【备考2024年】从巩固到提高 高考化学二轮微专题18 工业合成氨
一、选择题
1．（2021高二上·）下图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率而采取的措施是（ ）
A．①②③ B．①③⑤ C．②④⑤ D．②③④
【答案】C
【知识点】合成氨条件的选择
【解析】【解答】反应原理为N2（g）+3H2（g）2NH3（g），△H＜0，为提高原料转化率，应使平衡向正方向移动，
根据方程式反应前后气体的化学计量数的关系可知增大压强有利于平衡向正方向移动；正反应放热，升高温度不利用平衡向正反应方向移动，催化剂对平衡移动无影响，液化分离出氨气，可使生成物浓度减小，则可使平衡向正向移动，氮气和氢气的再循环，可增大反应物浓度，有利于平衡向正向移动，
故答案为：C．
【分析】
① 净化和干燥只是除杂，对原料转化率没有影响，排除；
② 增大压强有利于平衡正向移动，可以提高原料转化率；
③ 催化剂对原料转化率没有影响，同时该反应正向为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，不会提高原料转化率，排除；
④ 氨气液化分离出来，相当于减少生成物浓度，平衡正向移动，有利于提高原料转化率；
⑤ 氮气和氨气再循环，增大了生成物浓度，平衡正向移动，有利于提高原料转化率。
2．（2023高二上·德保期中）关于合成氨反应 ，下列说法不正确的是（ ）
A．使用高效催化剂能减小反应活化能
B．为了提高原料利用率，和循环使用
C．工业合成氨温度为700K是因为升高温度有利于提高的平衡转化率
D．恒温恒容下，若体系的总压强不再改变，说明该反应已达平衡状态
【答案】C
【知识点】化学平衡的影响因素；合成氨条件的选择
【解析】【解答】A、催化剂能改变反应历程，降低反应的活化能，故A不符合题意；
B、 和循环使用可提高原料利用率，故B不符合题意；
C、该反应为放热反应，高温不利于提高氢气的转化率，选择该温度是因为该温度下催化剂的活性最大，故C符合题意；
D、该反应是气体体积减小的反应，恒温恒容下，压强随反应发生变化，则当体系的总压强不再改变，说明该反应已达平衡状态，故D不符合题意；
故答案为：C。
【分析】A、使用催化剂能降低反应的活化能；
B、循环使用可提高原理利用率；
C、该反应为放热反应；
D、可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，反应体系中各物质的物质的量、物质的量浓度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不变。
3．（2023高二下·江西期中）工业合成氨的反应为： kJ·mol，用○、●分别表示H原子、N原子，表示催化剂，反应微观历程如下图所示，下列说法中错误的是（ ）
A．过程②→③吸收能量，过程③→④放出能量
B．使用新型催化剂可使与在较低温度和压强下合成
C．合成氨反应达平衡时，反应速率关系：
D．合成氨工业中采用循环操作的主要目的是提高与的利用率
【答案】C
【知识点】工业合成氨；化学反应中能量的转化；化学反应速率；催化剂
【解析】【解答】A．过程②→③化学键断裂吸收能量，过程③→④化学键形成放出能量，A不符合题意；
B．使用新型催化剂可降低反应活化能，可使N2与H2在较低温度和压强下合成NH3，B不符合题意；
C．反应速率之比等于化学计量系数之比，当 时，v正（NH3）=4/9v逆（NH3），未达平衡，C符合题意；
D．合成氨工业中采用循环操作的主要目的是及时分离出NH3，N2和H2循环利用，可提高N2与H2的利用率，D不符合题意；
故答案为：C
【分析】
A．化学键断裂吸收能量，化学键形成放出能量；
B．使用新型催化剂可降低反应活化能；
C．反应速率之比等于化学计量系数之比；
D．提高反应物的利用率。
4．（2023高二上·浙江期中）下列有关工业合成氮反应： 的说法不正确的是（ ）
A．合成氨采取循环操作目的是提高氮气和氢气的利用率
B．除原料气中CO反应： ，适宜低温高压环境
C．合成塔压强调控在10MPa~30MPa之间，是对生产设备条件和经济成本的综合考虑结果
D．合成塔使用热交换控制体系温度400~500℃左右，主要目的是有利于平衡正向移动
【答案】D
【知识点】工业合成氨；合成氨条件的选择
【解析】【解答】A、合成氨反应为可逆反应，氮气和氢气不能完全转化为产物NH3，采取循环操作能提高氮气和氢气的利用率，故A不符合题意；
B、该反应为气体体积减小的放热反应，降低温度或增大压强，均能使平衡正向移动，故除原料气中CO适宜低温高压环境，故B不符合题意；
C、增大压强有利于氨的合成，但是压强过大会增加设备成本，因此合成塔压强调控在10MPa~30MPa之间，是对生产设备条件和经济成本的综合考虑结果，故C不符合题意；
D、合成塔使用热交换控制体系温度400~500℃左右，主要目的是使催化剂铁活性达到最佳状态，故D符合题意；
故答案为：D。
【分析】A、合成氨的反应为可逆反应；
B、该反应的 、；
C、压强增大，对设备要求变高；
D、温度会影响催化剂活性。
5．（2023高二上·长春月考）对于工业合成氨反应，以下分析错误的是（ ）
A．可以通过改变温度、压强控制合成氨的反应限度
B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应，提高氨气的产率
C．500℃左右比室温更有利于合成氨的反应，提高氨气的产率
D．合成氨工业采用高压，不仅能提高转化率，还能缩短到达平衡的时间
【答案】C
【知识点】工业合成氨；合成氨条件的选择
【解析】【解答】A.改变温度，压强可以改变合成氨的限度，故A不符合题意；
B.高压促使平衡向右移动，提高氨气的产率，故B不符合题意；
C.正反应是放热反应，温度过高不利于氨气产率的提高，故C符合题意；
D.合成氨工业采用高压可以提高转化率和缩短平衡时间，故D不符合题意；
故答案为：C
【分析】对于合成氨反应，正反应是放热，温度过高不利于合成氨的产率，增大压强可提高转化率结合选项判断。
6．（2023高二上·成都月考）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。下的合成氨反应：
下列关于工业合成氨条件选择的说法，正确的是（ ）
A．下该反应的，必须降低温度以保证合成氨顺利进行
B．增压有利于合成氨平衡正向移动，因此实际工业中反应压强越大越好
C．通过液化分离的方式不断移除产品，有利于增大反应平衡常数，促进反应正向进行
D．原料气进入合成塔之前，须经过干燥净化，以防止催化剂中毒
【答案】D
【知识点】合成氨条件的选择
【解析】【解答】A.依据ΔG=ΔH-TΔS＜0分析；下该反应的， 反应不自发，故A错误；
B.增压有利于合成氨平衡正向移动，理论上压强越大越好，但压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，需要的动力也越大，会大大增加生产投资，因此实际工业中反应压强一般为，B错误；
C.反应平衡常数只与温度有关，温度不变，K不变，C错误；
D.催化剂中毒是因吸附或沉积毒物而使催化剂活性降低或丧失的过程，因此为了防止混有的杂质使催化剂中毒，原料气进入合成塔之前，须经过干燥净化，D正确；
故选D。
【分析】A.依据ΔG=ΔH-TΔS＜0分析；
B.理论应与实际相结合；
C.反应平衡常数只与温度有关；
D.催化剂中毒是因吸附或沉积毒物而使催化剂活性降低或丧失的过程。
7．（2023高二下·闵行期末）有关合成氨反应的说法，正确的是（ ）
A．根据计算，常温下合成氨反应的ΔH-TΔS<0，所以常温下的反应速率很快
B．升高温度，既可以加快合成氨的速率，又可以提高平衡转化率
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
【知识点】工业合成氨
【解析】【解答】A. 常温下合成氨反应的ΔH-TΔS<0， 只能说明反应能自发反应与反应速率快慢无关，故A不符合题意；
B.合成氨是放热反应，温度升高逆向反应，转化率降低，故B不符合题意；
C. 工业合成氨的反应是熵减小的放热反应 ，ΔH-TΔS无法判断，故C不符合题意；
D.工业合成氨的反应是熵减小的放热反应 ，ΔH-TΔS可在常温下自发反应，故D符合题意；
故答案为：D
【分析】根据题意可知，工业合成氨的反应是熵减小的放热反应 ，ΔH-TΔS可在常温下自发反应；ΔH-TΔS只能决定反应是否自发反应不能通过其判断反应速率；升高温度，平衡逆向移动，结合选项判断。
8．（2023高一下·顺德期中）下图所示为工业合成氨的流程图。下列有关生产条件的调控作用分析错误的是（ ）
A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒
B．步骤②“加压”可以加快反应速率，但压强过高，氨的产率会降低
C．步骤③一般选择控制反应温度为400~500℃，因为在该温度下催化剂的活性最大
D．步骤④⑤有利于提高原料的利用率，能节约生产成本
【答案】B
【知识点】工业合成氨；合成氨条件的选择；氨的性质及用途
【解析】【解答】A.氮气和氢气净化干燥 可以防止催化剂中毒 ，A正确；
B.该反应为可逆反应，加压，使得平衡向气体检晓得方向进行，即正向，可以提高氨的产率，B错误；
C. 反应温度为400~500℃，因为在该温度下催化剂的活性最大，可以提高反应速率，C正确；
D.可逆反应中的氮气和氢气可以再次利用，进行合成氨，节约成本，D正确。
故答案为：B。
【分析】本题主要考查工业合成氨的流程。
首先分析该流程图：
氮气和氢气净化干燥后，得到纯净的氮气和氢气，加压，加入催化剂，进行反应，得到氨，未反应的反应物再次进行循环利用。
9．（2023高一下·玉溪期中）合成氨及其相关工业中，部分物质间的转化关系如下：
下列说法不正确的是（ ）
A．甲、乙、丙三种物质中都含有氮元素
B．反应II、III和Ⅳ的氧化剂相同
C．VI的产物可在上述流程中被再次利用
D．V中发生反应：NH3 + CO2 + H2O + NaCl = NaHCO3↓+ NH4Cl
【答案】B
【知识点】工业合成氨
【解析】【解答】A、由分析可知，甲为氮气，乙为一氧化氮，丙为二氧化氮，三种物质都含有氮元素，故A正确；
B、反应Ⅱ、反应Ⅲ的氧化剂为氧气，反应Ⅳ为二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮，氧化剂为二氧化氮，故B错误；
C、碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、水和二氧化碳，二氧化碳可在反应Ⅴ中被再次利用，故C正确；
D、反应Ⅴ为向饱和NaCl溶液中通入氨气和二氧化碳生成碳酸氢钠的反应，反应的化学方程式为：NH3 + CO2 + H2O + NaCl = NaHCO3↓+ NH4Cl，故D正确；
故答案为：B。
【分析】甲和氢气反应生成氨气，则甲为氮气，丙可以制得硝酸，二氧化氮和水反应生成硝酸，则丙为二氧化氮，乙为一氧化氮，丁加热得到纯碱，则丁为碳酸氢钠。
10．（2023·徐汇模拟）有关工业合成氨的说法错误的是（ ）
A．不断移去液氨，有利于反应正向进行
B．400~500℃时，原料的平衡转化率最大
C．增大压强，氨的分解速率增加
D．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒
【答案】B
【知识点】工业合成氨
【解析】【解答】A．如果改变可逆反应的条件(如浓度、压强、温度等)，化学平衡就被破坏，并向减弱这种改变的方向移动，不断将氨气液化，降低生成物浓度，有利于平衡正向移动，故A不符合题意；
B．合成氨是放热反应，升高温度平衡逆向移动，原料的平衡转化率降低，控制温度为400℃～500℃是因为此温度催化剂的活性最高，反应速率较大，生产效率较高，故B符合题意；
C．增大压强，化学反应速率增大，氨的分解速率增加，故C不符合题意；
D．制备原料气过程中会产生其它杂质，为防止催化剂中毒和安全，原料气须经过净化处理，故D不符合题意；
故答案为：B。
【分析】A、减少生成物的浓度，平衡朝正向移动；
B、合成氨为放热反应，升高温度，平衡朝吸热方向移动；
C、增大压强，平衡朝气体系数缩小的方向移动；
D、催化剂可以加快反应速率，催化剂中毒会导致合成效果变差。
11．（2023高二下·山西月考）合成氨反应是一种有效的工业固氮方法，解决了数亿人口生存问题。诺贝尔奖获得者埃特尔提出了合成氨反应吸附解离的机理，通过实验测得合成氨过程中能量(E)变化如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用“ad”表示。下列说法正确的是
A．该反应中，反应物总能量比反应产物的总能量高
B．该反应历程中的决速步骤为
C．使用催化剂后，合成氨反应的和活化能均改变
D．工业上通常让合成氨反应在高温高压条件下进行来提高的平衡产率
【答案】A
【知识点】工业合成氨；活化能及其对化学反应速率的影响；化学平衡的调控；活化分子
【解析】【解答】A.由合成氨过程中能量(E)变化图可以看出，该反应为放热反应，反应物总能量比反应产物的总能量高，A正确；
B.活化能越大，反应速率越慢，决定反应速率，从能量(E)变化图中可以看出活化能最大的一步是
，其活化能高于106KJ/mol，B错误；
C.催化剂不影响反应的焓变，C错误；
D.合成氨是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，降低原料的平衡转化率，D错误；
故答案为：A
【分析】反应历程中活化能最大的反应是决速步；使用催化剂可以减小反应的活化能，但不会改变反应的焓变。
12．（2023高一下·长沙月考）合成氨及其衍生工业是化工生产的重要门类，请结合图示判断下列说法正确的是
A．可用排空气法收集气体1
B．用湿润的淀粉试纸可以鉴别气体2和溴蒸气
C．在饱和NaCl溶液中先通入过量，再通入过量可得到固体1
D．相同条件下，1L气体1、2的混合气(体积比为)与在一定条件下转化为对环境无害的物质，反应方程式为
【答案】D
【知识点】工业合成氨；氮的氧化物的性质及其对环境的影响
【解析】【解答】 A．NO可与空气中的氧气反应生成二氧化氮，故A错误；
B．NO2和溴蒸气都可以使湿润的淀粉 KI试纸变蓝，故B错误；
C．CO2在水中溶解度不大，氨气在水中溶解度大，因此应先通入过量NH3，故C错误；
D．相同条件下，气体的物质的量与体积成正比，则NH3、NO、NO2按2：1：1的比例反应，转化为对环境无害的物质，即N2和H2O，故D正确。
故答案为：D。
【分析】 由图可知氨气催化氧化生成NO，则气体1为NO，一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮，则气体2为NO2，NO2与水反应生成硝酸，氨气与氯化钠、二氧化碳、水反应生成碳酸氢钠，碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、二氧化碳和水，则固体1为NaHCO3，NaHCO3受热分解生成的固体2为Na2CO3。
13．（2022高二上·如皋期末）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
【答案】D
【知识点】合成氨条件的选择
【解析】【解答】A． 正反向气体分子总数减小，，A不符合题意；
B． 采用的高温是有利于提高催化剂活性、提供反应速率，正反应是放热反应，升温平衡左移、平衡转化率小，B不符合题意；
C． 采用的高压能增大反应速率、能使平衡右移，但平衡常数只受温度影响，故增压不影响平衡常数， C不符合题意；
D．使用铁触媒可以降低反应的活化能、加快反应速率，D符合题意；
故答案为：D。
【分析】A． 依据反应中气体分子变化判断；
B． 依据催化剂活性判断；
C．平衡常数只受温度影响；
D．使用催化剂可以降低反应的活化能、加快反应速率。
14．（2022高一下·罗庄期中）工业上，合成氨反应N2 + 3H2 2NH3的微观历程如图所示。用、、分别表示N2、H2、NH3，下列说法错误的是
A．①→② 催化剂在吸附N2、H2时，未形成新的化学键
B．②→③ 形成N原子和H原子是放热过程
C．③→④形成了新的化学键
D．使用合适的催化剂，能提高合成氨反应的速率
【答案】B
【知识点】工业合成氨
【解析】【解答】A选项，①→②催化剂在吸附N2、H2时，从图中看没有化学键的形成也没有断裂，故A不符合题意；
B选项，②→③断裂成N原子和H原子是吸热过程，故B符合题意；
C选项，③→④形成了新的化学键，形成了氮氢键，故C不符合题意；
D选项，使用合适的催化剂，能提高合成氨反应的速率，故D不符合题意；
故答案为：B。
【分析】A、结合图示可以看出氮气和氢气没有化学键的断裂和形成；
B、断键吸热；
C、结合图示可以看出氮原子和氢原子形成新的化学键；
D、催化剂可以提高反应速率。
15．（2021高二上·临渭期末）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．为保持足够高的原料转化率，应在反应达到一定时间时将氨从混合气中分离出去
【答案】C
【知识点】工业合成氨；合成氨条件的选择
【解析】【解答】A．步骤①中“净化”是除去杂质，以防止铁催化剂中毒，故A不符合题意；
B．合成氨的反应为气体分子数减小的反应，加压有利于平衡正向移动，提高原料转化率，加压也可以提高反应速率，故B不符合题意；
C．催化剂只能提高反应速率，不能提高平衡转化率，合成氨反应为放热反应，高温不利于平衡正向移动，而液化分离出NH3和N2、H2的循环再利用均可以使平衡正向移动，所以步骤④、⑤有利于提高原料平衡的转化率，步骤③不能，故C符合题意；
D．在反应达到一定转化率时及时将氨从混合气中分离出去，可使平衡正向移动，能保持足够高的原料转化率，故D不符合题意；
故答案为：C。
【分析】A、杂质会导致催化剂中毒；
B、增大压强，朝气体缩小的方向移动；
C、温度升高，朝吸热方向移动；
D、减小氨气的浓度，使平衡朝正向移动。
16．（2021高二上·丽水期末）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。
下列说法错误的是（ ）
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
【知识点】合成氨条件的选择
【解析】【解答】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不符合题意；
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符合题意；
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不符合题意；
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不符合题意；
故答案为：B。
【分析】A.可逆反应中，增大一种反应物的浓度，另一种反应物的转化率增大；
B.合成氨的反应为放热反应，升温平衡逆向移动；
C.热交换的目的就是将氨气的热量传给氮气和氢气，对原料气进行预热；
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。
二、非选择题
17．（2023高二下·闵行期末）有人设计了如图装置模拟工业合成氨(图中夹持装置均已略去)。
[实验操作]
①检查实验装置的气密性后，关闭弹簧夹a、b、c、d、e。在A中加入锌粒，向长颈漏斗注入一定量稀硫酸。打开弹簧夹c、d、e，则A中有氢气发生。在F出口处收集氢气并检验其纯度。
②关闭弹簧夹c，取下截去底部的细口瓶C，打开弹簧夹a，将氢气经导管B验纯后点燃，然后立即罩上无底细口瓶C，塞紧瓶塞，如图所示。氢气继续在瓶内燃烧，几分钟后火焰熄灭。
③用酒精灯加热反应管E，继续通氢气，待无底细口瓶C内水位下降到液面保持不变时，打开弹簧夹b，无底细口瓶C内气体经D进入反应管E，片刻后F中的溶液变红。
回答下列问题：
（1）检验氢气纯度的目的是 。
（2）C瓶内水位下降到液面保持不变时，A装置内发生的现象是 ，防止了实验装置中压强过大。C瓶内气体的成分是 。
（3）在步骤③中，先加热铁催化剂的原因是 。
【答案】（1）防止H2和空气混合气体在E处受热时爆炸
（2）酸会流回长颈漏斗中，和Zn脱离，使反应停止；N2和H2
（3）铁触煤在较高温度时活性增大，加快氨合成的反应速率
【知识点】工业合成氨；合成氨条件的选择
【解析】【解答】（1）加热不纯净的氢气可能发生爆炸，因此需要进行氢气的纯度检验；
（2） C瓶内水位下降到液面保持不变时 ，说明压强已经稳定，此时氢气和氮气混和均匀，C中的气体成分是H2和N2； A中的稀硫酸进入到长颈漏斗中，和锌粒脱离接触，反应停止；
（3）先加热催化剂，催化剂需一定温度下才能发挥最大活性，故升高温度可升高催化剂活性，可提高合成氨的反应速率；
【分析】（1）考虑氢气是可燃性气体，不检验纯度容易发生爆炸。
（2）考虑反应停止主要由于酸和固体脱离接触，此时氢气和氮气混合均匀。
（3）考虑催化剂的发挥最大活性需要达到一定温度，因此提前加热。
18．（2023高二下·昭通期中）
（1）哈伯发明用氮气和氢气合成氨的方法，获得了1918年诺贝尔化学奖。其原理为 ， (填“>”“<”或“=”)0。
下列关于工业合成氨的说法不正确的是 (填标号)。
A．因为，所以该反应一定能自发进行
B．采用高压是为了增大反应速率，但会使反应物的转化率降低
C．在高温下进行是为了提高反应物的转化率
D．使用催化剂增大反应速率是因为催化剂降低了反应的活化能
（2）在恒温恒容密闭容器中进行合成氨的反应，下列能说明该反应已达到平衡状态的是 (填标号)。
a．容器内、、的浓度之比为1∶3∶2
b．
c．容器内压强保持不变
d．混合气体的密度保持不变
（3）工业上合成氨的部分工艺流程如图：
请用平衡移动原理解释在工艺流程中及时分离出氨气和将分离后的原料气循环使用的原因 。
（4）某科研小组研究在其他条件不变的情况下，改变起始时氢气的物质的量对工业合成氨反应的影响。实验结果如图所示(图中T表示温度，n表示的物质的量)。
①图中和的关系： (填“>”“<”或“=”)。
②a、b、c、d四点所处的平衡状态中，的转化率最高的是 (填字母)。
（5）恒温下，向一个4L的密闭容器中充入5.2mol和2mol，反应过程中对的浓度进行测定，得到的数据如表所示：
时间/min 5 10 15 20 25 30
0.08 0.14 0.18 0.20 0.20 0.20
①此条件下该反应的化学平衡常数 。
②若维持容器容积不变，温度不变，向原平衡体系中加入、和各4mol，化学平衡将向 (填“正”或“逆”)反应方向移动。
（6）已知：
写出氨气催化氧化生成NO和水蒸气的热化学方程式 。
【答案】（1）<；D
（2）bc
（3）减小生成物的浓度，可使平衡正向移动，提高产率；将分离后的原料气循环利用可提高原料的利用率
（4）<；c
（5）0.1；正
（6）
【知识点】工业合成氨；盖斯定律及其应用；化学平衡移动原理；化学平衡状态的判断；化学平衡转化过程中的变化曲线；化学平衡的计算
【解析】【解答】（1）该反应式气体体积减小的反应，为熵减反应，即 <0；
A、当ΔH-TΔS<0时，反应能自发进行，故A错误；
B、增大压强，该反应的平衡正向移动，反应物的转化率增大，故B错误；
C、该反应是放热反应，升高温度，该反应的平衡逆向移动，反应物的转化率降低，故C错误；
D、催化剂能降低反应的活化能，进而加快反应速率，故D正确；
故答案为：<；D；
（2）a、容器内、、的浓度之比为1∶3∶2时，不能说明正逆反应速率相等，无法判断反应是否达到平衡状态，故a不符合题意；
b、时，正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故b符合题意；
c、该反应是气体体积发生变化的反应，容器内的压强随反应进行发生变化，因此当容器内压强保持不变时，反应达到平衡状态，故c符合题意；
d、恒容容器，容积不变，容器内混合气体的质量不变，则混合气体的密度始终不变，故混合气体的密度保持不变不能作为该反应达到平衡的标志，故d不符合题意；
故答案为：bc；
（3）及时分离出氨气，可减小生成物的浓度，从而可使平衡正向移动，提高产率，将氨气分离后的原料气循环利用可提高原料的利用率，故答案为： 减小生成物的浓度，可使平衡正向移动，提高产率；将分离后的原料气循环利用可提高原料的利用率 ；
（4）①该反应为放热反应，升高温度反应的平衡逆向移动， 时氨气的体积分数大于 时，则 <，故答案为：<；
②增大氢气的量，该反应的平衡正向移动，氮气的转化率增大，因此氮气转化率最高的是c点，故答案为：c；
（5）①由表中数据可知，达到平衡时，氢气的浓度为0.20mol/L，则平衡时，氮气的浓度为0.4mol/L，氢气的浓度为1.0mol/L，则平衡常数，故答案为：0.1；
②向原平衡体系中加入、和各4mol，则此时浓度熵，化学平衡正向移动，故答案为：正；
（6）记① ，② ，③ ，根据盖斯定律，将②×2+③×3-①×2得到氨气催化氧化生成NO和水蒸气的热化学方程式为 ，故答案为： 。
【分析】（1）该反应是气体体积减小的反应；
（2）可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，反应体系中各物质的物质的量、物质的量浓度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不变；
（3）平衡移动原理的具体内容为：如果改变可逆反应的条件（如浓度、压强、温度等），化学平衡就被破坏，并向减弱这种改变的方向移动；
（4）①升温该反应的平衡逆向移动；
②增大氢气的量，能增大氮气的转化率；
（5）①平衡常数是指各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积与各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积的比；
②计算此时的浓度熵，与平衡常数比较确定平衡进行的方向；
（6）根据盖斯定律，将第二个方程式乘以2加上第三个方程式乘以3再减去第一个方程式乘以2可得目标方程式。
19．（2022高二上·孝感月考）合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义，其原理为：，在不同温度、压强和相同催化剂条件下，初始、分别为1mol、3mol时，平衡后混合物中氨的体积分数()如图所示，回答以下问题：
（1）合成氨反应的 0(填“>”“<”或“=”)，原因是 。
（2）、和由大到小的顺序是 。
（3）①若分别用和表示平衡状态A、B时的化学反应速率，则 (填“>”“<”或“=”)。
（4）用、、、 分别表示、、和固体Fe催化剂，则在固体催化剂表面合成氨的过程如图2所示：
①吸附后，能量状态最高的是 (填序号)。
②结合上述原理，在固体Fe催化剂表面进行的分解实验，发现的分解速率与其浓度的关系如图3所示。从吸附和解吸过程分析，之后反应速率降低的原因可能是 。
③研究表明，合成氨的速率与相关物质的浓度的关系为，k为速率常数。能使合成氨的速率增大的措施有 (填序号)。
A．使用更有效的催化剂
B．一定温度下，将原容器中的及时分离出来
C．总压强一定，增大的值
D．按照原来比值增大反应物的浓度
【答案】（1）<；其它条件相同时，升高温度，平衡混合物中氨的体积分数减小，说明升温平衡逆向移动，正反应为放热反应，即
（2）
（3）<
（4）B；催化剂表面的氨分子太多，不利于氮气和氢气从催化剂表面解吸；ABD
【知识点】化学反应速率的影响因素；化学平衡的影响因素；合成氨条件的选择
【解析】【解答】（1）相同压强下，升高温度，平衡混合物中氨的体积分数减小，说明升温平衡逆向移动，正反应为放热反应，即；
（2）由反应可知，正向为气体分子数减小的反应，增大压强平衡正向移动，氨气的物质的量增大，平衡时氨气的体积分数增大，则、和由大到小的顺序是。
（3）①温度越高，压强越大，反应速率越大，由(2)分析可知，，由图可知，B对应的温度高、压强大，则反应速率大，；
（4）①断裂化学键吸收能量，形成化学键释放能量，结合图3分析可知，吸附后，能量状态最高的是B；
②根据题目信息，结合图2分析可知，之前反应速率增加的原因可能是氨的浓度增加，催化剂表面吸附的氨分子增多，速率增大；之后反应速率降低的原因可能是催化剂表面的氨分子太多，不利于氮气和氢气从催化剂表面解吸。
③A.使用更有效的催化剂，反应活化能降低，可以增大化学反应速率，A正确；
B.一定温度下，将原容器中的及时分离出来，氨气浓度减小，结合公式分析可知，反应速率增大，B正确；
C.由合成氨的速率与相关物质的浓度的关系可知，氢气的浓度对速率的影响大于氮气的浓度对速率的影响，总压强一定时，增大氮气和氢气的物质的量之比相当于减小氢气浓度，反应速率减小，C不正确；
D.按照原来比值增大氢气和氮气浓度，反应物浓度增大，反应速率增大，D正确；
故答案为：ABD。
【分析】（1）根据影响化学平衡移动的因素分析；
（2）利用“定一议二”分析；
（3）①温度越高，压强越大，反应速率越大；
（4）①断裂化学键吸收能量，形成化学键释放能量；
②根据题目信息，结合图2分析；
③依据影响反应速率和化学平衡的因素分析。
20．（2022高二上·重庆月考）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。其合成原理为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H<0，△S<0。
（1）下列关于工业合成氨的说法正确的是 。
A．因为△H<0，所以该反应一定能自发进行
B．因为△S<0，所以该反应一定不能自发进行
C．在高温下进行是为了提高反应物的转化率
D．该反应在低温下能自发进行
（2）在恒温恒容密闭容器中进行合成氨的反应，下列能说明该反应已达到平衡状态的是 。
A．容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1：3：2
B．N2百分含量保持不变
C．容器内压强保持不变
D．混合气体的密度保持不变
（3）某科研小组研究：在其他条件不变的情况下，不同温度时，固定氮气的投入量，起始氢气的物质的量与平衡时氨气的百分含量关系如右图：
①图像中T2和T1的关系是：T1 T2(填“>，<或=”)。
②a、b、c、d四点所处的平衡状态中，反应物N2的转化率最高的是： 。
③ 合成氨工业中，为提高氨气的平衡产率，除适当控制反应的温度和压强外，还可采取的措施是 。
（4）恒温下，向一个4L的恒容密闭容器中充入1.8mol N2和4.2mol H2，反应过程中对NH3的浓度进行检测：
①20min后，反应达平衡，氨气的浓度为0.3 mol·L -1，用N2表示的平均反应速率为 mol/(L·min)。且此时，混合气体的总压强为p，则该反应的化学平衡常数Kp＝ [对于气相反应，用某组分B的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数，记作Kp，如p(B)＝p·x(B)，p为平衡总压强，x(B)为平衡系统中B的物质的量分数]。
②若维持容器体积不变，温度不变，向原平衡体系中再加入1.8mol N2和4.2mol H2，再次达平衡后，氨气的浓度 0.6 mol·L -1(填“大于”或“小于”或“等于”)。
【答案】（1）D
（2）B；C
（3）＞；C；及时的分离出氨气
（4）0.0075；2／P2；大于
【知识点】焓变和熵变；合成氨条件的选择；化学平衡状态的判断；化学平衡的计算
【解析】【解答】（1）A、反应能否自发进行，需综合考虑ΔH、ΔS，A不符合题意；
B、反应能否自发进行，需综合考虑ΔH、ΔS，B不符合题意；
C、该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，因此高温下进行，反应物的转化率降低，C不符合题意；
D、该反应的ΔH＜0，ΔS＜0，要使ΔH-TΔS＜0，则要求T较小，因此该反应在低温下能自发进行，D符合题意；
故答案为：D
（2）A、容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1：3：2，不能说明反应达到平衡状态，A不符合题意；
B、N2的百分含量为一个变量，则当N2的百分含量不变时，说明反应达到平衡状态，B符合题意；
C、反应前后气体分子数改变，因此反应过程中容器内压强是一个变量，则当容器内压强保持不变时，说明反应达到平衡状态，C符合题意；
D、反应物和生成物都是气体，根据质量守恒定律可得，反应过程中混合气体的质量保持不变，由于容器容积固定，因此混合气体的体积不变，故反应过程中，混合气体的密度一直保持不变，因此混合气体的密度保持不变，不能说明反应达到平衡状态，D不符合题意；
故答案为：BC
（3）①合成氨的反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡NH3的百分含量减小，因此温度越高，平衡NH3%越小，故温度T1>T2。
②随着n(H2)的增加，平衡正向移动，N2的转化率增大，因此反应物N2的转化率最高的是c点。
③合成氨中，为提高平衡产率，除了适当控制反应温度和压强，还可以及时分离处氨气，使平衡正向移动，提高平衡产率。
（4）20min后，反应达到平衡状态，此时c(NH3)=0.3mol·L-1，可得平衡三段式如下：
所以用N2表示的反应速率。
平衡体系中各气体的分压、
所以该反应的化学平衡常数
②不考虑平衡移动，则通入1.8molN2和4.2molH2，反应达到平衡时，生成c(NH3)=0.3mol·L－1，此时平衡体系中NH3的总浓度为0.6mol·L－1。由于保持容器体积不变，再通入1.8molN2和4.2molH2，则体系的压强增大，平衡正向移动，因此达到平衡时，体系中NH3的总浓度大于0.6mol·L－1。
【分析】（1）若反应能自发进行，则ΔH-TΔS＜0。
（2）当正逆反应速率相等，或“变量不变”时，说明反应达到平衡状态。
（3）①合成氨的反应为放热反应，温度越高，平衡时NH3的百分含量越低。
②增加H2的量，平衡正向移动，N2的转化率增大。
③温度、浓度、压强都会影响平衡移动。
（4）①根据平衡NH3的浓度计算参与反应的c(N2)，结合公式计算用N2表示的反应速率。根据平衡时各气体的物质的量浓度，计算各个气体的分压， 从而计算其压强平衡常数。
②维持容器体积不变，向平衡体系中再加入1.8molN2和4.2molH2，则体系的压强增大，平衡正向移动。
21．（2022·青浦模拟）合成NH3是重要的研究课题，一种合成NH3的流程示意如图。
相关数据如表：
物质 熔点/℃ 沸点/℃ 与N2反应温度/℃ 分解温度/℃
Mg 649 1090 >300 Mg3N2：>800
已知：Mg3N2溶于水发生反应Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2↓+2NH3↑
（1）I.固氮：
从结构上解释N2化学性质稳定的原因 。上述固氮反应的化学方程式是 。固氮的适宜温度范围是 。(填编号)
a.500～600℃ b.700～800℃ c.900～1000℃
（2）检测固氮作用：向固氮后的产物中加水， (填操作和现象)，说明Mg能起到固氮作用。
（3）II.转氨：选用试剂a完成转化。
选用H2O进行转化，发现从体系中分离出NH3较困难，若选用HCl气体进行转化，发现能产生NH3，且产物MgCl2能直接循环利用，但NH3的收率较低，原因是 。
活性炭还原NO2的原理为2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g)。一定温度下，在2L恒容密闭容器中充入1molNO2和足量C发生该反应(不考虑2NO2N2O4)。实验测得NO2的转化率与时间的关系如图所示：
（4）反应达到平衡时CO2的体积分数为 ，混合气体的平均摩尔质量(A) (B)(填“大于”“小于”或“等于”)。
（5）下列能够判断该反应已达到平衡状态的是 。(填序号)
a.CO2的质量分数保持不变
b.容器中N2与CO2的百分含量之比保持不变
c.2v(逆)(NO2)=V(正)(N2)
d.混合气体的颜色保持不变
【答案】（1）N2分子中含有氮氮三键，键能大，破坏N≡N键需要吸收很高的能量，所以氮气的化学性质很稳定；3Mg+N2Mg3N2；b
（2）用湿润的红色石蕊试纸检验生成的气体，试纸变蓝，说明有氨气产生
（3）NH3与HCl会发生反应NH3+HCl=NH4Cl
（4）40%；>
（5）ad
【知识点】工业合成氨；化学平衡状态的判断；化学平衡的计算；氮气的化学性质
【解析】【解答】（1）N2分子中含有氮氮三键，键能大，破坏N≡N键需要吸收很高的能量，所以氮气的化学性质很稳定；固氮是将游离态氮转化为化合态的氮，根据上述流程可知，其中的固氮反应为镁与氮气的反应，化学方程式为3Mg+N2Mg3N2；镁在熔融状态下反应，而镁的熔点为649℃，而二氮化三镁大于800℃时发生分解，故固氮的适宜温度范围是700~800℃，
故答案为：b；
（2）氮化镁能和水反应产生白色沉淀和氨气，用湿润的红色石蕊试纸检验生成的气体，试纸变蓝，说明有氨气产生，说明Mg能起到固氮作用；
（3）NH3与HCl会发生反应NH3+HCl=NH4Cl，故NH3的收率较低；
（4）6 .5min时反应达到平衡，此时NO2的转化率为0.5，利用三段式可知：
则反应达到平衡时CO2的体积分数=100%== 40%；反应未开始时，气体只有NO2，摩尔质量为46g/mol，若反应完全进行，则气体为体积比为1 ： 2的N2和CO2，平均摩尔质量约为38.67g/mol，说明NO2的转化率越大，混合气体的平均摩尔质量越小，则(A) >(B)；
（5）a.反应过程中CO2的质量分数在改变，当CO2的质量分数保持不变，反应达到平衡状态，选项a正确；
b. CO2、N2均为生成物，初始投料为NO2，所以CO2、N2的百分含量之比始终不变，不能说明反应达到平衡状态，选项b不正确；
c. 2v(逆)(NO2)=v(正)(N2)，则4v(逆)(N2)=v(正)(N2)，正逆反应速率不相等，不能说明反应达到平衡状态，选项c不正确；
d. NO2有颜色，混合气体颜色不变，说明NO2的浓度不变，反应达到平衡状态，选项d正确；
故答案为：ad。
【分析】（1）依据结构判断性质；固氮是将游离态氮转化为化合态的氮，根据表中数据分析；
（2）利用已知反应中产物的性质分析；
（3）NH3与HCl会发生反应；
（4）利用三段式法计算；
（5）依据化学平衡的特征“等”和“定”进行分析判断。
22．（2022高三上·浙江月考）工业合成氨原理：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H＜0。
（1）下列关于合成氨的说法正确的是____。
A．合成氨是目前自然固氮最重要的途径
B．合成氨反应的 H与温度有关，而 S与温度无关
C．合成氨反应常采用400~500℃是综合考虑了反应速率与平衡产率的矛盾
D．将原料气加压至10MPa~30MPa，是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率
E．合成氨生产过程中将NH3液化分离，是为了加快正反应速率，提高N2、H2的转化率
（2）已知某温度下合成氨反应达平衡时各物质均为，容器容积为VL，保持温度和压强不变，又充入3amol N2后，平衡 (填“向左”、“向右”或“不”)移动。
（3）压强下，向密闭容器中充入一定量的N2和H2，相同时间内测得体系中N2的体积分数与温度(T)的关系如下图所示。
①N2的体积分数随温度升高先减小后增大的原因是 。
②研究表明，温度越高，温度对平衡的影响大于压强对平衡的影响。保持其他条件不变，请在上图中画出P2压强下 (P2＞P1)N2的体积分数与温度(T)的关系趋势图 。
（4）LiH-3d过渡金属复合催化剂可用于催化合成氨，已知N2被吸附发生反应3LiH+N2=Li2NH+LiNH2，用一个化学方程式表示H2被吸附发生的反应 。
【答案】（1）C；D
（2）不
（3）T 0之前未平衡，随温度升高反应速率加快，N2的体积分数减小；T0之后达到平衡状态，温度升高平衡逆向移动，N2的体积分数增大；
（4）Li2NH+LiNH2+3H2=3LiH+2NH3
【知识点】工业合成氨；合成氨条件的选择
【解析】【解答】（1）A．合成氨用于工业生产，是目前人工固氮最重要的途径，A不正确；
B．合成氨反应的 H、 S都与温度有关，但受温度的影响不大，B不正确；
C.400~500℃是合成氨反应催化剂的活性温度，同时反应速率比较快，此温度的选择是综合考虑了反应速率与平衡产率的矛盾，C正确；
D．合成氨反应的反应物气体分子数大于生成物气体分子数，将原料气加压至10MPa~30MPa，有利于提高原料气的平衡转化率，同时加快反应速率，D正确；
E．合成氨生产过程中将NH3液化分离，是为了提高N2、H2的转化率，但不能加快正反应速率，E不正确；
故答案为：CD。答案为：CD；
（2）已知某温度下合成氨反应达平衡时各物质均为，容器容积为VL，此时平衡常数K=；保持温度和压强不变，又充入3amol N2后，则气体的体积变为2VL，此时浓度商Q==K，所以平衡不移动。答案为：不；
（3）①T0点前，反应未达平衡，随温度升高，N2的百分含量不断减小；T0点后，反应已达平衡，随温度升高，平衡逆向移动，N2的百分含量不断增大。则N2的体积分数随温度升高先减小后增大，原因是：T0之前未平衡，随温度升高反应速率加快，N2的体积分数减小；T0之后达到平衡状态，温度升高平衡逆向移动，N2的体积分数增大。
②研究表明，温度越高，温度对平衡的影响大于压强对平衡的影响，则压强增大时，N2的体积分数随温度升高变化更快，达平衡的时间比P1时更短，所以保持其他条件不变，P2压强下 (P2＞P1)N2的体积分数与温度(T)的关系趋势图为。答案为：T0之前未平衡，随温度升高反应速率加快，N2的体积分数减小；T0之后达到平衡状态，温度升高平衡逆向移动，N2的体积分数增大；；
（4）LiH-3d过渡金属复合催化剂可用于催化合成氨，已知N2被吸附发生反应3LiH+N2=Li2NH+LiNH2，则H2被吸附时，H2与N2被吸附时的产物发生反应又将生成LiH，反应方程式为Li2NH+LiNH2+3H2=3LiH+2NH3。答案为：Li2NH+LiNH2+3H2=3LiH+2NH3。
【分析】（1）依据影响反应速率和化学平衡的因素分析合成氨条件的选择；
（2）通过计算比较Qc与K的大小判断；
（3）①依据曲线的变化判断反应吸、放热情况及平衡前后体积分数的变化；
②利用“定一议二”法分析；
（4）根据反应物和产物的化学式，利用原子守恒书写。
23．（2022·辽宁）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为：。回答下列问题：
（1）合成氨反应在常温下 (填“能”或“不能”)自发。
（2） 温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率， 温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用。
针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。
（3）方案一：双温-双控-双催化剂。使用双催化剂，通过光辐射产生温差(如体系温度为时，的温度为，而的温度为)。
下列说法正确的是 。
a．氨气在“冷Ti”表面生成，有利于提高氨的平衡产率
b．在“热Fe”表面断裂，有利于提高合成氨反应速率
c．“热Fe”高于体系温度，有利于提高氨的平衡产率
d．“冷Ti”低于体系温度，有利于提高合成氨反应速率
（4）方案二：复合催化剂。
下列说法正确的是 。
a．时，复合催化剂比单一催化剂效率更高
b．同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率
c．温度越高，复合催化剂活性一定越高
（5）某合成氨速率方程为：，根据表中数据， ；
实验
1 m n p q
2 2m n p 2q
3 m n 0.1p 10q
4 m 2n p 2.828q
在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为 。
a．有利于平衡正向移动 b．防止催化剂中毒 c．提高正反应速率
（6）某种新型储氢材料的晶胞如图，八面体中心为M金属离子，顶点均为配体；四面体中心为硼原子，顶点均为氢原子。若其摩尔质量为，则M元素为 (填元素符号)；在该化合物中，M离子的价电子排布式为 。
【答案】（1）能
（2）高；低
（3）ab
（4）a
（5）-1；a
（6）Fe；3d6
【知识点】原子核外电子排布；晶胞的计算；化学反应速率；化学平衡的影响因素；合成氨条件的选择
【解析】【解答】（1），则 G= H-T S=(-92.4+0.2×273) kJ mol-1=-37.8 kJ mol-1＜0，所以合成氨反应在常温下能自发进行。
（2）温度越高，反应速率越快，所以高温有利于提高反应速率；因为正反应为放热反应，所以低温有利于提高平衡转化率。答案为：高；低；
（3）a．因为正反应为放热反应，所以低温有利于平衡正向移动，氨气在“冷Ti”表面生成，有利于提高氨的平衡产率，a正确；
b．温度升高，反应速率加快，所以在“热Fe”表面断裂，有利于提高合成氨反应速率，b正确；
c．合成氨反应的正反应为放热反应，“热Fe”高于体系温度，不利于提高氨的平衡产率，c不正确；
d．温度升高，可提高合成氨反应的速率，所以“冷Ti”低于体系温度，不利于提高合成氨反应速率，d不正确；
故答案为：ab。
（4）a．时，复合催化剂比单一催化剂的反应速率快，催化效率更高，a正确；
b．催化剂只能改变反应速率，不能改变平衡产率，b不正确；
c．虽然图中显示温度高反应速率快，温度过高，催化剂的活性可能不变或降低，c不正确；
故答案为：a。
（5）选择实验1和3进行分析，此时，则γ=-1；
a．在合成氨过程中，需要不断分离出氨，有利于平衡正向移动，a正确；
b．氨是在该催化剂的催化作用下生成，不会使催化剂中毒，b不正确；
c．分离出氨，并没有增大反应物的浓度，所以不会提高正反应速率，c不正确；
故答案为：a。
（6）根据均摊法，该晶胞中含黑球的数目为=4，含白球的数目为8，则黑球与白球的个数比为1：2，黑球的化学式为，白球的化学式为，从而得出M+17×6+15×2=188，M=56，则M元素为Fe；在该化合物中，Fe2+的价电子排布式为3d6。
【分析】（1）根据 H-T S<0时反应自发进行分析；
（2）温度越高，反应速率越快；
（3）a.低温有利于平衡正向移动；
b.升温反应速率加快；
c.合成氨的反应为放热反应；
d.温度升高，可提高合成氨反应的速率；
（4）a.复合催化剂比单一催化剂的反应速率快，催化效率更高；
b.催化剂只能改变反应速率，不能改变平衡产率；
c.温度过高催化剂可能失去活性；
（5）结合表中数据计算；不断分离出氨有利于平衡正向移动；
（6）根据均摊法计算；Fe2+的价电子排布式为3d6。
24．（2021高二上·东城期末）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。其反应为：。
（1）合成氨生产流程示意图如下。
①流程中，有利于提高原料利用率的措施是 ；有利于提高单位时间内氨的产率的措施有 。
②干燥净化中，有一步操作是用铜氨液除去原料气中的CO，其反应为：。对吸收CO后的铜氨废液应该怎样处理？请提出你的建议： 。
（2）实验室研究是工业生产的基石。下图中的实验数据是在其它条件不变时，不同温度(、、)、压强下，平衡混合物中NH3的物质的量分数的变化情况。
①曲线a对应的温度是 。
②M、N、Q点平衡常数K的大小关系是 。
【答案】（1）加压10Mpa~30Mpa、冷却液化氨、原料气循环利用；干燥净化、加压10Mpa~30Mpa、原料气的循环利用、铁触媒400~500℃；在减压下加热吸收CO后的铜氨废液、用硫酸溶液吸收氨气、并收集纯净的CO
（2）200℃；Q=M>N
【知识点】化学平衡常数；合成氨条件的选择
【解析】【解答】（1）①是气体分子总数减小的放热反应，增大压强可促使平衡右移提高原料利用率，采用迅速冷却的方法使氨气液化并及时分离可降低速率、但促使平衡正向移动提高原料利用率；原料气循环使用能使原料气的浓度保持一定能提高N2、H2的转化率，则流程中有利于提高原料利用率的措施是加压、冷却液化氨、原料气循环利用；增大压强可提高反应速率且促使平衡右移，升温虽然使平衡左移但能提高催化剂活性大幅度提高反应速率，干燥净化能防止催化剂中毒，故有利于提高单位时间内氨的产率的措施有干燥净化、加压10Mpa~30Mpa、原料气的循环利用、铁触媒400~500℃。
②反应为放热的、气体体积缩小的可逆反应，升温、减压可促使平衡左移，产生的混合气体用硫酸溶液吸收氨气后可回收CO、铜氨溶液可进行重复利用，故答案为：对吸收CO后的铜氨废液在减压下加热、用硫酸溶液吸收氨气、并收集纯净的CO。
（2）①是气体分子总数减小的放热反应，降温可促使平衡右移、温度越低氨气的百分含量越高，所以，曲线a对应的温度是200℃。
②K只受温度影响，该反应温度升高时K值减小，b是400℃，c是600℃，上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K(M)=K(Q)＞K(N)，故答案为Q=M>N。
【分析】（1）①根据影响化学平衡移动的因素分析；
②依据反应方程式，利用影响化学平衡移动的因素分析；
（2）①依据图中曲线分析；
②K只受温度影响。
25．（2021高二上·蕲春期中）回答下列问题：
（1）合成氨工业对化学和国防工业具有重要意义。如下图表示298.15K时，、、与的平均能量与合成氨反应的活化能的曲线图：
①写出该反应的热化学方程式
②图中曲线 (填“a”或“b”)表示加入铁触媒的能量变化曲线，铁触媒能加快反应速率的原理是 。
（2）合成氨生产流程示意图如下图所示：
根据生产流程示意图，请回答下列问题：
①合成氨工业中循环利用的物质有 (填化学式)，采用循环操作主要是为了 。
②工业合成氨采取了下列措施，其中能提高氨气的产率是 (填编号)。
A．用铁触媒作催化剂 B．选择400℃至500℃的温度
C．用压缩机加压 D．冷却并分离出液态氨
【答案】（1）N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) ΔH=-92kJ/mol；b；降低反应的活化能，活化分子数增多，有效碰撞频率增多，反应速率加快
（2）N2、H2；提高原料的利用率；CD
【知识点】工业合成氨；合成氨条件的选择
【解析】【解答】(1)①由图可知，合成氨的反应ΔH=Ea(正)- Ea(逆)=508 kJ/mol-600 kJ/mol=-92 kJ/mol，因此该反应的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) ΔH=-92kJ/mol。
②催化剂能够降低反应的活化能，因此b曲线表示加入铁触媒的能量变化曲线；向反应体系中加入催化剂，催化剂能够降低反应的活化能，使单位体积能活化分子数增多，能够提高有效碰撞的频率，从而加快化学反应速率，故答案为：b；降低反应的活化能，活化分子数增多，有效碰撞频率增多，反应速率加快。
(2)①由图可知，N2+H2经过热交换后在铁触媒(500℃)中充分反应生成NH3，后经过冷却后，NH3液化，N2+H2进行循环利用，从而提高原料利用率，故答案为：N2、H2；提高原料的利用率。
②A．催化剂能够加快化学反应速率，并不会改变化学平衡，因此无法提高原料利用率，故A不选；
B．合成氨的反应为放热反应，升高温度会使平衡逆向移动，会降低合成氨的产率，故B不选；
C．合成氨的反应正向为气体体积减小的反应，加压能够使平衡正向移动，能够提高合成氨的产率，故C选；
D．冷却并分离出液态氨，降低生成物的浓度(分压)，能够使平衡正向移动，可提高合成氨的产率，故D选；
故答案为：CD。
【分析】（1） ① 根据图示可以知道反应为氮气和氢气生成氨气，其△H=反应物总键能-生成物总键能；
② 铁触媒为催化剂，可以降低反应的活化能；
（2） ① 循环利用的物质可以根据箭头的始末进行判断；
② 根据热化学方程式，可以知道合成氨气的过程中，左边气体系数大于右边，且反应为放热反应，结合平衡移动进行判断，可知应该采用增大压强的方法或分离生成物的方法。
26．（2021·嘉定模拟）工业上用N2和H2合成NH3
“N2 + 3H2 2NH3+Q”(反应条件略)。请回答下列问题：
（1）在实际化工生产中，为提高NH3的产率，可以采取的措施有(写两个)： ， 。
（2）氨气与酸反应得到铵盐，某(NH4)2SO4水溶液的pH=5，原因是溶液中存在平衡 (用离子方程式表示)，该反应对水的电离平衡起到 作用(填“促进”“抑制”或“无影响”)。(NH4)2SO4溶液中的离子浓度由大到小的顺序为 。
（3）某科研小组研究：在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对合成NH3反应的影响。实验结果如图所示：(图中T表示温度，n表示起始时H2物质的量)
①图像中T2和T1的关系是：T2 T1(填“ ”“ ”“ ”或“无法确定”)。
②在a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N2的转化率最大的是 (填字母)。
③若容器容积为2L，b点对应的n=0.15mol，测得平衡时H2、N2的转化率均为60%，则平衡时N2的物质的量浓度为 mol/L。
【答案】（1）增加氮气的投入量；将生成的氨气降温液化及时移出
（2）NH +H2O NH3 H2O+H+；促进；c(NH )＞c(SO )＞c(H+)＞c(OH-)
（3）＜；c；0.01
【知识点】工业合成氨；化学平衡移动原理；化学平衡的计算；盐类水解的应用；离子浓度大小的比较
【解析】【解答】(1) 工业上的合成氨的反应是气体物质的量减小的放热反应，在实际化工生产中，为提高NH3的产率，可以采取的措施有：增加氮气的投入量；将生成的氨气降温液化及时移出，故答案为：增加氮气的投入量；将生成的氨气降温液化及时移出；
(2)NH 水解导致硫酸铵溶液显酸性，水解的方程式为NH +H2O NH3 H2O+H+；盐类的水解促进水的电离；水解后(NH4)2SO4水溶液的pH=5，溶液中的离子浓度由大到小的顺序为c(NH )＞c(SO )＞c(H+)＞c(OH-)，故答案为：NH +H2O NH3 H2O+H+；促进；c(NH )＞c(SO )＞c(H+)＞c(OH-)；
(3)①合成氨的反应为放热反应，温度升高，化学平衡向着吸热方向移动，从T1到T2反应体系中氨气的百分数增加，故T1＞T2，故答案为：＜；
②b点代表平衡状态，c点表示又加入了氢气，平衡向右移动，氮气的转化率增大，因此反应物N2的转化率最大的是c，故答案为：c；
③当氮气和氢气的物质的量之比为1∶3时达平衡状态时氨的百分含量最大，平衡点时产物的产率最大，根据图示，当起始氢气的物质的量为0.15mol时氨的含量最大，故起始加入N2的物质的量为0.05mol，测得平衡时H2、N2的转化率均为60%，则平衡时氮气的浓度是 =0.01mol/L，故答案为：0.01。
【分析】要提高NH3的产率，需要使平衡正向移动，据此分析解答；NH 水解导致硫酸铵溶液显酸性，据此分析解答；合成氨的反应为放热反应，温度升高，化学平衡向着吸热方向移动，当氮气和氢气的物质的量之比为1∶3时达平衡状态时氨的百分含量最大，判断起始加入N2的物质的量，结合H2、N2的转化率均为60%分析解答。
1 / 1【备考2024年】从巩固到提高 高考化学二轮微专题18 工业合成氨
一、选择题
1．（2021高二上·）下图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率而采取的措施是（ ）
A．①②③ B．①③⑤ C．②④⑤ D．②③④
2．（2023高二上·德保期中）关于合成氨反应 ，下列说法不正确的是（ ）
A．使用高效催化剂能减小反应活化能
B．为了提高原料利用率，和循环使用
C．工业合成氨温度为700K是因为升高温度有利于提高的平衡转化率
D．恒温恒容下，若体系的总压强不再改变，说明该反应已达平衡状态
3．（2023高二下·江西期中）工业合成氨的反应为： kJ·mol，用○、●分别表示H原子、N原子，表示催化剂，反应微观历程如下图所示，下列说法中错误的是（ ）
A．过程②→③吸收能量，过程③→④放出能量
B．使用新型催化剂可使与在较低温度和压强下合成
C．合成氨反应达平衡时，反应速率关系：
D．合成氨工业中采用循环操作的主要目的是提高与的利用率
4．（2023高二上·浙江期中）下列有关工业合成氮反应： 的说法不正确的是（ ）
A．合成氨采取循环操作目的是提高氮气和氢气的利用率
B．除原料气中CO反应： ，适宜低温高压环境
C．合成塔压强调控在10MPa~30MPa之间，是对生产设备条件和经济成本的综合考虑结果
D．合成塔使用热交换控制体系温度400~500℃左右，主要目的是有利于平衡正向移动
5．（2023高二上·长春月考）对于工业合成氨反应，以下分析错误的是（ ）
A．可以通过改变温度、压强控制合成氨的反应限度
B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应，提高氨气的产率
C．500℃左右比室温更有利于合成氨的反应，提高氨气的产率
D．合成氨工业采用高压，不仅能提高转化率，还能缩短到达平衡的时间
6．（2023高二上·成都月考）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。下的合成氨反应：
下列关于工业合成氨条件选择的说法，正确的是（ ）
A．下该反应的，必须降低温度以保证合成氨顺利进行
B．增压有利于合成氨平衡正向移动，因此实际工业中反应压强越大越好
C．通过液化分离的方式不断移除产品，有利于增大反应平衡常数，促进反应正向进行
D．原料气进入合成塔之前，须经过干燥净化，以防止催化剂中毒
7．（2023高二下·闵行期末）有关合成氨反应的说法，正确的是（ ）
A．根据计算，常温下合成氨反应的ΔH-TΔS<0，所以常温下的反应速率很快
B．升高温度，既可以加快合成氨的速率，又可以提高平衡转化率
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
8．（2023高一下·顺德期中）下图所示为工业合成氨的流程图。下列有关生产条件的调控作用分析错误的是（ ）
A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒
B．步骤②“加压”可以加快反应速率，但压强过高，氨的产率会降低
C．步骤③一般选择控制反应温度为400~500℃，因为在该温度下催化剂的活性最大
D．步骤④⑤有利于提高原料的利用率，能节约生产成本
9．（2023高一下·玉溪期中）合成氨及其相关工业中，部分物质间的转化关系如下：
下列说法不正确的是（ ）
A．甲、乙、丙三种物质中都含有氮元素
B．反应II、III和Ⅳ的氧化剂相同
C．VI的产物可在上述流程中被再次利用
D．V中发生反应：NH3 + CO2 + H2O + NaCl = NaHCO3↓+ NH4Cl
10．（2023·徐汇模拟）有关工业合成氨的说法错误的是（ ）
A．不断移去液氨，有利于反应正向进行
B．400~500℃时，原料的平衡转化率最大
C．增大压强，氨的分解速率增加
D．原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒
11．（2023高二下·山西月考）合成氨反应是一种有效的工业固氮方法，解决了数亿人口生存问题。诺贝尔奖获得者埃特尔提出了合成氨反应吸附解离的机理，通过实验测得合成氨过程中能量(E)变化如图所示，其中吸附在催化剂表面的物种用“ad”表示。下列说法正确的是
A．该反应中，反应物总能量比反应产物的总能量高
B．该反应历程中的决速步骤为
C．使用催化剂后，合成氨反应的和活化能均改变
D．工业上通常让合成氨反应在高温高压条件下进行来提高的平衡产率
12．（2023高一下·长沙月考）合成氨及其衍生工业是化工生产的重要门类，请结合图示判断下列说法正确的是
A．可用排空气法收集气体1
B．用湿润的淀粉试纸可以鉴别气体2和溴蒸气
C．在饱和NaCl溶液中先通入过量，再通入过量可得到固体1
D．相同条件下，1L气体1、2的混合气(体积比为)与在一定条件下转化为对环境无害的物质，反应方程式为
13．（2022高二上·如皋期末）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
14．（2022高一下·罗庄期中）工业上，合成氨反应N2 + 3H2 2NH3的微观历程如图所示。用、、分别表示N2、H2、NH3，下列说法错误的是
A．①→② 催化剂在吸附N2、H2时，未形成新的化学键
B．②→③ 形成N原子和H原子是放热过程
C．③→④形成了新的化学键
D．使用合适的催化剂，能提高合成氨反应的速率
15．（2021高二上·临渭期末）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．为保持足够高的原料转化率，应在反应达到一定时间时将氨从混合气中分离出去
16．（2021高二上·丽水期末）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。
下列说法错误的是（ ）
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
二、非选择题
17．（2023高二下·闵行期末）有人设计了如图装置模拟工业合成氨(图中夹持装置均已略去)。
[实验操作]
①检查实验装置的气密性后，关闭弹簧夹a、b、c、d、e。在A中加入锌粒，向长颈漏斗注入一定量稀硫酸。打开弹簧夹c、d、e，则A中有氢气发生。在F出口处收集氢气并检验其纯度。
②关闭弹簧夹c，取下截去底部的细口瓶C，打开弹簧夹a，将氢气经导管B验纯后点燃，然后立即罩上无底细口瓶C，塞紧瓶塞，如图所示。氢气继续在瓶内燃烧，几分钟后火焰熄灭。
③用酒精灯加热反应管E，继续通氢气，待无底细口瓶C内水位下降到液面保持不变时，打开弹簧夹b，无底细口瓶C内气体经D进入反应管E，片刻后F中的溶液变红。
回答下列问题：
（1）检验氢气纯度的目的是 。
（2）C瓶内水位下降到液面保持不变时，A装置内发生的现象是 ，防止了实验装置中压强过大。C瓶内气体的成分是 。
（3）在步骤③中，先加热铁催化剂的原因是 。
18．（2023高二下·昭通期中）
（1）哈伯发明用氮气和氢气合成氨的方法，获得了1918年诺贝尔化学奖。其原理为 ， (填“>”“<”或“=”)0。
下列关于工业合成氨的说法不正确的是 (填标号)。
A．因为，所以该反应一定能自发进行
B．采用高压是为了增大反应速率，但会使反应物的转化率降低
C．在高温下进行是为了提高反应物的转化率
D．使用催化剂增大反应速率是因为催化剂降低了反应的活化能
（2）在恒温恒容密闭容器中进行合成氨的反应，下列能说明该反应已达到平衡状态的是 (填标号)。
a．容器内、、的浓度之比为1∶3∶2
b．
c．容器内压强保持不变
d．混合气体的密度保持不变
（3）工业上合成氨的部分工艺流程如图：
请用平衡移动原理解释在工艺流程中及时分离出氨气和将分离后的原料气循环使用的原因 。
（4）某科研小组研究在其他条件不变的情况下，改变起始时氢气的物质的量对工业合成氨反应的影响。实验结果如图所示(图中T表示温度，n表示的物质的量)。
①图中和的关系： (填“>”“<”或“=”)。
②a、b、c、d四点所处的平衡状态中，的转化率最高的是 (填字母)。
（5）恒温下，向一个4L的密闭容器中充入5.2mol和2mol，反应过程中对的浓度进行测定，得到的数据如表所示：
时间/min 5 10 15 20 25 30
0.08 0.14 0.18 0.20 0.20 0.20
①此条件下该反应的化学平衡常数 。
②若维持容器容积不变，温度不变，向原平衡体系中加入、和各4mol，化学平衡将向 (填“正”或“逆”)反应方向移动。
（6）已知：
写出氨气催化氧化生成NO和水蒸气的热化学方程式 。
19．（2022高二上·孝感月考）合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义，其原理为：，在不同温度、压强和相同催化剂条件下，初始、分别为1mol、3mol时，平衡后混合物中氨的体积分数()如图所示，回答以下问题：
（1）合成氨反应的 0(填“>”“<”或“=”)，原因是 。
（2）、和由大到小的顺序是 。
（3）①若分别用和表示平衡状态A、B时的化学反应速率，则 (填“>”“<”或“=”)。
（4）用、、、 分别表示、、和固体Fe催化剂，则在固体催化剂表面合成氨的过程如图2所示：
①吸附后，能量状态最高的是 (填序号)。
②结合上述原理，在固体Fe催化剂表面进行的分解实验，发现的分解速率与其浓度的关系如图3所示。从吸附和解吸过程分析，之后反应速率降低的原因可能是 。
③研究表明，合成氨的速率与相关物质的浓度的关系为，k为速率常数。能使合成氨的速率增大的措施有 (填序号)。
A．使用更有效的催化剂
B．一定温度下，将原容器中的及时分离出来
C．总压强一定，增大的值
D．按照原来比值增大反应物的浓度
20．（2022高二上·重庆月考）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。其合成原理为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)△H<0，△S<0。
（1）下列关于工业合成氨的说法正确的是 。
A．因为△H<0，所以该反应一定能自发进行
B．因为△S<0，所以该反应一定不能自发进行
C．在高温下进行是为了提高反应物的转化率
D．该反应在低温下能自发进行
（2）在恒温恒容密闭容器中进行合成氨的反应，下列能说明该反应已达到平衡状态的是 。
A．容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1：3：2
B．N2百分含量保持不变
C．容器内压强保持不变
D．混合气体的密度保持不变
（3）某科研小组研究：在其他条件不变的情况下，不同温度时，固定氮气的投入量，起始氢气的物质的量与平衡时氨气的百分含量关系如右图：
①图像中T2和T1的关系是：T1 T2(填“>，<或=”)。
②a、b、c、d四点所处的平衡状态中，反应物N2的转化率最高的是： 。
③ 合成氨工业中，为提高氨气的平衡产率，除适当控制反应的温度和压强外，还可采取的措施是 。
（4）恒温下，向一个4L的恒容密闭容器中充入1.8mol N2和4.2mol H2，反应过程中对NH3的浓度进行检测：
①20min后，反应达平衡，氨气的浓度为0.3 mol·L -1，用N2表示的平均反应速率为 mol/(L·min)。且此时，混合气体的总压强为p，则该反应的化学平衡常数Kp＝ [对于气相反应，用某组分B的平衡压强p(B)代替物质的量浓度c(B)也可表示平衡常数，记作Kp，如p(B)＝p·x(B)，p为平衡总压强，x(B)为平衡系统中B的物质的量分数]。
②若维持容器体积不变，温度不变，向原平衡体系中再加入1.8mol N2和4.2mol H2，再次达平衡后，氨气的浓度 0.6 mol·L -1(填“大于”或“小于”或“等于”)。
21．（2022·青浦模拟）合成NH3是重要的研究课题，一种合成NH3的流程示意如图。
相关数据如表：
物质 熔点/℃ 沸点/℃ 与N2反应温度/℃ 分解温度/℃
Mg 649 1090 >300 Mg3N2：>800
已知：Mg3N2溶于水发生反应Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2↓+2NH3↑
（1）I.固氮：
从结构上解释N2化学性质稳定的原因 。上述固氮反应的化学方程式是 。固氮的适宜温度范围是 。(填编号)
a.500～600℃ b.700～800℃ c.900～1000℃
（2）检测固氮作用：向固氮后的产物中加水， (填操作和现象)，说明Mg能起到固氮作用。
（3）II.转氨：选用试剂a完成转化。
选用H2O进行转化，发现从体系中分离出NH3较困难，若选用HCl气体进行转化，发现能产生NH3，且产物MgCl2能直接循环利用，但NH3的收率较低，原因是 。
活性炭还原NO2的原理为2NO2(g)+2C(s)N2(g)+2CO2(g)。一定温度下，在2L恒容密闭容器中充入1molNO2和足量C发生该反应(不考虑2NO2N2O4)。实验测得NO2的转化率与时间的关系如图所示：
（4）反应达到平衡时CO2的体积分数为 ，混合气体的平均摩尔质量(A) (B)(填“大于”“小于”或“等于”)。
（5）下列能够判断该反应已达到平衡状态的是 。(填序号)
a.CO2的质量分数保持不变
b.容器中N2与CO2的百分含量之比保持不变
c.2v(逆)(NO2)=V(正)(N2)
d.混合气体的颜色保持不变
22．（2022高三上·浙江月考）工业合成氨原理：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) H＜0。
（1）下列关于合成氨的说法正确的是____。
A．合成氨是目前自然固氮最重要的途径
B．合成氨反应的 H与温度有关，而 S与温度无关
C．合成氨反应常采用400~500℃是综合考虑了反应速率与平衡产率的矛盾
D．将原料气加压至10MPa~30MPa，是为了保证尽可能高的平衡转化率和快的反应速率
E．合成氨生产过程中将NH3液化分离，是为了加快正反应速率，提高N2、H2的转化率
（2）已知某温度下合成氨反应达平衡时各物质均为，容器容积为VL，保持温度和压强不变，又充入3amol N2后，平衡 (填“向左”、“向右”或“不”)移动。
（3）压强下，向密闭容器中充入一定量的N2和H2，相同时间内测得体系中N2的体积分数与温度(T)的关系如下图所示。
①N2的体积分数随温度升高先减小后增大的原因是 。
②研究表明，温度越高，温度对平衡的影响大于压强对平衡的影响。保持其他条件不变，请在上图中画出P2压强下 (P2＞P1)N2的体积分数与温度(T)的关系趋势图 。
（4）LiH-3d过渡金属复合催化剂可用于催化合成氨，已知N2被吸附发生反应3LiH+N2=Li2NH+LiNH2，用一个化学方程式表示H2被吸附发生的反应 。
23．（2022·辽宁）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为：。回答下列问题：
（1）合成氨反应在常温下 (填“能”或“不能”)自发。
（2） 温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率， 温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用。
针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。
（3）方案一：双温-双控-双催化剂。使用双催化剂，通过光辐射产生温差(如体系温度为时，的温度为，而的温度为)。
下列说法正确的是 。
a．氨气在“冷Ti”表面生成，有利于提高氨的平衡产率
b．在“热Fe”表面断裂，有利于提高合成氨反应速率
c．“热Fe”高于体系温度，有利于提高氨的平衡产率
d．“冷Ti”低于体系温度，有利于提高合成氨反应速率
（4）方案二：复合催化剂。
下列说法正确的是 。
a．时，复合催化剂比单一催化剂效率更高
b．同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率
c．温度越高，复合催化剂活性一定越高
（5）某合成氨速率方程为：，根据表中数据， ；
实验
1 m n p q
2 2m n p 2q
3 m n 0.1p 10q
4 m 2n p 2.828q
在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为 。
a．有利于平衡正向移动 b．防止催化剂中毒 c．提高正反应速率
（6）某种新型储氢材料的晶胞如图，八面体中心为M金属离子，顶点均为配体；四面体中心为硼原子，顶点均为氢原子。若其摩尔质量为，则M元素为 (填元素符号)；在该化合物中，M离子的价电子排布式为 。
24．（2021高二上·东城期末）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破。其反应为：。
（1）合成氨生产流程示意图如下。
①流程中，有利于提高原料利用率的措施是 ；有利于提高单位时间内氨的产率的措施有 。
②干燥净化中，有一步操作是用铜氨液除去原料气中的CO，其反应为：。对吸收CO后的铜氨废液应该怎样处理？请提出你的建议： 。
（2）实验室研究是工业生产的基石。下图中的实验数据是在其它条件不变时，不同温度(、、)、压强下，平衡混合物中NH3的物质的量分数的变化情况。
①曲线a对应的温度是 。
②M、N、Q点平衡常数K的大小关系是 。
25．（2021高二上·蕲春期中）回答下列问题：
（1）合成氨工业对化学和国防工业具有重要意义。如下图表示298.15K时，、、与的平均能量与合成氨反应的活化能的曲线图：
①写出该反应的热化学方程式
②图中曲线 (填“a”或“b”)表示加入铁触媒的能量变化曲线，铁触媒能加快反应速率的原理是 。
（2）合成氨生产流程示意图如下图所示：
根据生产流程示意图，请回答下列问题：
①合成氨工业中循环利用的物质有 (填化学式)，采用循环操作主要是为了 。
②工业合成氨采取了下列措施，其中能提高氨气的产率是 (填编号)。
A．用铁触媒作催化剂 B．选择400℃至500℃的温度
C．用压缩机加压 D．冷却并分离出液态氨
26．（2021·嘉定模拟）工业上用N2和H2合成NH3
“N2 + 3H2 2NH3+Q”(反应条件略)。请回答下列问题：
（1）在实际化工生产中，为提高NH3的产率，可以采取的措施有(写两个)： ， 。
（2）氨气与酸反应得到铵盐，某(NH4)2SO4水溶液的pH=5，原因是溶液中存在平衡 (用离子方程式表示)，该反应对水的电离平衡起到 作用(填“促进”“抑制”或“无影响”)。(NH4)2SO4溶液中的离子浓度由大到小的顺序为 。
（3）某科研小组研究：在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对合成NH3反应的影响。实验结果如图所示：(图中T表示温度，n表示起始时H2物质的量)
①图像中T2和T1的关系是：T2 T1(填“ ”“ ”“ ”或“无法确定”)。
②在a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N2的转化率最大的是 (填字母)。
③若容器容积为2L，b点对应的n=0.15mol，测得平衡时H2、N2的转化率均为60%，则平衡时N2的物质的量浓度为 mol/L。
答案解析部分
1．【答案】C
【知识点】合成氨条件的选择
【解析】【解答】反应原理为N2（g）+3H2（g）2NH3（g），△H＜0，为提高原料转化率，应使平衡向正方向移动，
根据方程式反应前后气体的化学计量数的关系可知增大压强有利于平衡向正方向移动；正反应放热，升高温度不利用平衡向正反应方向移动，催化剂对平衡移动无影响，液化分离出氨气，可使生成物浓度减小，则可使平衡向正向移动，氮气和氢气的再循环，可增大反应物浓度，有利于平衡向正向移动，
故答案为：C．
【分析】
① 净化和干燥只是除杂，对原料转化率没有影响，排除；
② 增大压强有利于平衡正向移动，可以提高原料转化率；
③ 催化剂对原料转化率没有影响，同时该反应正向为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，不会提高原料转化率，排除；
④ 氨气液化分离出来，相当于减少生成物浓度，平衡正向移动，有利于提高原料转化率；
⑤ 氮气和氨气再循环，增大了生成物浓度，平衡正向移动，有利于提高原料转化率。
2．【答案】C
【知识点】化学平衡的影响因素；合成氨条件的选择
【解析】【解答】A、催化剂能改变反应历程，降低反应的活化能，故A不符合题意；
B、 和循环使用可提高原料利用率，故B不符合题意；
C、该反应为放热反应，高温不利于提高氢气的转化率，选择该温度是因为该温度下催化剂的活性最大，故C符合题意；
D、该反应是气体体积减小的反应，恒温恒容下，压强随反应发生变化，则当体系的总压强不再改变，说明该反应已达平衡状态，故D不符合题意；
故答案为：C。
【分析】A、使用催化剂能降低反应的活化能；
B、循环使用可提高原理利用率；
C、该反应为放热反应；
D、可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，反应体系中各物质的物质的量、物质的量浓度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不变。
3．【答案】C
【知识点】工业合成氨；化学反应中能量的转化；化学反应速率；催化剂
【解析】【解答】A．过程②→③化学键断裂吸收能量，过程③→④化学键形成放出能量，A不符合题意；
B．使用新型催化剂可降低反应活化能，可使N2与H2在较低温度和压强下合成NH3，B不符合题意；
C．反应速率之比等于化学计量系数之比，当 时，v正（NH3）=4/9v逆（NH3），未达平衡，C符合题意；
D．合成氨工业中采用循环操作的主要目的是及时分离出NH3，N2和H2循环利用，可提高N2与H2的利用率，D不符合题意；
故答案为：C
【分析】
A．化学键断裂吸收能量，化学键形成放出能量；
B．使用新型催化剂可降低反应活化能；
C．反应速率之比等于化学计量系数之比；
D．提高反应物的利用率。
4．【答案】D
【知识点】工业合成氨；合成氨条件的选择
【解析】【解答】A、合成氨反应为可逆反应，氮气和氢气不能完全转化为产物NH3，采取循环操作能提高氮气和氢气的利用率，故A不符合题意；
B、该反应为气体体积减小的放热反应，降低温度或增大压强，均能使平衡正向移动，故除原料气中CO适宜低温高压环境，故B不符合题意；
C、增大压强有利于氨的合成，但是压强过大会增加设备成本，因此合成塔压强调控在10MPa~30MPa之间，是对生产设备条件和经济成本的综合考虑结果，故C不符合题意；
D、合成塔使用热交换控制体系温度400~500℃左右，主要目的是使催化剂铁活性达到最佳状态，故D符合题意；
故答案为：D。
【分析】A、合成氨的反应为可逆反应；
B、该反应的 、；
C、压强增大，对设备要求变高；
D、温度会影响催化剂活性。
5．【答案】C
【知识点】工业合成氨；合成氨条件的选择
【解析】【解答】A.改变温度，压强可以改变合成氨的限度，故A不符合题意；
B.高压促使平衡向右移动，提高氨气的产率，故B不符合题意；
C.正反应是放热反应，温度过高不利于氨气产率的提高，故C符合题意；
D.合成氨工业采用高压可以提高转化率和缩短平衡时间，故D不符合题意；
故答案为：C
【分析】对于合成氨反应，正反应是放热，温度过高不利于合成氨的产率，增大压强可提高转化率结合选项判断。
6．【答案】D
【知识点】合成氨条件的选择
【解析】【解答】A.依据ΔG=ΔH-TΔS＜0分析；下该反应的， 反应不自发，故A错误；
B.增压有利于合成氨平衡正向移动，理论上压强越大越好，但压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，需要的动力也越大，会大大增加生产投资，因此实际工业中反应压强一般为，B错误；
C.反应平衡常数只与温度有关，温度不变，K不变，C错误；
D.催化剂中毒是因吸附或沉积毒物而使催化剂活性降低或丧失的过程，因此为了防止混有的杂质使催化剂中毒，原料气进入合成塔之前，须经过干燥净化，D正确；
故选D。
【分析】A.依据ΔG=ΔH-TΔS＜0分析；
B.理论应与实际相结合；
C.反应平衡常数只与温度有关；
D.催化剂中毒是因吸附或沉积毒物而使催化剂活性降低或丧失的过程。
7．【答案】D
【知识点】工业合成氨
【解析】【解答】A. 常温下合成氨反应的ΔH-TΔS<0， 只能说明反应能自发反应与反应速率快慢无关，故A不符合题意；
B.合成氨是放热反应，温度升高逆向反应，转化率降低，故B不符合题意；
C. 工业合成氨的反应是熵减小的放热反应 ，ΔH-TΔS无法判断，故C不符合题意；
D.工业合成氨的反应是熵减小的放热反应 ，ΔH-TΔS可在常温下自发反应，故D符合题意；
故答案为：D
【分析】根据题意可知，工业合成氨的反应是熵减小的放热反应 ，ΔH-TΔS可在常温下自发反应；ΔH-TΔS只能决定反应是否自发反应不能通过其判断反应速率；升高温度，平衡逆向移动，结合选项判断。
8．【答案】B
【知识点】工业合成氨；合成氨条件的选择；氨的性质及用途
【解析】【解答】A.氮气和氢气净化干燥 可以防止催化剂中毒 ，A正确；
B.该反应为可逆反应，加压，使得平衡向气体检晓得方向进行，即正向，可以提高氨的产率，B错误；
C. 反应温度为400~500℃，因为在该温度下催化剂的活性最大，可以提高反应速率，C正确；
D.可逆反应中的氮气和氢气可以再次利用，进行合成氨，节约成本，D正确。
故答案为：B。
【分析】本题主要考查工业合成氨的流程。
首先分析该流程图：
氮气和氢气净化干燥后，得到纯净的氮气和氢气，加压，加入催化剂，进行反应，得到氨，未反应的反应物再次进行循环利用。
9．【答案】B
【知识点】工业合成氨
【解析】【解答】A、由分析可知，甲为氮气，乙为一氧化氮，丙为二氧化氮，三种物质都含有氮元素，故A正确；
B、反应Ⅱ、反应Ⅲ的氧化剂为氧气，反应Ⅳ为二氧化氮和水反应生成硝酸和一氧化氮，氧化剂为二氧化氮，故B错误；
C、碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、水和二氧化碳，二氧化碳可在反应Ⅴ中被再次利用，故C正确；
D、反应Ⅴ为向饱和NaCl溶液中通入氨气和二氧化碳生成碳酸氢钠的反应，反应的化学方程式为：NH3 + CO2 + H2O + NaCl = NaHCO3↓+ NH4Cl，故D正确；
故答案为：B。
【分析】甲和氢气反应生成氨气，则甲为氮气，丙可以制得硝酸，二氧化氮和水反应生成硝酸，则丙为二氧化氮，乙为一氧化氮，丁加热得到纯碱，则丁为碳酸氢钠。
10．【答案】B
【知识点】工业合成氨
【解析】【解答】A．如果改变可逆反应的条件(如浓度、压强、温度等)，化学平衡就被破坏，并向减弱这种改变的方向移动，不断将氨气液化，降低生成物浓度，有利于平衡正向移动，故A不符合题意；
B．合成氨是放热反应，升高温度平衡逆向移动，原料的平衡转化率降低，控制温度为400℃～500℃是因为此温度催化剂的活性最高，反应速率较大，生产效率较高，故B符合题意；
C．增大压强，化学反应速率增大，氨的分解速率增加，故C不符合题意；
D．制备原料气过程中会产生其它杂质，为防止催化剂中毒和安全，原料气须经过净化处理，故D不符合题意；
故答案为：B。
【分析】A、减少生成物的浓度，平衡朝正向移动；
B、合成氨为放热反应，升高温度，平衡朝吸热方向移动；
C、增大压强，平衡朝气体系数缩小的方向移动；
D、催化剂可以加快反应速率，催化剂中毒会导致合成效果变差。
11．【答案】A
【知识点】工业合成氨；活化能及其对化学反应速率的影响；化学平衡的调控；活化分子
【解析】【解答】A.由合成氨过程中能量(E)变化图可以看出，该反应为放热反应，反应物总能量比反应产物的总能量高，A正确；
B.活化能越大，反应速率越慢，决定反应速率，从能量(E)变化图中可以看出活化能最大的一步是
，其活化能高于106KJ/mol，B错误；
C.催化剂不影响反应的焓变，C错误；
D.合成氨是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，降低原料的平衡转化率，D错误；
故答案为：A
【分析】反应历程中活化能最大的反应是决速步；使用催化剂可以减小反应的活化能，但不会改变反应的焓变。
12．【答案】D
【知识点】工业合成氨；氮的氧化物的性质及其对环境的影响
【解析】【解答】 A．NO可与空气中的氧气反应生成二氧化氮，故A错误；
B．NO2和溴蒸气都可以使湿润的淀粉 KI试纸变蓝，故B错误；
C．CO2在水中溶解度不大，氨气在水中溶解度大，因此应先通入过量NH3，故C错误；
D．相同条件下，气体的物质的量与体积成正比，则NH3、NO、NO2按2：1：1的比例反应，转化为对环境无害的物质，即N2和H2O，故D正确。
故答案为：D。
【分析】 由图可知氨气催化氧化生成NO，则气体1为NO，一氧化氮与氧气反应生成二氧化氮，则气体2为NO2，NO2与水反应生成硝酸，氨气与氯化钠、二氧化碳、水反应生成碳酸氢钠，碳酸氢钠受热分解生成碳酸钠、二氧化碳和水，则固体1为NaHCO3，NaHCO3受热分解生成的固体2为Na2CO3。
13．【答案】D
【知识点】合成氨条件的选择
【解析】【解答】A． 正反向气体分子总数减小，，A不符合题意；
B． 采用的高温是有利于提高催化剂活性、提供反应速率，正反应是放热反应，升温平衡左移、平衡转化率小，B不符合题意；
C． 采用的高压能增大反应速率、能使平衡右移，但平衡常数只受温度影响，故增压不影响平衡常数， C不符合题意；
D．使用铁触媒可以降低反应的活化能、加快反应速率，D符合题意；
故答案为：D。
【分析】A． 依据反应中气体分子变化判断；
B． 依据催化剂活性判断；
C．平衡常数只受温度影响；
D．使用催化剂可以降低反应的活化能、加快反应速率。
14．【答案】B
【知识点】工业合成氨
【解析】【解答】A选项，①→②催化剂在吸附N2、H2时，从图中看没有化学键的形成也没有断裂，故A不符合题意；
B选项，②→③断裂成N原子和H原子是吸热过程，故B符合题意；
C选项，③→④形成了新的化学键，形成了氮氢键，故C不符合题意；
D选项，使用合适的催化剂，能提高合成氨反应的速率，故D不符合题意；
故答案为：B。
【分析】A、结合图示可以看出氮气和氢气没有化学键的断裂和形成；
B、断键吸热；
C、结合图示可以看出氮原子和氢原子形成新的化学键；
D、催化剂可以提高反应速率。
15．【答案】C
【知识点】工业合成氨；合成氨条件的选择
【解析】【解答】A．步骤①中“净化”是除去杂质，以防止铁催化剂中毒，故A不符合题意；
B．合成氨的反应为气体分子数减小的反应，加压有利于平衡正向移动，提高原料转化率，加压也可以提高反应速率，故B不符合题意；
C．催化剂只能提高反应速率，不能提高平衡转化率，合成氨反应为放热反应，高温不利于平衡正向移动，而液化分离出NH3和N2、H2的循环再利用均可以使平衡正向移动，所以步骤④、⑤有利于提高原料平衡的转化率，步骤③不能，故C符合题意；
D．在反应达到一定转化率时及时将氨从混合气中分离出去，可使平衡正向移动，能保持足够高的原料转化率，故D不符合题意；
故答案为：C。
【分析】A、杂质会导致催化剂中毒；
B、增大压强，朝气体缩小的方向移动；
C、温度升高，朝吸热方向移动；
D、减小氨气的浓度，使平衡朝正向移动。
16．【答案】B
【知识点】合成氨条件的选择
【解析】【解答】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不符合题意；
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符合题意；
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不符合题意；
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不符合题意；
故答案为：B。
【分析】A.可逆反应中，增大一种反应物的浓度，另一种反应物的转化率增大；
B.合成氨的反应为放热反应，升温平衡逆向移动；
C.热交换的目的就是将氨气的热量传给氮气和氢气，对原料气进行预热；
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。
17．【答案】（1）防止H2和空气混合气体在E处受热时爆炸
（2）酸会流回长颈漏斗中，和Zn脱离，使反应停止；N2和H2
（3）铁触煤在较高温度时活性增大，加快氨合成的反应速率
【知识点】工业合成氨；合成氨条件的选择
【解析】【解答】（1）加热不纯净的氢气可能发生爆炸，因此需要进行氢气的纯度检验；
（2） C瓶内水位下降到液面保持不变时 ，说明压强已经稳定，此时氢气和氮气混和均匀，C中的气体成分是H2和N2； A中的稀硫酸进入到长颈漏斗中，和锌粒脱离接触，反应停止；
（3）先加热催化剂，催化剂需一定温度下才能发挥最大活性，故升高温度可升高催化剂活性，可提高合成氨的反应速率；
【分析】（1）考虑氢气是可燃性气体，不检验纯度容易发生爆炸。
（2）考虑反应停止主要由于酸和固体脱离接触，此时氢气和氮气混合均匀。
（3）考虑催化剂的发挥最大活性需要达到一定温度，因此提前加热。
18．【答案】（1）<；D
（2）bc
（3）减小生成物的浓度，可使平衡正向移动，提高产率；将分离后的原料气循环利用可提高原料的利用率
（4）<；c
（5）0.1；正
（6）
【知识点】工业合成氨；盖斯定律及其应用；化学平衡移动原理；化学平衡状态的判断；化学平衡转化过程中的变化曲线；化学平衡的计算
【解析】【解答】（1）该反应式气体体积减小的反应，为熵减反应，即 <0；
A、当ΔH-TΔS<0时，反应能自发进行，故A错误；
B、增大压强，该反应的平衡正向移动，反应物的转化率增大，故B错误；
C、该反应是放热反应，升高温度，该反应的平衡逆向移动，反应物的转化率降低，故C错误；
D、催化剂能降低反应的活化能，进而加快反应速率，故D正确；
故答案为：<；D；
（2）a、容器内、、的浓度之比为1∶3∶2时，不能说明正逆反应速率相等，无法判断反应是否达到平衡状态，故a不符合题意；
b、时，正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故b符合题意；
c、该反应是气体体积发生变化的反应，容器内的压强随反应进行发生变化，因此当容器内压强保持不变时，反应达到平衡状态，故c符合题意；
d、恒容容器，容积不变，容器内混合气体的质量不变，则混合气体的密度始终不变，故混合气体的密度保持不变不能作为该反应达到平衡的标志，故d不符合题意；
故答案为：bc；
（3）及时分离出氨气，可减小生成物的浓度，从而可使平衡正向移动，提高产率，将氨气分离后的原料气循环利用可提高原料的利用率，故答案为： 减小生成物的浓度，可使平衡正向移动，提高产率；将分离后的原料气循环利用可提高原料的利用率 ；
（4）①该反应为放热反应，升高温度反应的平衡逆向移动， 时氨气的体积分数大于 时，则 <，故答案为：<；
②增大氢气的量，该反应的平衡正向移动，氮气的转化率增大，因此氮气转化率最高的是c点，故答案为：c；
（5）①由表中数据可知，达到平衡时，氢气的浓度为0.20mol/L，则平衡时，氮气的浓度为0.4mol/L，氢气的浓度为1.0mol/L，则平衡常数，故答案为：0.1；
②向原平衡体系中加入、和各4mol，则此时浓度熵，化学平衡正向移动，故答案为：正；
（6）记① ，② ，③ ，根据盖斯定律，将②×2+③×3-①×2得到氨气催化氧化生成NO和水蒸气的热化学方程式为 ，故答案为： 。
【分析】（1）该反应是气体体积减小的反应；
（2）可逆反应达到平衡状态时，正逆反应速率相等，反应体系中各物质的物质的量、物质的量浓度、百分含量以及由此引起的一系列物理量不变；
（3）平衡移动原理的具体内容为：如果改变可逆反应的条件（如浓度、压强、温度等），化学平衡就被破坏，并向减弱这种改变的方向移动；
（4）①升温该反应的平衡逆向移动；
②增大氢气的量，能增大氮气的转化率；
（5）①平衡常数是指各生成物浓度的化学计量数次幂的乘积与各反应物浓度的化学计量数次幂的乘积的比；
②计算此时的浓度熵，与平衡常数比较确定平衡进行的方向；
（6）根据盖斯定律，将第二个方程式乘以2加上第三个方程式乘以3再减去第一个方程式乘以2可得目标方程式。
19．【答案】（1）<；其它条件相同时，升高温度，平衡混合物中氨的体积分数减小，说明升温平衡逆向移动，正反应为放热反应，即
（2）
（3）<
（4）B；催化剂表面的氨分子太多，不利于氮气和氢气从催化剂表面解吸；ABD
【知识点】化学反应速率的影响因素；化学平衡的影响因素；合成氨条件的选择
【解析】【解答】（1）相同压强下，升高温度，平衡混合物中氨的体积分数减小，说明升温平衡逆向移动，正反应为放热反应，即；
（2）由反应可知，正向为气体分子数减小的反应，增大压强平衡正向移动，氨气的物质的量增大，平衡时氨气的体积分数增大，则、和由大到小的顺序是。
（3）①温度越高，压强越大，反应速率越大，由(2)分析可知，，由图可知，B对应的温度高、压强大，则反应速率大，；
（4）①断裂化学键吸收能量，形成化学键释放能量，结合图3分析可知，吸附后，能量状态最高的是B；
②根据题目信息，结合图2分析可知，之前反应速率增加的原因可能是氨的浓度增加，催化剂表面吸附的氨分子增多，速率增大；之后反应速率降低的原因可能是催化剂表面的氨分子太多，不利于氮气和氢气从催化剂表面解吸。
③A.使用更有效的催化剂，反应活化能降低，可以增大化学反应速率，A正确；
B.一定温度下，将原容器中的及时分离出来，氨气浓度减小，结合公式分析可知，反应速率增大，B正确；
C.由合成氨的速率与相关物质的浓度的关系可知，氢气的浓度对速率的影响大于氮气的浓度对速率的影响，总压强一定时，增大氮气和氢气的物质的量之比相当于减小氢气浓度，反应速率减小，C不正确；
D.按照原来比值增大氢气和氮气浓度，反应物浓度增大，反应速率增大，D正确；
故答案为：ABD。
【分析】（1）根据影响化学平衡移动的因素分析；
（2）利用“定一议二”分析；
（3）①温度越高，压强越大，反应速率越大；
（4）①断裂化学键吸收能量，形成化学键释放能量；
②根据题目信息，结合图2分析；
③依据影响反应速率和化学平衡的因素分析。
20．【答案】（1）D
（2）B；C
（3）＞；C；及时的分离出氨气
（4）0.0075；2／P2；大于
【知识点】焓变和熵变；合成氨条件的选择；化学平衡状态的判断；化学平衡的计算
【解析】【解答】（1）A、反应能否自发进行，需综合考虑ΔH、ΔS，A不符合题意；
B、反应能否自发进行，需综合考虑ΔH、ΔS，B不符合题意；
C、该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，因此高温下进行，反应物的转化率降低，C不符合题意；
D、该反应的ΔH＜0，ΔS＜0，要使ΔH-TΔS＜0，则要求T较小，因此该反应在低温下能自发进行，D符合题意；
故答案为：D
（2）A、容器内N2、H2、NH3的浓度之比为1：3：2，不能说明反应达到平衡状态，A不符合题意；
B、N2的百分含量为一个变量，则当N2的百分含量不变时，说明反应达到平衡状态，B符合题意；
C、反应前后气体分子数改变，因此反应过程中容器内压强是一个变量，则当容器内压强保持不变时，说明反应达到平衡状态，C符合题意；
D、反应物和生成物都是气体，根据质量守恒定律可得，反应过程中混合气体的质量保持不变，由于容器容积固定，因此混合气体的体积不变，故反应过程中，混合气体的密度一直保持不变，因此混合气体的密度保持不变，不能说明反应达到平衡状态，D不符合题意；
故答案为：BC
（3）①合成氨的反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，平衡NH3的百分含量减小，因此温度越高，平衡NH3%越小，故温度T1>T2。
②随着n(H2)的增加，平衡正向移动，N2的转化率增大，因此反应物N2的转化率最高的是c点。
③合成氨中，为提高平衡产率，除了适当控制反应温度和压强，还可以及时分离处氨气，使平衡正向移动，提高平衡产率。
（4）20min后，反应达到平衡状态，此时c(NH3)=0.3mol·L-1，可得平衡三段式如下：
所以用N2表示的反应速率。
平衡体系中各气体的分压、
所以该反应的化学平衡常数
②不考虑平衡移动，则通入1.8molN2和4.2molH2，反应达到平衡时，生成c(NH3)=0.3mol·L－1，此时平衡体系中NH3的总浓度为0.6mol·L－1。由于保持容器体积不变，再通入1.8molN2和4.2molH2，则体系的压强增大，平衡正向移动，因此达到平衡时，体系中NH3的总浓度大于0.6mol·L－1。
【分析】（1）若反应能自发进行，则ΔH-TΔS＜0。
（2）当正逆反应速率相等，或“变量不变”时，说明反应达到平衡状态。
（3）①合成氨的反应为放热反应，温度越高，平衡时NH3的百分含量越低。
②增加H2的量，平衡正向移动，N2的转化率增大。
③温度、浓度、压强都会影响平衡移动。
（4）①根据平衡NH3的浓度计算参与反应的c(N2)，结合公式计算用N2表示的反应速率。根据平衡时各气体的物质的量浓度，计算各个气体的分压， 从而计算其压强平衡常数。
②维持容器体积不变，向平衡体系中再加入1.8molN2和4.2molH2，则体系的压强增大，平衡正向移动。
21．【答案】（1）N2分子中含有氮氮三键，键能大，破坏N≡N键需要吸收很高的能量，所以氮气的化学性质很稳定；3Mg+N2Mg3N2；b
（2）用湿润的红色石蕊试纸检验生成的气体，试纸变蓝，说明有氨气产生
（3）NH3与HCl会发生反应NH3+HCl=NH4Cl
（4）40%；>
（5）ad
【知识点】工业合成氨；化学平衡状态的判断；化学平衡的计算；氮气的化学性质
【解析】【解答】（1）N2分子中含有氮氮三键，键能大，破坏N≡N键需要吸收很高的能量，所以氮气的化学性质很稳定；固氮是将游离态氮转化为化合态的氮，根据上述流程可知，其中的固氮反应为镁与氮气的反应，化学方程式为3Mg+N2Mg3N2；镁在熔融状态下反应，而镁的熔点为649℃，而二氮化三镁大于800℃时发生分解，故固氮的适宜温度范围是700~800℃，
故答案为：b；
（2）氮化镁能和水反应产生白色沉淀和氨气，用湿润的红色石蕊试纸检验生成的气体，试纸变蓝，说明有氨气产生，说明Mg能起到固氮作用；
（3）NH3与HCl会发生反应NH3+HCl=NH4Cl，故NH3的收率较低；
（4）6 .5min时反应达到平衡，此时NO2的转化率为0.5，利用三段式可知：
则反应达到平衡时CO2的体积分数=100%== 40%；反应未开始时，气体只有NO2，摩尔质量为46g/mol，若反应完全进行，则气体为体积比为1 ： 2的N2和CO2，平均摩尔质量约为38.67g/mol，说明NO2的转化率越大，混合气体的平均摩尔质量越小，则(A) >(B)；
（5）a.反应过程中CO2的质量分数在改变，当CO2的质量分数保持不变，反应达到平衡状态，选项a正确；
b. CO2、N2均为生成物，初始投料为NO2，所以CO2、N2的百分含量之比始终不变，不能说明反应达到平衡状态，选项b不正确；
c. 2v(逆)(NO2)=v(正)(N2)，则4v(逆)(N2)=v(正)(N2)，正逆反应速率不相等，不能说明反应达到平衡状态，选项c不正确；
d. NO2有颜色，混合气体颜色不变，说明NO2的浓度不变，反应达到平衡状态，选项d正确；
故答案为：ad。
【分析】（1）依据结构判断性质；固氮是将游离态氮转化为化合态的氮，根据表中数据分析；
（2）利用已知反应中产物的性质分析；
（3）NH3与HCl会发生反应；
（4）利用三段式法计算；
（5）依据化学平衡的特征“等”和“定”进行分析判断。
22．【答案】（1）C；D
（2）不
（3）T 0之前未平衡，随温度升高反应速率加快，N2的体积分数减小；T0之后达到平衡状态，温度升高平衡逆向移动，N2的体积分数增大；
（4）Li2NH+LiNH2+3H2=3LiH+2NH3
【知识点】工业合成氨；合成氨条件的选择
【解析】【解答】（1）A．合成氨用于工业生产，是目前人工固氮最重要的途径，A不正确；
B．合成氨反应的 H、 S都与温度有关，但受温度的影响不大，B不正确；
C.400~500℃是合成氨反应催化剂的活性温度，同时反应速率比较快，此温度的选择是综合考虑了反应速率与平衡产率的矛盾，C正确；
D．合成氨反应的反应物气体分子数大于生成物气体分子数，将原料气加压至10MPa~30MPa，有利于提高原料气的平衡转化率，同时加快反应速率，D正确；
E．合成氨生产过程中将NH3液化分离，是为了提高N2、H2的转化率，但不能加快正反应速率，E不正确；
故答案为：CD。答案为：CD；
（2）已知某温度下合成氨反应达平衡时各物质均为，容器容积为VL，此时平衡常数K=；保持温度和压强不变，又充入3amol N2后，则气体的体积变为2VL，此时浓度商Q==K，所以平衡不移动。答案为：不；
（3）①T0点前，反应未达平衡，随温度升高，N2的百分含量不断减小；T0点后，反应已达平衡，随温度升高，平衡逆向移动，N2的百分含量不断增大。则N2的体积分数随温度升高先减小后增大，原因是：T0之前未平衡，随温度升高反应速率加快，N2的体积分数减小；T0之后达到平衡状态，温度升高平衡逆向移动，N2的体积分数增大。
②研究表明，温度越高，温度对平衡的影响大于压强对平衡的影响，则压强增大时，N2的体积分数随温度升高变化更快，达平衡的时间比P1时更短，所以保持其他条件不变，P2压强下 (P2＞P1)N2的体积分数与温度(T)的关系趋势图为。答案为：T0之前未平衡，随温度升高反应速率加快，N2的体积分数减小；T0之后达到平衡状态，温度升高平衡逆向移动，N2的体积分数增大；；
（4）LiH-3d过渡金属复合催化剂可用于催化合成氨，已知N2被吸附发生反应3LiH+N2=Li2NH+LiNH2，则H2被吸附时，H2与N2被吸附时的产物发生反应又将生成LiH，反应方程式为Li2NH+LiNH2+3H2=3LiH+2NH3。答案为：Li2NH+LiNH2+3H2=3LiH+2NH3。
【分析】（1）依据影响反应速率和化学平衡的因素分析合成氨条件的选择；
（2）通过计算比较Qc与K的大小判断；
（3）①依据曲线的变化判断反应吸、放热情况及平衡前后体积分数的变化；
②利用“定一议二”法分析；
（4）根据反应物和产物的化学式，利用原子守恒书写。
23．【答案】（1）能
（2）高；低
（3）ab
（4）a
（5）-1；a
（6）Fe；3d6
【知识点】原子核外电子排布；晶胞的计算；化学反应速率；化学平衡的影响因素；合成氨条件的选择
【解析】【解答】（1），则 G= H-T S=(-92.4+0.2×273) kJ mol-1=-37.8 kJ mol-1＜0，所以合成氨反应在常温下能自发进行。
（2）温度越高，反应速率越快，所以高温有利于提高反应速率；因为正反应为放热反应，所以低温有利于提高平衡转化率。答案为：高；低；
（3）a．因为正反应为放热反应，所以低温有利于平衡正向移动，氨气在“冷Ti”表面生成，有利于提高氨的平衡产率，a正确；
b．温度升高，反应速率加快，所以在“热Fe”表面断裂，有利于提高合成氨反应速率，b正确；
c．合成氨反应的正反应为放热反应，“热Fe”高于体系温度，不利于提高氨的平衡产率，c不正确；
d．温度升高，可提高合成氨反应的速率，所以“冷Ti”低于体系温度，不利于提高合成氨反应速率，d不正确；
故答案为：ab。
（4）a．时，复合催化剂比单一催化剂的反应速率快，催化效率更高，a正确；
b．催化剂只能改变反应速率，不能改变平衡产率，b不正确；
c．虽然图中显示温度高反应速率快，温度过高，催化剂的活性可能不变或降低，c不正确；
故答案为：a。
（5）选择实验1和3进行分析，此时，则γ=-1；
a．在合成氨过程中，需要不断分离出氨，有利于平衡正向移动，a正确；
b．氨是在该催化剂的催化作用下生成，不会使催化剂中毒，b不正确；
c．分离出氨，并没有增大反应物的浓度，所以不会提高正反应速率，c不正确；
故答案为：a。
（6）根据均摊法，该晶胞中含黑球的数目为=4，含白球的数目为8，则黑球与白球的个数比为1：2，黑球的化学式为，白球的化学式为，从而得出M+17×6+15×2=188，M=56，则M元素为Fe；在该化合物中，Fe2+的价电子排布式为3d6。
【分析】（1）根据 H-T S<0时反应自发进行分析；
（2）温度越高，反应速率越快；
（3）a.低温有利于平衡正向移动；
b.升温反应速率加快；
c.合成氨的反应为放热反应；
d.温度升高，可提高合成氨反应的速率；
（4）a.复合催化剂比单一催化剂的反应速率快，催化效率更高；
b.催化剂只能改变反应速率，不能改变平衡产率；
c.温度过高催化剂可能失去活性；
（5）结合表中数据计算；不断分离出氨有利于平衡正向移动；
（6）根据均摊法计算；Fe2+的价电子排布式为3d6。
24．【答案】（1）加压10Mpa~30Mpa、冷却液化氨、原料气循环利用；干燥净化、加压10Mpa~30Mpa、原料气的循环利用、铁触媒400~500℃；在减压下加热吸收CO后的铜氨废液、用硫酸溶液吸收氨气、并收集纯净的CO
（2）200℃；Q=M>N
【知识点】化学平衡常数；合成氨条件的选择
【解析】【解答】（1）①是气体分子总数减小的放热反应，增大压强可促使平衡右移提高原料利用率，采用迅速冷却的方法使氨气液化并及时分离可降低速率、但促使平衡正向移动提高原料利用率；原料气循环使用能使原料气的浓度保持一定能提高N2、H2的转化率，则流程中有利于提高原料利用率的措施是加压、冷却液化氨、原料气循环利用；增大压强可提高反应速率且促使平衡右移，升温虽然使平衡左移但能提高催化剂活性大幅度提高反应速率，干燥净化能防止催化剂中毒，故有利于提高单位时间内氨的产率的措施有干燥净化、加压10Mpa~30Mpa、原料气的循环利用、铁触媒400~500℃。
②反应为放热的、气体体积缩小的可逆反应，升温、减压可促使平衡左移，产生的混合气体用硫酸溶液吸收氨气后可回收CO、铜氨溶液可进行重复利用，故答案为：对吸收CO后的铜氨废液在减压下加热、用硫酸溶液吸收氨气、并收集纯净的CO。
（2）①是气体分子总数减小的放热反应，降温可促使平衡右移、温度越低氨气的百分含量越高，所以，曲线a对应的温度是200℃。
②K只受温度影响，该反应温度升高时K值减小，b是400℃，c是600℃，上图中M、N、Q点平衡常数K的大小关系是K(M)=K(Q)＞K(N)，故答案为Q=M>N。
【分析】（1）①根据影响化学平衡移动的因素分析；
②依据反应方程式，利用影响化学平衡移动的因素分析；
（2）①依据图中曲线分析；
②K只受温度影响。
25．【答案】（1）N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) ΔH=-92kJ/mol；b；降低反应的活化能，活化分子数增多，有效碰撞频率增多，反应速率加快
（2）N2、H2；提高原料的利用率；CD
【知识点】工业合成氨；合成氨条件的选择
【解析】【解答】(1)①由图可知，合成氨的反应ΔH=Ea(正)- Ea(逆)=508 kJ/mol-600 kJ/mol=-92 kJ/mol，因此该反应的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)=2NH3(g) ΔH=-92kJ/mol。
②催化剂能够降低反应的活化能，因此b曲线表示加入铁触媒的能量变化曲线；向反应体系中加入催化剂，催化剂能够降低反应的活化能，使单位体积能活化分子数增多，能够提高有效碰撞的频率，从而加快化学反应速率，故答案为：b；降低反应的活化能，活化分子数增多，有效碰撞频率增多，反应速率加快。
(2)①由图可知，N2+H2经过热交换后在铁触媒(500℃)中充分反应生成NH3，后经过冷却后，NH3液化，N2+H2进行循环利用，从而提高原料利用率，故答案为：N2、H2；提高原料的利用率。
②A．催化剂能够加快化学反应速率，并不会改变化学平衡，因此无法提高原料利用率，故A不选；
B．合成氨的反应为放热反应，升高温度会使平衡逆向移动，会降低合成氨的产率，故B不选；
C．合成氨的反应正向为气体体积减小的反应，加压能够使平衡正向移动，能够提高合成氨的产率，故C选；
D．冷却并分离出液态氨，降低生成物的浓度(分压)，能够使平衡正向移动，可提高合成氨的产率，故D选；
故答案为：CD。
【分析】（1） ① 根据图示可以知道反应为氮气和氢气生成氨气，其△H=反应物总键能-生成物总键能；
② 铁触媒为催化剂，可以降低反应的活化能；
（2） ① 循环利用的物质可以根据箭头的始末进行判断；
② 根据热化学方程式，可以知道合成氨气的过程中，左边气体系数大于右边，且反应为放热反应，结合平衡移动进行判断，可知应该采用增大压强的方法或分离生成物的方法。
26．【答案】（1）增加氮气的投入量；将生成的氨气降温液化及时移出
（2）NH +H2O NH3 H2O+H+；促进；c(NH )＞c(SO )＞c(H+)＞c(OH-)
（3）＜；c；0.01
【知识点】工业合成氨；化学平衡移动原理；化学平衡的计算；盐类水解的应用；离子浓度大小的比较
【解析】【解答】(1) 工业上的合成氨的反应是气体物质的量减小的放热反应，在实际化工生产中，为提高NH3的产率，可以采取的措施有：增加氮气的投入量；将生成的氨气降温液化及时移出，故答案为：增加氮气的投入量；将生成的氨气降温液化及时移出；
(2)NH 水解导致硫酸铵溶液显酸性，水解的方程式为NH +H2O NH3 H2O+H+；盐类的水解促进水的电离；水解后(NH4)2SO4水溶液的pH=5，溶液中的离子浓度由大到小的顺序为c(NH )＞c(SO )＞c(H+)＞c(OH-)，故答案为：NH +H2O NH3 H2O+H+；促进；c(NH )＞c(SO )＞c(H+)＞c(OH-)；
(3)①合成氨的反应为放热反应，温度升高，化学平衡向着吸热方向移动，从T1到T2反应体系中氨气的百分数增加，故T1＞T2，故答案为：＜；
②b点代表平衡状态，c点表示又加入了氢气，平衡向右移动，氮气的转化率增大，因此反应物N2的转化率最大的是c，故答案为：c；
③当氮气和氢气的物质的量之比为1∶3时达平衡状态时氨的百分含量最大，平衡点时产物的产率最大，根据图示，当起始氢气的物质的量为0.15mol时氨的含量最大，故起始加入N2的物质的量为0.05mol，测得平衡时H2、N2的转化率均为60%，则平衡时氮气的浓度是 =0.01mol/L，故答案为：0.01。
【分析】要提高NH3的产率，需要使平衡正向移动，据此分析解答；NH 水解导致硫酸铵溶液显酸性，据此分析解答；合成氨的反应为放热反应，温度升高，化学平衡向着吸热方向移动，当氮气和氢气的物质的量之比为1∶3时达平衡状态时氨的百分含量最大，判断起始加入N2的物质的量，结合H2、N2的转化率均为60%分析解答。
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