“高中化学单元教学精品课程”课时作业设计单
基本信息
化学反应速率与化学
单元名称 年级 高二年级 学期 秋季
平衡
课时题目 2.4 化学反应的调控
作业目标
通过作业检测进一步巩固对工业合成氨的适宜条件选择的理解和进一步检测对化工生产中调控反应的一般
思路的掌握情况。
作业设计
精选题目 设计意图
基 一、选择题
础
巩 1．下列关于工业合成氨的叙述正确的是（ ）
固
（
必 A．合成氨工业温度选择为 700 K 左右，主要是为了提高 NH3产率
做
题 B．使用催化剂和施加高压，都能提高反应速率，但对化学平衡状态无影响
建
议 C．合成氨生产过程中将 NH3液化分离，可提高其自身的转化率五 通过完成
分
钟 D．合成氨工业中为了提高氢气的利用率，可适当增加氮气浓度 本组习题
完
2 让学生对成 ．镧镍合金在一定条件下可吸收氢气形成氢化物：LaNi5(s)3H2(g) LaNi5H6(s)
） 工业合成
ΔH<0，欲使 LaNi5H6(s)释放出气态氢，根据平衡移动原理，可改变的条件是（ ）
氨的适宜
A．增加 LaNi5H6(s)的量 B．降低温度 条件选择
C．减小压强 D．使用催化剂 更 加 清
3．人体内的血红蛋白(Hb)可与 O2结合，Hb 也可以与 CO 结合，涉及原理如下： 晰。
①Hb(aq) + O2(g) HbO2(aq) ΔH1<0
②Hb(aq) + CO(g) HbCO(aq) ΔH2<0
③HbO2(aq) + CO(g) HbCO(aq) + O2(g) ΔH3<0
下列说法不正确的是（ ）
A．│ΔH1│<│ΔH2│
B．反应①与②在一定温度下能自发进行
C．刚从平原到高原时，人体血液中 c(HbO2)将降低，使人体因缺氧而产生不适应
D．把 CO 中毒的人转到高压氧仓中治疗，反应①平衡向正反应方向移动，c(HbO2)
增大，反应③平衡向正反应方向移动
4.据报道，在 300 ℃、70 MPa 下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实：2CO2(g)＋
6H 2(g) CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)。下列叙述错误的是( )
A.使用 Cu－Zn－Fe 催化剂可大大提高生产效率
B.反应需在 300 ℃下进行可推测该反应一定是吸热反应
C.充入大量 CO2气体可提高 H2的转化率
D.从平衡混合气体中分离出 CH3CH2OH 和 H2O 可提高 CO2和 H2的利用率
5.CO 和 NO 都是汽车尾气中的有害物质，它们之间能缓慢发生反应：2NO(g)＋2CO(g)
N2(g)＋2CO2(g) ΔH<0，现利用此反应，拟设计一种环保装置，用来消除汽车尾
气对大气的污染，下列设计方案可以提高尾气处理效果的是( )
①选用适当的催化剂 ②提高装置温度
③降低装置的压强 ④向装置中放入碱石灰
A.①③ B.②④ C.①④ D.②③
6.水煤气的主要成分为 CO 和 H2综，工合业运上用常（利必用做题CH，4和建议H2五O分在钟催时化间剂完和成一）定条件下来
制备水煤气，原理为 CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g) ΔH>0。下列条件中最适宜工
业生产水煤气的是( )
通过本组
A.温度为 25 ℃，压强为 50 kPa
的训练更
B.温度为 25 ℃，压强为 101 kPa 好地检测
C.温度为 500 ℃，压强为 1 000 kPa 学生对化
D.温度为 800 ℃，压强为 250 kPa 工生产中
调控反应
7.合成氨的热化学方程式为 N －12(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol ，如图所
的一般思
示为相同温度下，在等量的不同催化剂作用下，某浓度氨气分解时对应生成氢气的初 路的应用
始速率，下列说法正确的是( ) 掌 握 程
度。
A.Fe 作催化剂时，氨气分解反应活化能最小
B.氨气分解达到平衡时，单位时间内 N≡N 键断裂数目和 N—H 键形成数目相同
C.低压不利于提高 N2和 H2产率
D.高温不利于提高工业合成氨产率
8．痛风病与关节滑液中形成的尿酸钠（NaUr）有关（NaUr 增多，病情加重），其
化学原理为：HUr(aq)+Na+(aq) NaUr(s)+H+(aq) H＜0。下列说法不正确的是
（ ）
A．寒冷季节更易诱发关节疼痛
B．大量饮水会增大痛风病发作的可能性
C．饮食中摄入过多食盐，会加重痛风病病情
D．患痛风病的人应少吃能代谢产生更多尿酸的食物
9．工业上可以利用硫(S8 )与CH4 为原料制备CS2 ，S8受热分解成气态S2 ，发生反
应： 2S2 g + CH4 g CS2 g + 2H2S g △H。一定条件下，CH4 与S2 反应中
CH4 的转化率、S8分解产生S2 的体积分数随温度的变化曲线如图所示。下列说法正
确的是（ ）
A．△H>0
B．图中 a 点所示条件下，延长反应时间不能提高CH4 转化率
C．在恒温密闭容器中，S2 与CH4 按物质的量之比为 2：1 投料，当CS2 的体积分数
为 15%时，CH4 的转化率为 45%(该温度下，S8完全分解成气态S2 。)
D．工业上生产CS2 ，温度越高越好
10.苯乙烯与溴苯在一定条件下发生 Heck 反应
1
溴苯用量(mmol) 100 100 100 100 100 100
00
催化剂用量(mmol) 2 2 2 2 2 2 2
1
反应温度(℃) 100 100 100 100 120 140
60
1
反应时间(h) 10 12 14 16 14 14
4
8
产率/% 81.2 84.4 86.6 86.2 93.5 96.6
9.0
根据上表数据，下列说法正确的是( )
A.最佳反应温度为 100 ℃ B.最佳反应时间为 16 h
C.温度过高时催化剂活性可能降低 D.使用催化剂能提高产物的产率
二、问答题 拓展提升（选做题，建议十五分钟时间完成）检测新情
1. 在硫酸工业中，通过下列反应使SO2 氧化成SO3： 2SO2 (g) + O (g) 境下对知2
识的迁移
催
化 剂 2SO (g) DH = -198kJ ×mol-1D 3 。下表为不同温度和压强下SO2 的转化率 应用、综
(%)： 合思维能
力。
P/Pa T/℃ 1×105 1×105 1×106 1×106 1×107
450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
(1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能多地转化为三氧化硫，可采用的条件
是 。
(2)在实际生产中，选定 400~500℃作为操作温度，其原因是 。
(3)在实际生产中，采用的压强为常压，其原因是 。
(4)在实际生产中，通入过量空气的目的是 。
(5)尾气中有SO2 必须回收是为了 。
2.科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。曾有实验报道：在常温、
常压、光照条件下，N2 在催化剂(掺有少量 Fe2O3 的 TiO2)表面与水发生反应，生成的
主要产物为 NH3。进一步研究 NH3生成量与温度的关系，部分实验数据见下表(光照、
N2压强 1.0×105 Pa、反应时间 3 h)：
T/K 303 313 323 353
NH3生成量/×10－6 mol 4.8 5.9 6.0 2.0
相应的热化学方程式如下：
3
N (g)＋3H O(l) 2NH (g)＋ O (g) ΔH＝＋765.2 kJ·mol－12 2 3 2 2
回答下列问题：
(1)与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应速率慢。请提出可提高
其反应速率且增大 NH3生成量的建议： 。
(2)工业合成氨的反应为 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。设在容积为 2.0 L 的密闭容器中充
入 0.60 mol N2(g)和 1.60 mol H2(g)，反应在一定条件下达到平衡时，NH3的物质的量分
4
数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为 。计算：7
①该条件下 N2的平衡转化率为 。
②该条件下反应 2NH 3(g) N2(g)＋3H2(g)的平衡常数为 。
3．合成氨对人类的生存和发展有着重要意义，1909 年哈伯在实验室中首次利用氮气
与氢气反应合成氨，实现了人工固氮。
(1)反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的化学平衡常数表达式为 。
(2)请结合下列数据分析，工业上选用氮气与氢气反应固氮，而没有选用氮气和氧气
反应固氮的原因是 。
序号 化学反应 K(298K)的数值
① N2(g) + O (g) 2NO(g) 5×10-312
② N2(g) + 3H2(g) 2NH 63(g) 4.1×10
(3)对于反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，在一定条件下氨的平衡含量如下表。
温度/℃ 压强/MPa 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其他条件不变时，温度升高氨的平衡含量减小的原因是 (填字母序号)。
a.温度升高，正反应速率减小，逆反应速率增大，平衡逆向移动
b.温度升高，浓度商(Q)变大，Q>K，平衡逆向移动
c.温度升高，活化分子数增多，反应速率加快
d.温度升高，K 变小，平衡逆向移动
③哈伯选用的条件是 550℃、10MPa，而非 200℃、10MPa，可能的原因
是 。
(4)图 1 表示 500℃、60.0 MPa 条件下，原料气投料比与平衡时 NH3体积分数的关
系。根据图中 M 点数据计算 N2的平衡体积分数 ；
(5) 图 2 是合成氨反应平衡混合气中 NH3的体积分数随温度或压强变化的曲线，图中
L(L1、L2)、X 分别代表温度或压强。其中 X 代表的是 (填“温度”或“压强”)；判断
L1、L2的大小关系并说明理由 。
4.催化还原 CO2 是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明，在 Cu/ZnO
催化剂存在下，CO2 和 H2 可发生两个平行反应，分别生成 CH3OH 和 CO。反应的热
化学方程式如下：
CO2(g)＋3H 2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－53.7 kJ·mol－1 Ⅰ
CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH2 Ⅱ
某实验室控制 CO2和 H2初始投料比为 1∶2.2，在相同压强下，经过相同反应时间
测得如下实验数据：
T/K 催化剂 CO2转化率(%) 甲醇选择性(%)
543 Cat.1 12.3 42.3
543 Cat.2 10.9 72.7
553 Cat.1 15.3 39.1
553 Cat.2 2.0 71.6
[备注]Cat.1：Cu/ZnO 纳米棒；Cat.2：Cu/ZnO 纳米片；甲醇选择性：转化的 CO2中生
成甲醇的百分比
已知：①CO 和 H2的燃烧热分别为 283.0 kJ·mol－1和 285.8 kJ·mol－1
②H2O(l)===H2O(g) ΔH －13＝＋44.0 kJ·mol
请回答(不考虑温度对 ΔH 的影响)：
(1)反应Ⅰ的平衡常数表达式 K＝ ；反应Ⅱ的 ΔH2＝ kJ·mol－1。
(2)有利于提高 CO2转化为 CH3OH 平衡转化率的措施有 。
A.使用催化剂 Cat.1
B.使用催化剂 Cat.2
C.降低反应温度
D.投料比不变，增加反应物的浓度
E.增大 CO2和 H2的初始投料比
(3)表中实验数据表明，在相同温度下不同的催化剂对 CO2转化成 CH3OH 的选择性有
显著的影响，其原因是
。
5.哈伯因发明用氮气和氢气合成氨的方法而获得诺贝尔奖。N2 和 H2 生成 NH3 的反应
1 3
为 N2(g)＋ H2(g) NH3(g) ΔH(298 K)＝－46.2 kJ/mol，在 Fe 的催化作用下的反2 2
应历程如下(*表示吸附态)：
化学吸附：N2(g)→2N*；H2(g)→2H*。
表面反应：N*＋H* NH*；NH*＋H* NH2*；NH 2*＋H* NH3*。
脱附：NH * 3 NH3(g)。
其中，N2的吸附分解反应活化能高、反应速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。
请回答下列问题：
(1)有利于提高合成氨平衡产率的条件有 。
A.低温 B.高温 C.低压 D.高压 E.催化剂
(2)实际生产中，常用铁触媒作催化剂，控制温度为 773 K 左右，压强为 3.0×107 Pa 左
右，原料气中 N2 和 H2 物质的量之比为 1∶2.8。分析说明原料气中 N2 过量的两个理
由 ； 。
(3)关于合成氨工艺的下列理解，正确的是 。
A.合成氨反应在不同温度下的 ΔH 和 ΔS 都小于零
B.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(不参加反应)
气体，有利于提高平衡转化率
C.NH3易液化，不断将液氨移去，有利于反应正向进行
D.分离空气可得 N2，通过天然气和水蒸气转化可得 H2，原料气须经过净化处理，以
防止催化剂中毒和发生安全事故
作业展示与评估
1.展示要求：以图片形式展示学生所完成的典型作业，图片内容清晰，布局均衡、排版合理。
2.教师评估：鼓励单元作业设计者展示对学生作业的多元化评价，例如通过引进师生对评、生生互评等丰
富教师对学生作业的评价维度和角度，实现教师对学情的精准把握，为进一步完善教学设计进行创新性探
索。“高中化学单元教学精品课程”课时作业设计单
基本信息
化学反应速率与化学
单元名称 年级 高二年级 学期 秋季
平衡
课时题目 2.4 化学反应的调控
作业目标
通过作业检测进一步巩固对工业合成氨的适宜条件选择的理解和进一步检测对化工生产中调控反应的一般
思路的掌握情况。
作业设计
精选题目 设计意图
基 一、选择题
础
巩 1．下列关于工业合成氨的叙述正确的是（ ）
固
（
必 A．合成氨工业温度选择为 700 K 左右，主要是为了提高 NH3产率
做
题 B．使用催化剂和施加高压，都能提高反应速率，但对化学平衡状态无影响
建
议 C．合成氨生产过程中将 NH3液化分离，可提高其自身的转化率五 通过完成
分
钟 D．合成氨工业中为了提高氢气的利用率，可适当增加氮气浓度 本组习题
完 让学生对
成 【答案】D
） 工业合成
【详解】A．合成氨反应为放热反应，温度较高不利于提高 NH3产率，A 错误；
氨的适宜
B．催化剂和高压能加快反应速率，增大压强平衡正移，催化剂对平衡无影响，B 错 条件选择
误； 更 加 清
C．两种或两种以上的反应物，充入一种反应物，其他反应物转化率提高，而自身转 晰。
化率降低，C 错误；
D．增加一种反应物的浓度可以提高另一种反应物的转化率，而本身转化率降低，所
以合成氨工业中为了提高氢气的利用率，可适当增加氮气的浓度，D 正确； 故选
D。
2．镧镍合金在一定条件下可吸收氢气形成氢化物：LaNi5(s)3H2(g) LaNi5H6(s)
ΔH<0，欲使 LaNi5H6(s)释放出气态氢，根据平衡移动原理，可改变的条件是（ ）
A．增加 LaNi5H6(s)的量 B．降低温度
C．减小压强 D．使用催化剂
【答案】C
【详解】欲使 LaNi5H6(s)释放出气态氢，则平衡向逆向移动，由 LaNi5(s)＋3H2(g)
LaNi5H6(s) ΔH<0，为气体减小的放热反应，所以可以升高温度或降低压强，故选
C。
3．人体内的血红蛋白(Hb)可与 O2结合，Hb 也可以与 CO 结合，涉及原理如下：
①Hb(aq) + O2(g) HbO2(aq) ΔH1<0
②Hb(aq) + CO(g) HbCO(aq) ΔH2<0
③HbO2(aq) + CO(g) HbCO(aq) + O2(g) ΔH3<0
下列说法不正确的是（ ）
A．│ΔH1│<│ΔH2│
B．反应①与②在一定温度下能自发进行
C．刚从平原到高原时，人体血液中 c(HbO2)将降低，使人体因缺氧而产生不适应
D．把 CO 中毒的人转到高压氧仓中治疗，反应①平衡向正反应方向移动，c(HbO2)
增大，反应③平衡向正反应方向移动
【答案】D
【详解】A．根据盖斯定律，反应③可由反应②减反应①所得，ΔH3=ΔH2-ΔH1<0，
则 ΔH2<ΔH1，│ΔH1│<│ΔH2│，A 正确；
B．反应①与反应②均是熵减反应，由 ΔH-TΔS<0 反应可自发进行可知，反应①与
反应②在较低温度能自发进行，B 正确；
C．从平原初到高原，氧气含量减少，反应③正向移动，则人体血液中 c(HbO2)降
低，C 正确；
D．CO 中毒的人体血液中 c(HbCO)增大，转到高压氧仓中，反应③平衡逆向移动，
D 错误；
答案选 D。
4.据报道，在 300 ℃、70 MPa 下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实：2CO2(g)＋
6H2(g) CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)。下列叙述错误的是( )
A.使用 Cu－Zn－Fe 催化剂可大大提高生产效率
B.反应需在 300 ℃下进行可推测该反应一定是吸热反应
C.充入大量 CO2气体可提高 H2的转化率
D.从平衡混合气体中分离出 CH3CH2OH 和 H2O 可提高 CO2和 H2的利用率
【答案】B
【详解】使用催化剂可加快反应速率，从而提高生产效率，A 项正确；加热可以加快
化学反应速率，放热反应也可能在加热条件下进行，B 项错误；充入大量 CO2气体可
使平衡正向移动，提高 H2的转化率，C 项正确；从平衡混合气体中分离出 CH3CH2OH
和 H2O 可促使平衡正向移动，从而提高 CO2和 H2的利用率，D 项正确。
5.CO 和 NO 都是汽车尾气中的有害物质，它们之间能缓慢发生反应：2NO(g)＋2CO(g)
N2(g)＋2CO2(g) ΔH<0，现利用此反应，拟设计一种环保装置，用来消除汽车尾
气对大气的污染，下列设计方案可以提高尾气处理效果的是( )
①选用适当的催化剂 ②提高装置温度
③降低装置的压强 ④向装置中放入碱石灰
A.①③ B.②④ C.①④ D.②③
【答案】C
【详解】选用适当催化剂虽不能提高反应物的转化率，但能加快反应速率；因为该反
应的正反应为放热反应，所以升高温度，平衡向逆反应方向移动；该反应的正反应为
气体分子数减小的反应，因此降低压强，能使平衡向逆反应方向移动；装置中放入碱
石灰能吸收 CO2，使 CO2的浓度降低，平衡向正反应方向移动。
6.水煤气的主要成综分合为运C用O（和必H做2，题工，业建上议常五利分用钟CH时4间和完H成2O）在催化剂和一定条件下来
制备水煤气，原理为 CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g) ΔH>0。下列条件中最适宜工
业生产水煤气的是( )
通过本组
A.温度为 25 ℃，压强为 50 kPa
的训练更
B.温度为 25 ℃，压强为 101 kPa 好地检测
C.温度为 500 ℃，压强为 1 000 kPa 学生对化
D.温度为 800 ℃，压强为 250 kPa 工生产中
调控反应
【答案】D
的一般思
【详解】 对于反应 CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g) ΔH>0，反应物气体的物质的 路的应用
量小于生成物气体的物质的量之和，则增大压强，平衡逆向移动，正反应为吸热反应， 掌 握 程
升高温度，平衡正向移动，则工业生产水煤气，可在高温下进行，排除 A、B，C、D 度。
相比较，D 压强较小，有利于平衡正向移动。
7.合成氨的热化学方程式为 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，如图所
示为相同温度下，在等量的不同催化剂作用下，某浓度氨气分解时对应生成氢气的初
始速率，下列说法正确的是( )
A.Fe 作催化剂时，氨气分解反应活化能最小
B.氨气分解达到平衡时，单位时间内 N≡N 键断裂数目和 N—H 键形成数目相同
C.低压不利于提高 N2和 H2产率
D.高温不利于提高工业合成氨产率
【答案】D
【详解】氨气分解反应活化能最大的即是反应速率最慢的，Ru 作催化剂时，氨气分
解反应活化能最小，A 错误；氨气分解达到平衡时，单位时间内 N≡N 键断裂数目和
N—H 键形成数目之比为 1∶6，B 错误；降低压强，反应 2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)正向
移动，有利于提高 N 2和 H2产率，C 错误；高温使反应 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)逆向
进行，不利于平衡向生成氨的方向移动，不利于提高合成氨的产率，选择高温时主要
基于速率考虑，D 正确。
8．痛风病与关节滑液中形成的尿酸钠（NaUr）有关（NaUr 增多，病情加重），其
化学原理为：HUr(aq)+Na+(aq) NaUr(s)+H+(aq) H＜0。下列说法不正确的是
（ ）
A．寒冷季节更易诱发关节疼痛
B．大量饮水会增大痛风病发作的可能性
C．饮食中摄入过多食盐，会加重痛风病病情
D．患痛风病的人应少吃能代谢产生更多尿酸的食物
【答案】B
【详解】A．寒冷季节温度较低，有利于平衡正向移动，使得人体中 NaUr 含量增
多，病情加重，故 A 正确；
c(H＋)
B．假设该反应中，c(H＋)＝c(NaUr)＝c(Na＋)＝1mol/L，即 K＝ ＝1c NaUr ·c(Na＋) ，
饮水将各物质浓度稀释为 0.01mol/L，则 Qc＝100＞K，则平衡逆向移动，人体中
NaUr 含量会减少，降低痛风病发作的可能性，故 B 错误；
C．饮食中摄入过多食盐，会增大 Na＋的浓度，使得平衡正向移动，人体中 NaUr 含
量增多，病情加重，故 C 正确；
D．若患痛风病的人应多吃能代谢产生更多尿酸的食物，会增大尿酸的浓度，使得平
衡正向移动，人体中 NaUr 含量增多，病情加重，故患痛风病的人应少吃能代谢产生
更多尿酸的食物，故 D 正确；
故答案选 B。
9．工业上可以利用硫(S8 )与CH4 为原料制备CS2 ，S8受热分解成气态S2 ，发生反
应： 2S2 g + CH4 g
CS2 g + 2H2S g △H。一定 条件下，CH4 与S2 反
应中CH4 的转化率、S8分解产 生S2 的体积分数随温
度的变化曲线如图所示。下列 说法正确的是（ ）
A．△H>0
B．图中 a 点所示条件下，延长反应时间不能提高CH4 转化率
C．在恒温密闭容器中，S2 与CH4 按物质的量之比为 2：1 投料，当CS2 的体积分数
为 15%时，CH4 的转化率为 45%(该温度下，S8完全分解成气态S2 。)
D．工业上生产CS2 ，温度越高越好
【答案】C
【详解】A．根据 CH4转化率与温度的图像，平衡后，温度升高，CH4的转化率下
降，说明升温平衡左移，则正反应放热、△H＜0，A 不正确；
B．a 点没有达到平衡状态，延长反应时间使消耗的 CH4量增多，导致 CH4转化率提
高，B 不正确；
C．设 S2与 CH4物质的量分别为 2mol、1mol，发生反应 2S2 g + CH4 g
CS2 g + 2H2S g ，设消耗甲烷 x mol，生成 x molCS2，由化学方程式知反应前后气
体总物质的量之和不变、为 3mol，同温同压下不同气体的体积分数等于其物质的量
xmol
分数，CS2的体积分数为 15%，即 100% =15%3mol ，得 x=4.5，则甲烷的转化率
xmol
100% = 45%
1mol ，C 正确；
D．从图像看出，生产 CS2，并不是温度越高越好，D 不正确；
选 C。
10.苯乙烯与溴苯在一定条件下发生 Heck 反应
1
溴苯用量(mmol) 100 100 100 100 100 100
00
催化剂用量(mmol) 2 2 2 2 2 2 2
1
反应温度(℃) 100 100 100 100 120 140
60
1
反应时间(h) 10 12 14 16 14 14
4
8
产率/% 81.2 84.4 86.6 86.2 93.5 96.6
9.0
根据上表数据，下列说法正确的是( )
A.最佳反应温度为 100 ℃ B.最佳反应时间为 16 h
C.温度过高时催化剂活性可能降低 D.使用催化剂能提高产物的产率
【答案】C
【详解】根据表格信息，当反应温度为 140 ℃，反应时间为 14 h 时，生成物的产率最
大，因此最佳反应温度为 140 ℃，最佳反应时间为 14 h，A、B 错误；根据表格数据，
温度超过 140 ℃时，生成物的产率降低，可能是温度过高导致了催化剂活性降低，C
正确；催化剂对化学平衡无影响，不会提高产品的产率，D 错误。
拓展提升二（、选问做答题题，建议十五分钟 检测新情
1. 在时硫间酸完工成业）中，通过下列反应使SO2 氧化成SO3： 2SO 境下对知2 (g) + O2 (g)
识的迁移
催 化剂 D 2SO3(g) DH = -198kJ ×mol
-1 。下表为不同温度和压强下SO2 的转化率
应用、综
(%)： 合思维能
力。
P/Pa T/℃ 1×105 1×105 1×106 1×106 1×107
450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
(1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能多地转化为三氧化硫，可采用的条件
是 。
(2)在实际生产中，选定 400~500℃作为操作温度，其原因是 。
(3)在实际生产中，采用的压强为常压，其原因是 。
(4)在实际生产中，通入过量空气的目的是 。
(5)尾气中有SO2 必须回收是为了 。
【答案】(1)450 ℃、常压、催化剂
(2)在此温度下催化剂的活性最高
(3)在常压下，SO2的转化率达到 97.5%，已经很高了，增大压强虽然平衡向右移动，
但对 SO2的转化率影响不大，且高压下对设备的要求更高，成本高，得不偿失；
(4)增大了反应物氧气的浓度，提高了 SO2的转化率；
(5)防止污染环境
【详解】（1）根据表中数据，在 450 ℃时，1×105 Pa(常压)下，SO2的转化率达到
97.5%，已经很高了，增大压强和温度，对设备的要求更高，成本高，且该反应为放
热反应，升高温度，不利于 SO2的转化，且催化剂 V2O5，它在 400～500 ℃时催化效
果最好，所以生产中应采取的条件是 450 ℃、常压、催化剂，故填 450 ℃、常压、
催化剂；
（2）根据题意，制 SO3过程中催化剂是 V2O5，它在 400～500 ℃时催化效果最好，
即在此温度下催化剂的活性最高，故填在此温度下催化剂的活性最高；
（3）根据表中数据分析，在常压下，SO2的转化率达到 97.5%，已经很高了，增大
压强虽然平衡向右移动，但对 SO2的转化率影响不大，且高压下对设备的要求更
高，成本高，得不偿失，故填在常压下，SO2的转化率达到 97.5%，已经很高了，增
大压强虽然平衡向右移动，但对 SO2的转化率影响不大，且高压下对设备的要求更
高，成本高，得不偿失；
（4）对于反应 2SO2+O2 2SO3，通入过量的空气，增大了反应物氧气的浓度，该
平衡向正向移动， 提高了 SO2的转化率，故填增大了反应物氧气的浓度，提高了
SO2的转化率；
（5）SO2是空气污染物，不能随意排放，所以尾气中有 SO2必须回收是为了防止污
染环境，故填防止污染环境。
2.科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。曾有实验报道：在常温、
常压、光照条件下，N2 在催化剂(掺有少量 Fe2O3 的 TiO2)表面与水发生反应，生成的
主要产物为 NH3。进一步研究 NH3生成量与温度的关系，部分实验数据见下表(光照、
N2压强 1.0×105 Pa、反应时间 3 h)：
T/K 303 313 323 353
NH3生成量/×10－6 mol 4.8 5.9 6.0 2.0
相应的热化学方程式如下：
3
N2(g)＋3H2O(l) 2NH3(g)＋ O2(g) ΔH＝＋765.2 kJ·mol－12
回答下列问题：
(1)与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应速率慢。请提出可提高
其反应速率且增大 NH3生成量的建议： 。
(2)工业合成氨的反应为 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。设在容积为 2.0 L 的密闭容器中充
入 0.60 mol N2(g)和 1.60 mol H2(g)，反应在一定条件下达到平衡时，NH3的物质的量分
4
数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为 。计算：7
①该条件下 N2的平衡转化率为 。
②该条件下反应 2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)的平衡常数为 。
【答案】(1)升温、增大 N2浓度(合理即可) (2)①66.7% ②5.0×10－3
【详解】(2)①设反应过程消耗 x mol N2。
高温、 高压N2（g） ＋ 3H2（g） 2NH （g）催化 剂 3
起始/mol 0.60 1.60 0
转化/mol x 3x 2x
平衡/mol 0.60－x 1.60－3x 2x
平衡时反应体系总物质的量为[(0.60－x)＋(1.60－3x)＋2x] mol＝(2.20－2x) mol
2x 4
NH3(g)的物质的量分数为 ＝2.20－2x 7
0.40 mol
解得 x＝0.40，N2的平衡转化率为 ×100%≈66.7%。0.60 mol
②设此时反应 2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)的平衡常数为 K。平衡时，c(NH3)＝
2 × 0.40 0.60－0.40
mol·L－1＝0.40 mol·L－1 ，c(N2)＝ mol·L－1＝0.10 mol·L－1，c(H2)2.0 2.0
1.60－3 × 0.40 c（N2）·c3（H2）
＝ mol·L－1＝0.20 mol·L－1，K＝ ＝5.0×10－3。
2.0 c2（NH3）
3．合成氨对人类的生存和发展有着重要意义，1909 年哈伯在实验室中首次利用氮气
与氢气反应合成氨，实现了人工固氮。
(1)反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的化学平衡常数表达式为 。
(2)请结合下列数据分析，工业上选用氮气与氢气反应固氮，而没有选用氮气和氧气
反应固氮的原因是 。
序号 化学反应 K(298K)的数值
① N -312(g) + O2(g) 2NO(g) 5×10
② N (g) + 3H (g) 2NH 62 2 3(g) 4.1×10
(3)对于反应 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)，在一定条件下氨的平衡含量如下表。
温度/℃ 压强/MPa 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其他条件不变时，温度升高氨的平衡含量减小的原因是 (填字母序号)。
a.温度升高，正反应速率减小，逆反应速率增大，平衡逆向移动
b.温度升高，浓度商(Q)变大，Q>K，平衡逆向移动
c.温度升高，活化分子数增多，反应速率加快
d.温度升高，K 变小，平衡逆向移动
③哈伯选用的条件是 550℃、10MPa，而非 200℃、10MPa，可能的原因
是 。
(4)图 1 表示 500℃、60.0 MPa 条件下，原料气投料比与平衡时 NH3体积分数的关
系。根据图中 M 点数据计算 N2的平衡体积分数 ；
(5) 图 2 是合成氨反应平衡混合气中 NH3的体积分数随温度或压强变化的曲线，图中
L(L1、L2)、X 分别代表温度或压强。其中 X 代表的是 (填“温度”或“压强”)；判断
L1、L2的大小关系并说明理由 。
c2 NH
(1) K= 3
【答案】 3 (2) g 氮气与氢气反应的限度(或化学平衡常数)远大于c N2 c H2
氮气与氧气反应的限度 (3)放热 d 提高合成氨反应的化学反应速率
(4)8% (5) 压强 L1N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)， 平衡逆向移动，NH3的体积分数降低。
【详解】(1)平衡常数指平衡时生成物浓度幂次方乘积比上反应物浓度幂次方乘积，
c2 NH3
故该反应平衡常数表达式为 K=
c ；N2 gc3 H2
(2)平衡常数越大，说明反应物转化率越高，N2与 H2反应的平衡常数远大于 N2与 O2
反应的平衡常数，所以与 H2反应时，N2转化率更高，故此处填：氮气与氢气反应的
限度(或化学平衡常数)远大于氮气与氧气反应的限度；
(3)①由数据知，温度升高，NH3的平衡含量降低，说明平衡逆向移动，故逆向为吸
热反应，则正反应为放热反应，故此处填“放热”；
②a．温度升高，正逆反应速率都增大，a 说法错误；b．温度升高瞬间，容器体积不
变，气体浓度不变，故 Q 不变，但 K 减小，故平衡逆向移动，b 说法错误；c．选项
说法正确，但未解释氨平衡含量减小的原因，c 不符合题意；d．温度升高，平衡逆
向移动，K 减小，导致氨平衡含量减小，d 符合题意；故答案选 d；
③高温不利于平衡正向移动，故哈伯选择 550℃不是考虑平衡移动的原因，而是为
了增强催化剂的活性，加快反应速率，故此处填提高合成氨反应的化学反应速率；
(4)M 点对应 H2、N2投料比为 4，假设 H2为 4 mol，N2为 1mol，平衡时 N2转化 x
N2( g) + 3H2( g) 2NH3( g)
起始 1mol 4 mol 0
mol，列三段式如下： ，平衡时气
转化 x mol 3x mol 2x mol
平衡 ( 1- x) mol ( 4- 3x) mol 2x mol
体总物质的量=(1-x+4-3x+2x) mol=(5-2x) mol，则 NH3的体积分数
2x
= ×100%=40%
5
，解得 x= ，则 N2的体积分数5-2x 7
5
1-x 1-
= 100%= 7 ×100%=8%；
5-2x 5-2× 5
7
(5)若 X 代表温度，温度升高，平衡逆向移动，NH3体积分数减小，与图示不符，故
X 代表压强，L 代表温度；合成氨反应为放热反应，压强相同时，升高温度，
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 平衡逆向移动，NH3的体积分数降低，故 L2＞L1。
4.催化还原 CO2 是解决温室效应及能源问题的重要手段之一。研究表明，在 Cu/ZnO
催化剂存在下，CO2 和 H2 可发生两个平行反应，分别生成 CH3OH 和 CO。反应的热
化学方程式如下：
CO2(g)＋3H 2(g) CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH1＝－53.7 kJ·mol－1 Ⅰ
CO 2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH2 Ⅱ
某实验室控制 CO2和 H2初始投料比为 1∶2.2，在相同压强下，经过相同反应时间
测得如下实验数据：
T/K 催化剂 CO2转化率(%) 甲醇选择性(%)
543 Cat.1 12.3 42.3
543 Cat.2 10.9 72.7
553 Cat.1 15.3 39.1
553 Cat.2 2.0 71.6
[备注]Cat.1：Cu/ZnO 纳米棒；Cat.2：Cu/ZnO 纳米片；甲醇选择性：转化的 CO2中生
成甲醇的百分比
已知：①CO 和 H2的燃烧热分别为 283.0 kJ·mol－1和 285.8 kJ·mol－1
②H2O(l)===H2O(g) ΔH3＝＋44.0 kJ·mol－1
请回答(不考虑温度对 ΔH 的影响)：
(1)反应Ⅰ的平衡常数表达式 K＝ ；反应Ⅱ的 ΔH2＝ kJ·mol－1。
(2)有利于提高 CO2转化为 CH3OH 平衡转化率的措施有 。
A.使用催化剂 Cat.1
B.使用催化剂 Cat.2
C.降低反应温度
D.投料比不变，增加反应物的浓度
E.增大 CO2和 H2的初始投料比
(3)表中实验数据表明，在相同温度下不同的催化剂对 CO2转化成 CH3OH 的选择性有
显著的影响，其原因是
。
c（CH3OH）·c（H2O）
【答案】 (1) ＋41.2
c（CO2）·c3（H2）
(2)CD
(3)表中数据表明此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同，
因而在该时刻下对甲醇选择性有影响
【详解】 (1)因为 CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，平衡常数 K 的表达式为 K
c（CH3OH）·c（H2O）
＝ ；因为 CO 和 H －12的标准燃烧热分别为 283.0 kJ·mol 和 285.8 c（CO2）·c3（H2）
kJ·mol－1，可得下列热化学方程式：
CO(g)＋1/2O2(g)===CO2(g) ΔH＝－283.0 kJ·mol－1①
H2(g)＋ 1/2O2(g)===H2O(l) ΔH＝－285.8 kJ·mol－1②
又 H2O(g)===H2O(l) ΔH＝－44.0 kJ·mol－1③
根据盖斯定律，由②－①－③得：
CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H O(g) ΔH ＝＋41.2 kJ·mol－12 2
(2)根据可逆反应：CO2(g)＋3H 2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)，使用催化剂不能使平衡发
生移动，即不能提高平衡转化率，A、B 错误；该反应为放热反应，降低温度平衡正
向移动，平衡转化率提高，C 项正确；投料比不变，增加反应物浓度，相当于增大压
强，平衡正向移动，平衡转化率提高，D 项正确；增大二氧化碳和氢气的初始投料比，
能提高氢气的转化率，但二氧化碳的转化率会降低，故 E 错误；故选 CD。
(3)从表格数据分析，在相同的温度下，不同的催化剂，其二氧化碳的转化率也不同，
说明不同的催化剂的催化能力不同；相同催化剂不同的温度，二氧化碳的转化率不同，
且温度高的转化率大，因为正反应为放热反应，说明表中数据是未到平衡数据。故由
表中数据表明此时反应未达到平衡，不同的催化剂对反应Ⅰ的催化能力不同，因而在该
时刻下对甲醇选择性有影响。
5.哈伯因发明用氮气和氢气合成氨的方法而获得诺贝尔奖。N2 和 H2 生成 NH3 的反应
1 3
为 N2(g)＋ H 2 2 2
(g) NH3(g) ΔH(298 K)＝－46.2 kJ/mol，在 Fe 的催化作用下的反
应历程如下(*表示吸附态)：
化学吸附：N2(g)→2N*；H2(g)→2H*。
表面反应：N*＋H* NH*；NH*＋H* NH2*；NH2*＋H* NH3*。
脱附：NH * 3 NH3(g)。
其中，N2的吸附分解反应活化能高、反应速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。
请回答下列问题：
(1)有利于提高合成氨平衡产率的条件有 。
A.低温 B.高温 C.低压 D.高压 E.催化剂
(2)实际生产中，常用铁触媒作催化剂，控制温度为 773 K 左右，压强为 3.0×107 Pa 左
右，原料气中 N2 和 H2 物质的量之比为 1∶2.8。分析说明原料气中 N2 过量的两个理
由 ； 。
(3)关于合成氨工艺的下列理解，正确的是 。
A.合成氨反应在不同温度下的 ΔH 和 ΔS 都小于零
B.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(不参加反应)
气体，有利于提高平衡转化率
C.NH3易液化，不断将液氨移去，有利于反应正向进行
D.分离空气可得 N2，通过天然气和水蒸气转化可得 H2，原料气须经过净化处理，以
防止催化剂中毒和发生安全事故
【答案】 (1)AD
(2)原料气中 N2相对易得，适度过量有利于提高 H2的转化率 N2的吸附分解是决定反
应速率的步骤，适度过量有利于提高整体反应速率
(3)ACD
1 3
【详解】(1) N2(g)＋ H2(g) NH3(g) ΔH(298 K)＝－46.2 kJ/mol 是反应后气体体积减2 2
小的放热反应，低温有利于平衡正向移动，提高平衡产率，A 正确、B 错误；低压平
衡逆向移动，不利于提高平衡产率，C 错误、D 正确；催化剂只改变反应速率，不改
变化学平衡状态，不能提高平衡产率，E 错误。
(2)原料气中 N2相对易得，增加氮气的量有利于提高 H2的转化率；N2的吸附分解是决
定反应速率的步骤，氮气适度过量有利于提高整体反应速率。
1 3
(3) N2(g)＋ H2(g) NH3(g) ΔH(298 K)＝－46.2 kJ/mol 是反应后气体体积减小的放2 2
热反应，该反应在不同温度下的 ΔH 和 ΔS 都小于零，A 正确；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，容器体积增大，平衡逆向移动，
平衡转化率降低，B 错误；NH3 易液化，不断将液氨移去，有利于反应正向进行，C
正确；原料气中的 N2 是从空气中分离得到的，须经过净化处理，以防止催化剂中毒
和发生安全事故，D 正确。
作业展示与评估
1.展示要求：以图片形式展示学生所完成的典型作业，图片内容清晰，布局均衡、排版合理。
2.教师评估：鼓励单元作业设计者展示对学生作业的多元化评价，例如通过引进师生对评、生生互评等丰
富教师对学生作业的评价维度和角度，实现教师对学情的精准把握，为进一步完善教学设计进行创新性探
索。
