氢原理为：。某研究所探究CuO/的系列催化剂(包括C/Z-120、C/Z-250、C/Z-350、C/Z-450)在水煤气变换反应中的催化活性。常压下，原料气在不同温度下相同时间内CO的转化率如图：
工业生产中应选择的最佳反应条件为_______。
【例2-2】合成氨的反应为N2＋3H22NH3＋Q(Q＞0)。下表是某次反应时NH3的浓度变化：
时间(min) 0 5 10 15 20
c(NH3)(mol/L) 0 0.30 0.44 0.50 0.50
完成下列填空：
(1)由表中数据计算0～10 min时，用H2表示的平均反应速率为___________。
(2)若要提高H2利用率，可采取的措施有___________、___________。
(3)若在氨水中逐滴滴加盐酸，则溶液的pH将___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
(4)工业合成氨的条件是铁触媒、___________、___________，请用文字简述选择这些条件的原因___________。
【一隅三反】
1．对于可逆反应2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) (放热反应)，下列说法中正确的是
A．达到平衡时，反应物和生成物的浓度一定相等
B．在工业上，该反应的条件是：高温、高压、催化剂
C．加入催化剂，可以提高SO2的转化率
D．工业生产条件的选择，要综合考虑反应速率、化学平衡和实际情况
2．（2022·云南·丘北县第一中学校高二开学考试）有平衡体系：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)(正反应为放热反应)，为了增加甲醇的产量，提高生产效益，应采取的正确措施是
A．高温、高压 B．适宜的温度、高压、催化剂
C．低温、低压 D．高温、高压、催化剂
3．硫化钴铜矿主要成分有CoS、CuS、CuFeS2、FeS2，还含有少量Mg、Ca等元素。一种热活化硫酸浸出工艺实现了钴和铜的高效回收利用，并较好解决了焙烧过程中二氧化硫的溢出问题。工艺流程如图所示：
回答下列问题：
“酸浸"过程中Co和Cu的浸出率受焙烧温度和时间的影响如下图所示。由图可知，“焙烧"过程中的最佳实验条件为_______。
4．通过控制其他实验条件不变，来研究原料粒度、提取时间和提取温度对青蒿素提取率的影响，其结果如下图所示，采用的最佳原料粒度、提取时间和提取温度分别为___________。
