第二章 化学反应速率与化学平衡
第四节 化学反应的调控
课程学习目标
1．认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。
2．知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义。
学科核心素养
1.变化观念与平衡思想：知道如何应用化学反应速率和化学平衡分析合成氨的适宜条件，体会应用化学原理分析
化工生产条件的思路和方法。
2.科学态度与社会责任：认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要应用，探索最适宜的化工生产
条件。
【新知学习】
1．化工生产适宜条件选择的一般原则
条件 原则
从化学反应速率分析 既不能过快，又不能太慢
从化学平衡移动分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性
从原料的利用率分析 增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本
从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析 注意催化剂的活性受温度的限制
2．控制反应条件的基本措施
通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积
控制化学反应速率的措施
以及使用催化剂等途径调控反应速率
通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆
提高转化率的措施
反应的限度，从而提高转化率
一．工业合成氨的生产条件的选择
1．合成氨反应的特点
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
合成氨反应
已知 298 K 时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1
自发性 常温(298 K)下，ΔH－TΔS＜0，能自发进行
可逆性 反应为可逆反应
焓变 ΔH＜0，是放热反应
体积变化(熵变) ΔS＜0，正反应是气体体积缩小的反应
2．浓度、温度、压强、催化剂对反应速率和氨的含量的影响
根据合成氨反应的特点，利用我们学过的影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析应如何选择反应条件，以增大
合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，请填写下表。
影响因素
对合成氨反应的影响
浓度 温度 压强 催化剂
增大合成氨的反应速率反应速率 增大反应物浓度 升高温度 增大压强 使用
增大反应物浓度，
提高平衡混合物中中氨的含量 降低温度 增大压强 无影响
降低生成物浓度
合成氨生产中的有关数据
不同条件下，合成氨反应达到化学平衡时反应混合物中氨的含量(体积分数)
400℃下平衡时氨的的体积分数随压强的变化示意图 10 MPa 下平衡时氨的的体积分数随温度的变化示意图
3．数据分析
在不同温度和压强下(初始时 N2 和 H2 的体积比为 1∶3)，平衡混合物中氨的含量实验数据分析，提高反应速率的
条件是升高温度、增大压；提高平衡混合物中氨的含量的条件是降低温度、增大压强。二者在温度这一措施上是
不一致的。
4．工业合成氨的适宜条件
①增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向向移动，压强越大越好
压强 原理分析 ②压强越大，对设备的要求越高，压缩 H2和 N2所需的动力越大，会增加生产投资，
并可能降低综合经济效益
选用条件 目前，我国合成氨厂一般采用的压强为 10～30MPa
①降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量
原理分析 ②温度越低，反应速率越小，达到平衡所需时间越长，故温度不宜过低
温度
③催化剂的活性在一定温度下下最大
选用条件 目前，在实际生产中一般采用的温度为 400～500℃(此温度下催化剂的活性最大)
即使在高温、高压下，N2和 H2的反应速率仍然很慢。
原理分析
使用催化剂在较低温度时能较快进行反应
催化剂
通常采用加入以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒
选用条件
(为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化)
在 500 ℃和 30 MPa 时，平衡混合物中 NH3 的体积分数及平衡时 N2 和 H2 的转化率
原理分析
仍较低
浓度 采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去
采取措施 将 NH3分离后的原料气循环使用，并及时补充 N2和 H2，使反应物保持一定的浓度(既
提高了原料的利用率，又提高了反应速率，有利于合成氨反应)
5．工业合成氨的适宜条件
外部条件 工业合成氨的适宜条件
压强 10～30 MPa
温度 400～500 ℃
催化剂 使用铁触媒作催化剂
浓度 氨及时从混合气中分离出去，剩余气体循环使用；及时补充 N2和 H2
6．合成氨的工艺流程
【典例 1】下列关于工业合成氨的叙述正确的是( )
A．合成氨工业温度选择为 700 K 左右，只要是为了提高 NH3产率
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
C．合成氨生产过程中将 NH3液化分离，可提高 N2、H2的转化率
D．合成氨工业中为了提高氢气的利用率，可适当增加氢气浓度
【典例 2】氮是粮食作物生长必需的元素。将空气中游离态的氮转化成含氮化合物叫做氨的固定，主要有自然固
氮和人工固氮两种方式。在高温、高压和铁催化条件下合成氨的人工固氮技术是 20 世纪人类最伟大的成就之一、
N2 g + 3H g =2NH g 合成氨反应为： 2 3 ΔH = -92.4kJ × mol-1 。对于合成氨反应，下列有关说法正确
的是
ΔH=E N N +3E H-H -2E N-HA ．反应的 (E 表示键能)
B．使用催化剂能缩短该反应到达平衡的时间
C．反应的ΔS>0
D N．升高温度有利于提高 2 的平衡转化率
1．催化剂的活性与“中毒”
催化剂的催化能力一般称为催化活性。催化剂因吸附或沉积少量的杂质(毒物)而使活性明显下降甚至丧失的现
象，称为催化剂“中毒”。
为了防止催化剂“中毒”，合成氨的原料气、硫酸工业中从沸腾炉排出来的炉气都必须经过净化。
2．合成氨发展前景
为降低合成氨的能耗，科学家一直在研究使合成氨反应在较低温度下进行的催化剂，以对合成条件进行优化。我
国科学家合成了一种新型催化剂，将合成氨的温度、压强分别降到了 350℃、1 MPa。利用电化学反应原理，在
实验室已实现由 N2和 H2在室温下合成氨。
二．选择工业合成适宜条件的原则
1．考虑参加反应的物质组成、结构和性质等本身因素。
2．考虑影响化学反应速率和平衡的温度、压强、浓度、催化剂等反应条件。
3．选择适宜的生产条件还要考虑设备条件、安全操作、经济成本等情况。
4．选择适宜的生产条件还要考虑环境保护及社会效益等方面的规定和要求。
【典例 3】CO2催化加氢合成二甲醚过程中主要发生下列反应：
2CO2 g +6H2 g CH3OCH3 g +3H O g DH=-122.5kJgmol-1反应Ⅰ： 2
2CO2 g +H2 g CO g +H2O g DH=41.2kJgmol-1反应Ⅱ：
在恒压，CO2和 H2起始量一定的条件下，CO2平衡转化率和平衡时 CO 的选择性(CO 的选择性=
CO的物质的量
× 100%
反应的CO2的物质的量 )随温度的变化关系如图。下列说法正确的是
A．T℃时，起始投入 2molCO2和 6molH2，达到平衡时反应Ⅱ消耗 H2的物质的量为 0.2mol
B．选择合适的催化剂，可提高二甲醚的平衡产率
C．该催化条件下合成二甲醚较适宜的温度为 340℃
D．充入一定量的 He，可提高二甲醚的产量
【知识进阶】
工业生产中适宜生产条件的选择思路
【问题探究】
1.工业生产中增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？为什
么？
不是。因为温度一定时，增大混合气体的压强对合成氨的速率和平衡都有利，但是，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，目前，我国的合成氨厂一般采用的压强为 10 MPa～30 MPa。
2.既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？为什么？
不是。因为从平衡的角度考虑，合成氨低温有利，但是温度过低使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，
这在工业生产中是很不经济的，所以在实际生产中一般采用的温度为 400～500 ℃(在此温度时催化剂的活性最
大)。
3.在合成氨工业中要使用催化剂，既然催化剂对化学平衡的移动没有影响，为什么还要使用呢？使用的催化剂一
般是什么？
为了加快反应速率。工业合成氨普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂(又称铁触媒)。
【知识归纳与总结】
（1）分析反应特点。主要分析反应的方向性、可逆性、反应热和熵变等。
（2）原理分析。根据反应特点，利用影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析增大反应速率、提高原料转化率
的反应条件。
（3）根据实验数据进一步分析反应条件，确定适宜条件的范围及催化剂的筛选。
（4）根据工业生产的实际情况、经济效益及环保要求等最终确定适宜的条件。
影响 有利于加快反应速率
有利于平衡移动条件的控制 综合分析结果
因素 的控制
不断补充反应物、
浓度 增大反应物浓度 增大反应物浓度、减小生成物浓度
及时分离出生成物
设备条件允许的前提下，
ΔV<0 高压
尽量采取高压
压强 高压(有气体参加)
兼顾速率和平衡、
ΔV>0 低压
选取适宜的压强
兼顾速率和平衡、
ΔH<0 低温
考虑催化剂的适宜温度
温度 高温
在设备条件允许的前提下，尽量
ΔH>0 高温
采取高温并选取合适催化剂
加合适的催化剂，
催化剂 加合适的催化剂 无影响
考虑催化剂活性与温度关系
【效果检测】
1．合成氨工业中采用循环操作，主要是为了
A．增大化学反应速率 B．提高平衡混合物中氨的含量
C．降低氨的沸点 D．提高氮气和氢气的利用率
2．合成氨反应为：N2(g)+3H (g)
2 2NH3(g) △H=-92.4kJ·mol-1。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．1molN2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
3．将一定量的 N2O4充入容积为 3L 的真空密闭容器中，某温度时，容器内 N2O4和 NO2的物质的量变化如表所
示：
时间/s 0 2 10 30 60 90
n(N2O4)/mol 0.4 0.3 0.2 0.15 0.1 0.1
n(NO2)/mol 0 0.2 0.4 0.5 0.6 0.6
下列说法正确的是 A．在密闭容器中充入氮气，使容器中的压强变大，则反应速率加快
B．该温度下反应 2NO2(g) N2O4(g)的平衡常数 K=0.2
C ．平衡后，在密闭容器中再加入一定量的 N2O4，则反应 N2O4(g) 2NO2(g)向逆反应方向进行且 c(N2O4)变小
D．达到平衡后，改变温度对化学平衡的移动有影响
4 CO．若在催化剂作用下 2和H2合成甲酸主要涉及以下反应：
I CO2 (g)+H2 (g)=HCOOH(g) ΔH1<0．
II CO2 (g)+H2 (g)
CO(g)+H2O(g) ΔH． 2
CO (g) H (g) CO
在 2L恒容密闭容器中， 2 和 2 各投1mol发生反应，平衡时 2的转化率及HCOOH 和CO的选择性(产
CO
物的选择性：生成的HCOOH 或CO与转化的 2的比值)随温度变化如图所示。
下列说法正确的是
A II ΔH2 <0．反应 ：
B CO．曲线 a 表示平衡时 2的转化率
K=16
C．240℃时，反应 I 的平衡常数 9
D．合成甲酸应选择在较高温度下甲酸选择性高的催化剂
2NO(g)+O (g)
5 2
2NO2 (g) 2NO(g) N O．反应 分两步进行：① 2 2 (g) (快)，
N O (g)+O (g) 2 2 2 2NO2 (g)② (慢)。恒容条件下，按物质的量之比为 2∶1 加入NO O和 2，测得起始
c O2 =5.0 10-4mol ×L-1。在相同时间内，测得不同温度下NO 转化为NO2 的转化率如图所示，下列说法错误的是
A．反应的活化能：①<②
B．100℃ v正>v时， 逆
C．两步反应均为吸热反应
-4
D 380℃ c O2 =2.5 10 mol × L
-1
． 时，反应达到平衡时
6．一定条件下，关于工业合成氨的反应，图甲表示该反应过程中的能量变化，图乙表示 1 L 密闭容器中 n(N2)随
时间的变化曲线，图丙表示在其他条件不变的情况下，改变起始时 n(H2)对该平衡的影响。下列说法正确的是
A．甲：升高温度，该反应的平衡常数增大
B．乙：从 11 min 起其他条件不变，压缩容器的体积，则 n(N2)的变化曲线为 d
C．乙：10 min 内该反应的平均速率 v(H2)=0. 03 mol·L-1·min-1
D．丙：温度 T1＜T2，a、b、c 三点所处的平衡状态中，b 点 N2的转化率最高
7．甲、乙均为 1L 的恒容密闭容器，向甲中充入 1molCH4和 1molCO2，乙中充入 1molCH4和 nmolCO2，在催化
剂存在下发生反应：CH 4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)，测得 CH4的平衡转化率随温度的变化如图所示。下列
说法不正确的是
A．该反应的正反应是吸热反应
B．H2的体积分数：φ(b)>φ(c)
C．773K 时，该反应的平衡常数小于 12.96
D．873K 时，向甲的平衡体系中再充入 CO2、CH4各 0.4mol，CO、H2各 1.2mol，平衡逆向移动
8．一定温度下，把 2.5 mol A 和 2.5 mol B 混合通入容积为 2 L 的密闭容器里，发生如下反应：
3A(g)+B(s) xC(g)+2D(g)，经 5 s 反应达平衡，在此 5 s 内 C 的平均反应速率为 0.2 mol·L-1·s-1，同时生成 1 mol
D，下列叙述中不正确的是
A．x=2
B．反应达到平衡状态时 A 的转化率为 60%
C．若混合气体的密度不再变化，则该可逆反应达到化学平衡状态
D．反应达到平衡状态时，相同条件下容器内气体的压强与起始时压强比为 8∶5
9．羰基硫( COS )可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中，将10mol CO
H S CO g + H S g COS g + H g
和一定量的 2 混合加热并达到下列平衡： 2 2 K = 0.1，平衡后CO物质的
量为8mol。下列说法不正确的是
A．CO、H2S的转化率之比为 1：1
B H S．达平衡后 2 的体积分数为 29.4%
C．加入正催化剂，可以加快反应速率，但不能提高平衡转化率
D CO、H S、COS、H．恒温下向平衡体系中再加入 2 2 各1mol，平衡会移动
10．一定温度下，在某恒容密闭容器中，充入物质的量均为 2mol 的 NO 和 CO，发生反应：
2CO g + 2NO g 2CO2 g + N2 g ΔH。容器内总压强随时间的变化如图所示，下列说法正确的是
t min c CO =1mol ×L-1A． 1 时， 2
c2 CO ×c2 NOK=
c2B CO ×c N．该反应的平衡常数表达式为 2 2
1
C N．平衡时， 2 的体积是气体总体积的 7
D．若混合气体的总质量不再随时间改变，则该反应达到平衡
éCO NH2 ù11．尿素 2 NH CO对于我国经济和社会的可持续发展具有重要意义，工业上以 3和 2为原料合成：
CO -12 (g) + 2NH3(g) CO NH2 (g) + H2O(g)2 DH = akJ × mol CO，在温度为T1和T2 时，分别将 0.50mol 2和
1.20mol NH3 n CO 充入体积为 1L 的密闭容器中，测得 2 随时间变化的数据如表所示：
时间/min 0 10 20 40 50
T1 0.50 0.35 0.25 0.10 0.10
T2 0.50 0.30 0.18 …… 0.15
下列说法不正确的是
A T 0~10min v CO2 = 0.015mol ×L
-1 ×min-1
． 1时， 内
B T1 NH． 温度下该反应平衡时 3的转化率为 66.7%
C． a < 0
D K T < K T ．平衡常数： 1 2
12．乙基叔丁基酸(以 ETBE 表示)是一种性能优良的高辛烷值汽油调和剂，用乙醇与异丁烯(以 TB 表示)催化合
C2H5OH g + TB g ETBE g成 ETBE. 反应为 。向刚性恒容容器中按物质的量之比 1∶1 充入乙醇和异丁烯，
T
在温度为 1与T2 时异丁烯的转化率随时间变化如图所示。
回答下列问题：
（1）与乙醇互为同分异构体的某有机物的结构简式为____，异丁烯的官能团名称为____。
2 T（ ） 1 ___ T2 (选填“>” “=”或“<”)，该反应的正反应为____(选填“吸热”或“放热”)反应。
（3）a b c 三点，逆反应速率最大的点是_____。
T p Pa K = K
（4） 1时，容器内起始总压为 0 ，则平衡常数 p ____( p 为压强平衡常数，用平衡分压代替平衡浓度计
算)。
13．氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用，合成氨工业在国民生
产中有重要意义。以下是关于合成氨的有关问题，请回答：
（1）在容积为 2L 的恒温密闭容器中加入 0.1mol 的 N2和 0.3mol 的 H2在一定条件下发生反应：
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，在 5 分钟时反应恰好达到平衡，此时测得 NH3的物质的量为 0.1mol。这段时间内
用 H2表示的反应速率为 v(H2)=____。
（2）平衡后，若要再提高反应速率，且增大 NH3的产率，可以采取的措施有____。(答一条即可)
（3）下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据是____(填序号字母)。
A．容器内 N2、H2、NH3的物质的量浓度之比为 1：3：2
B．v(H2)正=3v(N2)逆
C．混合气体的密度保持不变
D．容器内压强保持不变
（4）已知合成氨反应 N2+3H2 2NH3在 400℃时的平衡常数 K=0.5(mol/L)-2。在 400℃时，测得某时刻
c(N2)=2mol/L、c(H2)=2mol/L、c(NH3)=3mol/L，此时刻该反应的 v 正____v 逆(填“>”“=”或“<”)。
n(H2 )
（5）如图表示在恒压密闭容器中，不同温度下，达到平衡时 NH3的体积百分数与投料比[ n(N2 ) ]的关系。
由此判断 KA、KB、KC的大小关系为：____。
14．环戊烯作为一种重要的化工产品，广泛应用于橡胶、医药、农药等领域。工业上通过环戊二烯加氢制备环戊
烯涉及的反应如下：
反应 I： ΔH = -100.5kJ / mol
反应 II： ΔH = -209.9kJ / mol
回答下列问题：
（1）反应 的ΔH = _______kJ/mol，该反应在_______(填“较高”、“较低”或
“任意”)温度下为自发反应。
（2）科研人员研究了其他条件一定时，反应温度对环戊二烯转化率和环戊烯选择性的影响(如图所示)。
①由图可知，反应Ⅰ适宜选择的温度范围为_______(填选项字母)。
A．25~30℃ B．35~40℃ C．40~45℃
② n H 同一催化剂条件下，影响选择性的因素除 2 /n(烃)外，还有_______ (填一个因素)。
（3）环戊二烯可通过双环戊二烯解聚制备： ，实际生产中常通入氮气以解
决结焦问题(氮气不参与反应)。某温度下，向恒容反应容器中通入总压为 100kPa 的双环戊二烯和氮气，达到平
衡后总压为 145kPa p N =，双环戊二烯的转化率为 90%，则 2 _______kPa，平衡常数
p2 环戊二烯
K
K = p
=
p _______kPa( p 双环戊二烯 )。第二章 化学反应速率与化学平衡
第四节 化学反应的调控
课程学习目标
1．认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。
2．知道催化剂可以改变反应历程，对调控化学反应速率具有重要意义。
学科核心素养
1.变化观念与平衡思想：知道如何应用化学反应速率和化学平衡分析合成氨的适宜条件，体会应用化学原理分析
化工生产条件的思路和方法。
2.科学态度与社会责任：认识化学反应速率和化学平衡的调控在工业生产中的重要应用，探索最适宜的化工生产
条件。
【新知学习】
1．化工生产适宜条件选择的一般原则
条件 原则
从化学反应速率分析 既不能过快，又不能太慢
从化学平衡移动分析 既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性
从原料的利用率分析 增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本
从实际生产能力分析 如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析 注意催化剂的活性受温度的限制
2．控制反应条件的基本措施
通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积
控制化学反应速率的措施
以及使用催化剂等途径调控反应速率
通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆
提高转化率的措施
反应的限度，从而提高转化率
一．工业合成氨的生产条件的选择
1．合成氨反应的特点
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
合成氨反应
已知 298 K 时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1
自发性 常温(298 K)下，ΔH－TΔS＜0，能自发进行
可逆性 反应为可逆反应
焓变 ΔH＜0，是放热反应
体积变化(熵变) ΔS＜0，正反应是气体体积缩小的反应
2．浓度、温度、压强、催化剂对反应速率和氨的含量的影响
根据合成氨反应的特点，利用我们学过的影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析应如何选择反应条件，以增大
合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，请填写下表。
影响因素
对合成氨反应的影响
浓度 温度 压强 催化剂
增大合成氨的反应速率反应速率 增大反应物浓度 升高温度 增大压强 使用
增大反应物浓度，
提高平衡混合物中中氨的含量 降低温度 增大压强 无影响
降低生成物浓度
合成氨生产中的有关数据
不同条件下，合成氨反应达到化学平衡时反应混合物中氨的含量(体积分数)
400℃下平衡时氨的的体积分数随压强的变化示意图 10 MPa 下平衡时氨的的体积分数随温度的变化示意图
3．数据分析
在不同温度和压强下(初始时 N2 和 H2 的体积比为 1∶3)，平衡混合物中氨的含量实验数据分析，提高反应速率的
条件是升高温度、增大压；提高平衡混合物中氨的含量的条件是降低温度、增大压强。二者在温度这一措施上是
不一致的。
4．工业合成氨的适宜条件
①增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向向移动，压强越大越好
压强 原理分析 ②压强越大，对设备的要求越高，压缩 H2和 N2所需的动力越大，会增加生产投资，
并可能降低综合经济效益
选用条件 目前，我国合成氨厂一般采用的压强为 10～30MPa
①降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量
原理分析 ②温度越低，反应速率越小，达到平衡所需时间越长，故温度不宜过低
温度
③催化剂的活性在一定温度下下最大
选用条件 目前，在实际生产中一般采用的温度为 400～500℃(此温度下催化剂的活性最大)
即使在高温、高压下，N2和 H2的反应速率仍然很慢。
原理分析
使用催化剂在较低温度时能较快进行反应
催化剂
通常采用加入以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒
选用条件
(为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化)
在 500 ℃和 30 MPa 时，平衡混合物中 NH3 的体积分数及平衡时 N2 和 H2 的转化率
原理分析
仍较低
浓度 采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去
采取措施 将 NH3分离后的原料气循环使用，并及时补充 N2和 H2，使反应物保持一定的浓度(既
提高了原料的利用率，又提高了反应速率，有利于合成氨反应)
5．工业合成氨的适宜条件
外部条件 工业合成氨的适宜条件
压强 10～30 MPa
温度 400～500 ℃
催化剂 使用铁触媒作催化剂
浓度 氨及时从混合气中分离出去，剩余气体循环使用；及时补充 N2和 H2
6．合成氨的工艺流程
【典例 1】下列关于工业合成氨的叙述正确的是( )
A．合成氨工业温度选择为 700 K 左右，只要是为了提高 NH3产率
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
C．合成氨生产过程中将 NH3液化分离，可提高 N2、H2的转化率
D．合成氨工业中为了提高氢气的利用率，可适当增加氢气浓度
【答案】C
【解析】
合成氨反应为放热反应，温度较高不利于提高 NH3产率，故 A 错误；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，故 B 错误；减少生成物的浓度平衡正向移动，所以将 NH3液化分离，可提高
N2、H2的转化率，故 C 正确；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，故 D 错误。
【典例 2】氮是粮食作物生长必需的元素。将空气中游离态的氮转化成含氮化合物叫做氨的固定，主要有自然固
氮和人工固氮两种方式。在高温、高压和铁催化条件下合成氨的人工固氮技术是 20 世纪人类最伟大的成就之一、
N g + 3H
合成氨反应为： 2 2
g =2NH3 g ΔH = -92.4kJ × mol-1 。对于合成氨反应，下列有关说法正确
的是
ΔH=E N N +3E H-H -2E N-HA ．反应的 (E 表示键能)
B．使用催化剂能缩短该反应到达平衡的时间
C．反应的ΔS>0
D N．升高温度有利于提高 2 的平衡转化率
【答案】B
【解析】
ΔH=E N N +3E H-H -6E N-HA ．反应的焓变等于反应物的总键能-生成物的总键能，反应的 (E 表示键
能)，A 错误；
B． 催化剂能加快反应速率而不影响化学平衡，故使用催化剂能缩短该反应到达平衡的时间，B 正确；
C． 反应后气体的物质的量减少，反应的ΔS<0 ，C 错误；
D． N正反应放热，升高温度平衡向左移动，升温不利于提高 2 的平衡转化率，D 错误；
答案选 B。
1．催化剂的活性与“中毒”
催化剂的催化能力一般称为催化活性。催化剂因吸附或沉积少量的杂质(毒物)而使活性明显下降甚至丧失的现
象，称为催化剂“中毒”。
为了防止催化剂“中毒”，合成氨的原料气、硫酸工业中从沸腾炉排出来的炉气都必须经过净化。
2．合成氨发展前景
为降低合成氨的能耗，科学家一直在研究使合成氨反应在较低温度下进行的催化剂，以对合成条件进行优化。我
国科学家合成了一种新型催化剂，将合成氨的温度、压强分别降到了 350℃、1 MPa。利用电化学反应原理，在
实验室已实现由 N2和 H2在室温下合成氨。
二．选择工业合成适宜条件的原则
1．考虑参加反应的物质组成、结构和性质等本身因素。
2．考虑影响化学反应速率和平衡的温度、压强、浓度、催化剂等反应条件。
3．选择适宜的生产条件还要考虑设备条件、安全操作、经济成本等情况。
4．选择适宜的生产条件还要考虑环境保护及社会效益等方面的规定和要求。
【典例 3】CO2催化加氢合成二甲醚过程中主要发生下列反应：
2CO g +6H g CH -1
反应Ⅰ 2 2 ： 3OCH3 g +3H2O g DH=-122.5kJgmol
2CO g +H g CO g +H O g DH=41.2kJgmol-1
反应Ⅱ： 2 2 2
在恒压，CO2和 H2起始量一定的条件下，CO2平衡转化率和平衡时 CO 的选择性(CO 的选择性=
CO的物质的量
× 100%
反应的CO2的物质的量 )随温度的变化关系如图。下列说法正确的是
A．T℃时，起始投入 2molCO2和 6molH2，达到平衡时反应Ⅱ消耗 H2的物质的量为 0.2mol
B．选择合适的催化剂，可提高二甲醚的平衡产率
C．该催化条件下合成二甲醚较适宜的温度为 340℃
D．充入一定量的 He，可提高二甲醚的产量
【答案】A
【解析】
A n(CO )=40% 2mol=0.8mol．该温度下 CO 的选择性是 25%，二氧化碳的转化率为 40%，则反应的 2 ，CO 的
CO的物质的量
100%=25%
= 反应的CO2的物质的量选择性 ，因此生成的 CO 物质的量= 25% 0.8mol=0.2mol ，结合化学方
程式定量关系计算反应Ⅱ消耗氢气物质的量为 0.2mol，A 正确；
B．加入催化剂平衡不移动，不能提高二甲醚的平衡产率，B 错误；
C 由于温度过低，反应速率太慢，温度过高，CO 选择性过大，二甲醚的选择性减小，所以该催化剂条件下合成
二甲醚时较适宜的温度为 260℃，C 错误；
D．恒压充入一定量的 He，容器体积增大，相当于减压，反应Ⅰ和反应Ⅱ都逆向移动，会减小二甲醚的产量，D 错
误；
故选 A。
【知识进阶】
工业生产中适宜生产条件的选择思路
【问题探究】
1.工业生产中增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？为什
么？
不是。因为温度一定时，增大混合气体的压强对合成氨的速率和平衡都有利，但是，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，目前，我国的合成氨厂一般采用的压强为 10 MPa～30 MPa。
2.既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？为什么？
不是。因为从平衡的角度考虑，合成氨低温有利，但是温度过低使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，
这在工业生产中是很不经济的，所以在实际生产中一般采用的温度为 400～500 ℃(在此温度时催化剂的活性最
大)。
3.在合成氨工业中要使用催化剂，既然催化剂对化学平衡的移动没有影响，为什么还要使用呢？使用的催化剂一
般是什么？
为了加快反应速率。工业合成氨普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂(又称铁触媒)。
【知识归纳与总结】
（1）分析反应特点。主要分析反应的方向性、可逆性、反应热和熵变等。
（2）原理分析。根据反应特点，利用影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析增大反应速率、提高原料转化率
的反应条件。
（3）根据实验数据进一步分析反应条件，确定适宜条件的范围及催化剂的筛选。
（4）根据工业生产的实际情况、经济效益及环保要求等最终确定适宜的条件。
影响 有利于加快反应速率
有利于平衡移动条件的控制 综合分析结果
因素 的控制
不断补充反应物、
浓度 增大反应物浓度 增大反应物浓度、减小生成物浓度
及时分离出生成物
设备条件允许的前提下，
ΔV<0 高压
尽量采取高压
压强 高压(有气体参加)
兼顾速率和平衡、
ΔV>0 低压
选取适宜的压强
兼顾速率和平衡、
温度 高温 ΔH<0 低温
考虑催化剂的适宜温度
在设备条件允许的前提下，尽量
ΔH>0 高温
采取高温并选取合适催化剂
加合适的催化剂，
催化剂 加合适的催化剂 无影响
考虑催化剂活性与温度关系
【效果检测】
1．合成氨工业中采用循环操作，主要是为了
A．增大化学反应速率 B．提高平衡混合物中氨的含量
C．降低氨的沸点 D．提高氮气和氢气的利用率
【答案】D
【解析】合成氨工业中氢气和氮气在催化剂作用下生成氨气的反应为可逆反应，反应后的混合气分离出氨气后还
含有氢气和氮气，进行循环操作可以提高氮气和氢气的利用率，降低成本；与增大化学反应速率、提高平衡混合
物中氨的含量、降低氨的沸点无必然关系；
故选 D。
2．合成氨反应为：N2(g)+3H
2(g) 2NH3(g) △H=-92.4kJ·mol-1。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．1molN2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．合成氨时放热且熵减的反应，根据 G= H-T S＜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 H2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(10-20MPa)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 H2和 N2可以继续放入反应器中反应，循
环利用，D 正确；
故选 D。
3．将一定量的 N2O4充入容积为 3L 的真空密闭容器中，某温度时，容器内 N2O4和 NO2的物质的量变化如表所
示：
时间/s 0 2 10 30 60 90
n(N2O4)/mol 0.4 0.3 0.2 0.15 0.1 0.1
n(NO2)/mol 0 0.2 0.4 0.5 0.6 0.6
下列说法正确的是 A．在密闭容器中充入氮气，使容器中的压强变大，则反应速率加快
B
．该温度下反应 2NO2(g) N2O4(g)的平衡常数 K=0.2
C ．平衡后，在密闭容器中再加入一定量的 N2O4，则反应 N2O4(g) 2NO2(g)向逆反应方向进行且 c(N2O4)变小
D．达到平衡后，改变温度对化学平衡的移动有影响
【答案】D
【解析】A．反应为固定容积容器，氮气不参与反应，充入氮气，不影响反应物浓度，不影响反应速率，A 错误；
0.1mol/L
B．平衡时 N2O4、NO2浓度分别为 3 、0.2mol/L
，则该温度下反应 2NO2(g)
N2O4(g)的平衡常数 K=
0.1
3 = 5
0.22 6 ，B 错误；
C ．平衡后，在密闭容器中再加入一定量的 N2O4，N2O4浓度变大，N2O4(g) 2NO2(g)的平衡正向移动，但最
终锌平衡时 c(N2O4)仍大于原来平衡时 c(N2O4)，C 错误；
D．达到平衡后，改变温度导致平衡发生移动，故对化学平衡的移动有影响，D 正确；
故选 D。
4 CO．若在催化剂作用下 2和H2合成甲酸主要涉及以下反应：
I CO2 (g)+H2 (g)=HCOOH(g) ΔH1<0．
II CO (g)+H (g)
CO(g)+H
． 2 2 2O(g) ΔH2
2L CO2 (g) H (g) CO在 恒容密闭容器中， 和 2 各投1mol发生反应，平衡时 2的转化率及HCOOH 和CO的选择性(产
CO
物的选择性：生成的HCOOH 或CO与转化的 2的比值)随温度变化如图所示。
下列说法正确的是
A．反应 II ΔH2 <0：
B．曲线 a CO表示平衡时 2的转化率
K=16
C．240℃时，反应 I 的平衡常数 9
D．合成甲酸应选择在较高温度下甲酸选择性高的催化剂
【答案】C
CO (g)+H (g)=HCOOH(g) ΔH <0
【分析】由题干图示信息可知，根据反应 I 2 2 1 可知，升高温度，平衡逆向移动，
则 HCOOH 的选择性随温度的升高而减小，CO2的转化率随温度升高而减小，根据 240℃时，曲线 a、c 对应的
数值之和为 100%，说明这两条曲线分别代表 HCOOH 和 CO 的选择性，曲线 b 代表 CO2的转化率随温度的变化
关系，说明 CO 的选择性随温度升高而增大，即升高温度反应 II 正向移动，故△H2＞0，据此分析解题。
【解析】A．由分析可知，△H2＞0，A 错误；
B．由分析可知，曲线 b 表示平衡时 CO2的转化率，B 错误；
C．由图示信息可知，240℃时，CO2的转化率为 40%，HCOOH 的选择性为 80%，CO 的选择性为 20%，三段式
CO2 g +H2 g HCOOH g
起始量(mol/L) 0.5 0.5 0
转化量(mol/L) 0.5 40% 80% 0.16 0.16
分析为：平衡量(mol/L) 0.34 0.34 0.16 ，
CO2 g +H2 g CO g +H2O g
起始量(mol/L) 0.34 0.34 0 0
转化量(mol/L) 0.5 40% 20% 0.04 0.04 0.04 c(HCOOH) 0.16 16
平衡量(mol/L) 0.30 0.30 0.04 0.04 ，则反应 I 的平衡常数 K= c(CO2 )c(H2 ) = 0.3 0.3 = 9 ，
C 正确；
D．曲线 a 代表 HCOOH 的选择性，升高温度反应 I 平衡逆向移动，HCOOH 的产率减小，且 HCOOH 的选择性
也减小，则合成甲酸应选择在较低温度下甲酸选择性高的催化剂，D 错误；
故答案为：C。
2NO(g)+O2 (g) 2NO2 (g) 2NO(g) N2O2 (g)5．反应 分两步进行：① (快)，
N2O2 (g)+O2 (g)②
2NO2 (g) (慢) O。恒容条件下，按物质的量之比为 2∶1 加入NO 和 2，测得起始
c O2 =5.0 10-4mol ×L-1。在相同时间内，测得不同温度下NO 转化为NO2 的转化率如图所示，下列说法错误的是
A．反应的活化能：①<②
B．100℃ v正>v时， 逆
C．两步反应均为吸热反应
c O =2.5 10-4mol × L-1D．380℃时，反应达到平衡时 2
【答案】C
【解析】A．活化能越大，反应越慢，反应①快，反应②慢，反应的活化能：①＜②，A 项正确；
B．由图可知，100℃时，NO 转化率小于 NO 平衡转化率，100℃时反应没有达到平衡，反应正向进行，则 v 正＞
v 逆，B 项正确；
C．由图可知，随着温度的升高，NO 平衡转化率减小，说明温度升高，平衡 2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)逆向移动，
反应 2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的 H＜0，根据盖斯定律，反应①和反应②的 H 之和小于 0，故两步反应不可能均
为吸热反应，C 项错误；
D．起始 c(O2)=5.0×10-4mol/L，则起始 c(NO)=1×10-3mol/L，380℃时 NO 平衡转化率为 50%，转化 NO 的浓度为
5.0×10-4mol/L，转化 O2的浓度为 2.5×10-4mol/L，平衡时 c(O )=5.0×10-4mol/L-2.5×10-42 mol/L=2.5×10-4mol/L，D 项
正确；
答案选 C。
6．一定条件下，关于工业合成氨的反应，图甲表示该反应过程中的能量变化，图乙表示 1 L 密闭容器中 n(N2)随
时间的变化曲线，图丙表示在其他条件不变的情况下，改变起始时 n(H2)对该平衡的影响。下列说法正确的是
A．甲：升高温度，该反应的平衡常数增大
B．乙：从 11 min 起其他条件不变，压缩容器的体积，则 n(N2)的变化曲线为 d
C．乙：10 min 内该反应的平均速率 v(H2)=0. 03 mol·L-1·min-1
D．丙：温度 T1＜T2，a、b、c 三点所处的平衡状态中，b 点 N2的转化率最高
【答案】B
【解析】A．由图象甲分析，反应是放热反应，升高温度化学平衡逆向移动，则升高温度，该反应的平衡常数减
小，故 A 错误；
B．其他条件不变，压缩容器的体积，氮气的物质的量不变，平衡正移，氮气然后逐渐减少，由图可知，n(N2)的
变化曲线为 d，故 B 正确；
v(N )= Δn = 0.3mol2 =0.03mol ×L
-1 ×min -1
C．由图乙信息，10min 内氮气减少了 0.3mol，则氮气的速率的为 VΔt 1L 10min ，
氢气的速率为 0.03mol L-l min-l×3=0.09mol L-l min-l，故 C 错误；
D．由图丙可知，氢气的起始物质的量相同时，温度 T1平衡后，氨气的含量更高，该反应为放热反应，降低温度
平衡向正反应移动，故温度 T1＜T2，a、b、c 都处于平衡状态，达平衡后，增大氢气用量，氮气的转化率增大，
故 a、b、c 三点中，c 的氮气的转化率最高，故 D 错误；
故选：B。
7．甲、乙均为 1L 的恒容密闭容器，向甲中充入 1molCH4和 1molCO2，乙中充入 1molCH4和 nmolCO2，在催化
剂存在下发生反应：CH4(g)+CO (g)
2 2CO(g)+2H2(g)，测得 CH4的平衡转化率随温度的变化如图所示。下列
说法不正确的是
A．该反应的正反应是吸热反应
B．H2的体积分数：φ(b)>φ(c)
C．773K 时，该反应的平衡常数小于 12.96
D．873K 时，向甲的平衡体系中再充入 CO2、CH4各 0.4mol，CO、H2各 1.2mol，平衡逆向移动
【答案】B
【解析】A．由图可知，随着温度的升高，CH4的平衡转化率增大，说明升高温度，平衡正向移动，该反应的正
反应是吸热反应，故 A 正确；
B．由图像可知，相同温度下乙中甲烷的平衡转化率大于甲中，说明 n＞1，b 点、c 点 CH4的平衡转化率均为
60%，两容器中甲烷的起始量相等，则平衡时 CH4、H2和 CO 的物质的量分别相等，但 b 点 CO2的物质的量大于
c 点 CO2的物质的量，则 H2的体积分数：φ(b) ＜φ(c)，故 B 错误；
C．873K 时，c 点 CH4的平衡转化率为 60%，△n(CH4)=1mol×60%=0.6mol，容器体积为 1L，列化学平衡三段式：
CH4(g) + CO2(g) 2CO(g) + 2H2(g)
起始量/mol/L 1 1 0 0
转化量/mol/L 0.6 0.6 1.2 1.2 c2 CO ×c2 H2 2 2=1.2 1.2
平衡量/mol/L 0.4 0.4 1.2 1.2 K= c CH4 ×c CO， 2 0.4 0.4 =12.96，该反应是吸
热反应，降低温度，平衡逆向移动，K 值减小，则 773K 时，该反应的平衡常数小于 12.96，故 C 正确；
D．由 B 可知，873K 时，化学平衡常数 K=12.96，向甲的平衡体系中再充入 CO2、CH4各 0.4mol，CO、H2各
2.42 2.42
1.2mol，此时 CO2、CH4浓度均为 0.8mol/L，CO、H2浓度均为 2.4mol/L，Qc= 0.8 0.8 =51.84＞12.96，说明平
衡逆向移动，故 D 正确；
故选：B。
8．一定温度下，把 2.5 mol A 和 2.5 mol B 混合通入容积为 2 L 的密闭容器里，发生如下反应：
3A(g)+B(s) xC(g)+2D(g)，经 5 s 反应达平衡，在此 5 s 内 C 的平均反应速率为 0.2 mol·L-1·s-1，同时生成 1 mol
D，下列叙述中不正确的是
A．x=2
B．反应达到平衡状态时 A 的转化率为 60%
C．若混合气体的密度不再变化，则该可逆反应达到化学平衡状态
D．反应达到平衡状态时，相同条件下容器内气体的压强与起始时压强比为 8∶5
【答案】A
【分析】经 5s 反应达平衡，在此 5s 内 C 的平均反应速率为 0.2mol L-1 s-1，可知生成 C 为
0.2mol L-1 s-1×2L×5s=2mol，同时生成 1mol D，则 x=4，列三段式如下：
3A(g) + B(s) 4C(g) + 2D(g)
起始(mol) 2.5 2.5 0 0
转化(mol) 1.5 0.5 2 1
平衡(mol) 1 2 2 1 。
【解析】A．根据分析知 x=4，故 A 错误；
1.5mol ×100%=60%
B．根据三段式确定 A 转化量为 1.5mol，故 A 的转化率= 2.5mol ，故 B 正确；
C．B 为固体，气体的质量为变量，体积不变，则混合气体的密度不再变化时该可逆反应达到化学平衡状态，故
C 正确；
D．根据阿伏加德罗定律，同温同体积时，体系的压强与气体物质的量成正比，即：
p(平) n(平，g) (1+ 2 +1)mol 8
= = =
p(始) n(始，g) 2.5mol 5 ，故 D 正确；
答案选 A。
9．羰基硫( COS )可作为一种粮食熏蒸剂，能防止某些昆虫、线虫和真菌的危害。在恒容密闭容器中，将10mol CO
H2S CO g + H2S g COS g + H g 和一定量的 混合加热并达到下列平衡： 2 K = 0.1，平衡后CO物质的
量为8mol。下列说法不正确的是
A．CO、H2S的转化率之比为 1：1
B H．达平衡后 2S的体积分数为 29.4%
C．加入正催化剂，可以加快反应速率，但不能提高平衡转化率
D CO、H2S、COS、H．恒温下向平衡体系中再加入 2 各1mol，平衡会移动
【答案】A
【分析】反应前 CO 的物质的量为 10mol，平衡后 CO 物质的量为 8mol，设反应前 H2S 的物质的量为 nmol，则：
CO(g) + H2S(g) COS(g) + H2 (g)
起始(mol) 10 n 0 0
转化(mol) 2 2 2 2
平衡(mol) 8 n-2 2 2
，该温度下该反应的 K=0.1，设容器的容积为 V，则平衡常数 K=
2 2
V V
8 n-2
V V =0.1，解得 n=7，即反应前 H2S 的物质的量为 7mol。
【解析】A．由于反应前 CO、H2S 的物质的量分别为 10mol、7mol，而二者的化学计量数相等，反应消耗的物质
的量相等，所以二者的转化率一定不相等，故 A 错误；
B．该反应前后气体的体积相等，则反应后气体的总物质的量不变，仍然为 10mol+7mol=17mol，平衡后 H2S 的
5mol
物质的量为(7-2)mol=5mol，相同条件下气体的体积分数=物质的量分数= 17mol 100% 29.4%，故 B 正确；
C．加入正催化剂，降低反应活化能，可以加快反应速率，但不影响始末状态，平衡不移动，则不能提高平衡转
化率，故 C 正确；
D．恒温下向平衡体系中再加入 CO、H2S、COS、H2各 1mol，则此时该反应的浓度商
2 +1 2 +1
V V
8 +1 5 +1 1
Qc= V V = 6 >K=0.1，说明平衡会向着逆向移动，故 D 正确；
答案选 A。
10．一定温度下，在某恒容密闭容器中，充入物质的量均为 2mol 的 NO 和 CO，发生反应：
2CO g + 2NO g 2CO2 g + N2 g ΔH。容器内总压强随时间的变化如图所示，下列说法正确的是
A t1min c CO2 =1mol ×L
-1
． 时，
c2 CO ×c2 NO
K=
B c
2 CO2 ×c N．该反应的平衡常数表达式为 2
1
C N．平衡时， 2 的体积是气体总体积的 7
D．若混合气体的总质量不再随时间改变，则该反应达到平衡
【答案】C
【分析】设 N2反应的物质的量为 x
2CO(g)+ 2NO(g) 2CO2(g)+ N2(g)
起始(mol) 2 2 0 0
转化(mol) 2x 2x 2x x
平衡(mol) 2-2x 2-2x 2x x
2 + 2 80
=
恒温恒容条件下，总物质的量之比等于总压强之比，所以 2 - 2x + 2 - 2x + 2x + x 70
x=0.5mol。
【解析】
A．t1min 时，n(CO2)=1mol，题干中没有体积，所以无法计算浓度，故 A 错误；
B．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，该
2
K= c (CO2 )c(N2 )
c2(CO )c2反应的平衡常数表达式为： (NO ) ，故 B 错误；
C．平衡时氮气的物质的量为 0.5mol，气体总物质的量为 3.5mol，相同条件下，气体的体积之比等于物质的
1
N
量之比，则平衡时 2 的体积是气体总体积的 7 ，故 C 正确；
D．反应物和生成物都是气体，混合气体的总质量一直不变，所以若混合气体的总质量不再随时间改变，无
法判断反应是否平衡，故 D 错误；
答案选 C。
éCO NH2 ù11．尿素 2 NH CO对于我国经济和社会的可持续发展具有重要意义，工业上以 3和 2为原料合成：
CO2 (g) + 2NH3(g) CO NH2 (g) + H2O(g)2 DH = akJ × mol-1，在温度为T1和T2 时，分别将 0.50mol CO2和
1.20mol NH3 n CO 充入体积为 1L 的密闭容器中，测得 2 随时间变化的数据如表所示：
时间/min 0 10 20 40 50
T1 0.50 0.35 0.25 0.10 0.10
T2 0.50 0.30 0.18 …… 0.15
下列说法不正确的是
A T 0~10min v CO2 = 0.015mol ×L
-1 ×min-1
． 1时， 内
B．T1 NH温度下该反应平衡时 3的转化率为 66.7%
C． a < 0
D K T1 < K T2 ．平衡常数：
【答案】D
0.50mol-0.35mol
v(CO2 )=
Δc = 1L = 0.015mol × L-1 × min-1
【解析】A． Δt 10min ，A 正确；
B．T1温度下该反应平衡时二氧化碳的物质的量为 0.10mol，反应的物质的量为 0.50mol-0.10mol=0.40mol，方程
0.80mol
100% = 66.7%
式中 NH3与 CO2系数比为 2：1，故 CO2转化量为 0.80mol，转化率： 1.20mol ，B 正确；
C．前 10min，T2温度下 CO2转化量多，反应速率快，故 T2温度高。在 T2温度下，达平衡时 CO2的物质的量为
0.15mol，T1时 CO2的物质的量为 0.10mol，故升高温度平衡逆向移动，反应放热，a<0，C 正确；
D．放热反应，升高温度，K 减小，因 T2>T1，故 K(T1)>K(T2)，D 错误；
故选 D。
12．乙基叔丁基酸(以 ETBE 表示)是一种性能优良的高辛烷值汽油调和剂，用乙醇与异丁烯(以 TB 表示)催化合
C H OH g + TB g ETBE g
成 ETBE. 反应为 2 5 。向刚性恒容容器中按物质的量之比 1∶1 充入乙醇和异丁烯，
T
在温度为 1与T2 时异丁烯的转化率随时间变化如图所示。
回答下列问题：
（1）与乙醇互为同分异构体的某有机物的结构简式为____，异丁烯的官能团名称为____。
T
（2） 1 ___ T2 (选填“>” “=”或“<”)，该反应的正反应为____(选填“吸热”或“放热”)反应。
（3）a b c 三点，逆反应速率最大的点是_____。
（4 T1 p Pa K = K） 时，容器内起始总压为 0 ，则平衡常数 p ____( p 为压强平衡常数，用平衡分压代替平衡浓度计
算)。
CH OCH
【答案】（1） 3 3 碳碳双键
（2） > 放热
（3）c
40 Pa-1
（4） p0
【解析】（1）
CH OCH
乙醇的分子式为 C2H6O，与乙醇互为同分异构体的有机物为二甲醚，其结构简式为 3 3 ；异丁烯的结构简
式为 CH2=C(CH CH OCH3)2，其官能团名称为碳碳双键，故答案为： 3 3 ；碳碳双键；
（2）
T T
温度越高，反应速率越快，反应越先达到平衡状态，则 1 > T2 ，由图可知，温度由T2 升高到 1，异丁烯的转化率
降低，说明升高温度，平衡逆向移动，则该反应的正反应为放热反应，故答案为：>；放热；
（3）
a b c 三点中 c 点温度高于 b 点，c 点生成物浓度大于 a、b 点，所以 c 点的逆反应速率最大，故答案为：c；
（4）
T
设乙醇和异丁烯起始物质的量均为 1mol， 1时，反应达到平衡时，异丁烯的转化率为 80%，
C2H5OH g + TB g ETBE g
起始量 mol 1 1 0
转化量 mol 0.8 0.8 0.8
平衡量 mol 0.2 0.2 0.8
平衡时混和气体总的物质的量为 0.2mol+0.2mol+0.8mol=1.2mol，压强之比等于物质的量之比，则平衡时总压强
1.2 0.2 0.2
2 p0Pa
=0.6 p0Pa C H OH TB ETBE 1.2 0.6 p0Pa =0.1 p0Pa
p Pa
为 ， 2 5 、 和 的分压依次为 、 1.2 0.6 0 =0.1 p0Pa 、
0.8 0.4p0 40 -1 40 -1
K = Pa Pa
1.2 0.6 p0Pa
p
=0.4 p0Pa ，则平衡常数 0.1p0 0.1p0 = p0 ，故答案为： p0 。
13．氮是地球上含量丰富的一种元素，氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用，合成氨工业在国民生
产中有重要意义。以下是关于合成氨的有关问题，请回答：
（1）在容积为 2L 的恒温密闭容器中加入 0.1mol 的 N2和 0.3mol 的 H2在一定条件下发生反应：
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，在 5 分钟时反应恰好达到平衡，此时测得 NH3的物质的量为 0.1mol。这段时间内
用 H2表示的反应速率为 v(H2)=____。
（2）平衡后，若要再提高反应速率，且增大 NH3的产率，可以采取的措施有____。(答一条即可)
（3）下列各项能作为判断该反应达到化学平衡状态的依据是____(填序号字母)。
A．容器内 N2、H2、NH3的物质的量浓度之比为 1：3：2
B．v(H2)正=3v(N2)逆
C．混合气体的密度保持不变
D．容器内压强保持不变
（4）已知合成氨反应 N2+3H2 2NH3在 400℃时的平衡常数 K=0.5(mol/L)-2。在 400℃时，测得某时刻
c(N2)=2mol/L、c(H2)=2mol/L、c(NH3)=3mol/L，此时刻该反应的 v 正____v 逆(填“>”“=”或“<”)。
n(H2 )
（5）如图表示在恒压密闭容器中，不同温度下，达到平衡时 NH3的体积百分数与投料比[ n(N2 ) ]的关系。
由此判断 KA、KB、KC的大小关系为：____。
【答案】（1）0.015mol·L-1·min-1
（2）加压；通入氮气或氢气
（3）BD
（4）<
（5）KA=KB>KC
【解析】（1）
(0.1mol-0mol) 2L
这段时间内用 NH3表示的反应速率 v(NH3)= 5min =0.01mol/(L min)，同一反应用不同物质表示的化
3
学反应速率之比等于化学计量数之比，则 v(H2)= 2 v(NH3)= 0.015mol/(L min)；答案为：0.015mol/(L min)。
（2）
合成氨的反应为 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H<0，若要提高反应速率，可采取的措施有：增大反应物 N2或 H2的
浓度、增大压强、升高温度、使用合适的催化剂；该反应的正反应是气体分子数减小的放热反应，若要增大 NH3
的产率，可采取的措施有：增大反应物 N2或 H2的浓度、增大压强、降低温度；故平衡后，若要再提高反应速率，
且增大 NH3的产率，可以采取的措施有：加压、通入 N2或 H2；答案为：加压；通入氮气或氢气。
（3）
A．达到平衡时各组分的浓度保持不变，但不一定等于化学计量数之比，故容器内 N2、H2、NH3的物质的量浓度
之比为 1：3：2 时反应不一定达到平衡状态，A 不选；
B．v(H2)正=3v(N2)逆时正、逆反应速率相等，是反应达到平衡状态的本质标志，B 选；
C．合成氨的反应中所有物质都为气态，容器内气体的总质量始终不变，容器的容积始终不变，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说明反应达到平衡状态，C 不选；
D．该反应的正反应是气体分子数减小的反应，建立平衡的过程中气体分子物质的量变化，容器内压强变化，故
容器内压强保持不变说明反应达到平衡状态，D 选；
答案选 BD。
（4）
c2 (NH3) (3mol/L)2
3
此时刻 Q = c(N2 ) ×c (H2 ) = 2mol/L (2mol/L)
3
c =0.5625(mol/L)-2> K=0.5(mol/L)-2，反应逆向进行，故此时刻该反应
的 v 正（5）
n(H2 )
影响化学平衡常数的外界因素为温度，A、B 两点所处温度相同，故 K =K ；根据图像可知， n(N )A B 2 相同时，平
衡时 T2条件下 NH3%>T1条件下 NH3%，该反应的正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，NH3%减小，化
学平衡常数 K 减小，故 T2K（T1）；故 KA、KB、KC的大小关系为 KA=KB>KC；答案为：
KA=KB>KC。
14．环戊烯作为一种重要的化工产品，广泛应用于橡胶、医药、农药等领域。工业上通过环戊二烯加氢制备环戊
烯涉及的反应如下：
反应 I： ΔH = -100.5kJ / mol
反应 II： ΔH = -209.9kJ / mol
回答下列问题：
（1）反应 的ΔH = _______kJ/mol，该反应在_______(填“较高”、“较低”或
“任意”)温度下为自发反应。
（2）科研人员研究了其他条件一定时，反应温度对环戊二烯转化率和环戊烯选择性的影响(如图所示)。
①由图可知，反应Ⅰ适宜选择的温度范围为_______(填选项字母)。
A．25~30℃ B．35~40℃ C．40~45℃
② n H同一催化剂条件下，影响选择性的因素除 2 /n(烃)外，还有_______ (填一个因素)。
（3）环戊二烯可通过双环戊二烯解聚制备： ，实际生产中常通入氮气以解
决结焦问题(氮气不参与反应)。某温度下，向恒容反应容器中通入总压为 100kPa 的双环戊二烯和氮气，达到平
衡后总压为 145kPa p N =，双环戊二烯的转化率为 90%，则 2 _______kPa，平衡常数
p2 环戊二烯
Kp =Kp = _______kPa( p 双环戊二烯 )。
【答案】（1） -109.4 较低
（2） A 温度
（3） 50 1620
【解析】（1）根据盖斯定律，ΔH = Δ H2 - Δ H1=-209.9+100.5=-109.4(kJ/mol)，故答案为：-109.4；根据自发反应
的判断依据Δ G= Δ H-T× Δ S，当Δ G<0 时，该反应自发，根据该反应 H<0， S<0，故该反应在较低温度下反应
自发，故答案为：较低；
（2）①根据反应 I 制取环戊烯，故应选择该物质的选择性高的条件，反应物的转化率也相对高的温度，根据图
像选择 A；故答案为 A；②影响选择性的因素还有温度；
（3）根据可逆反应过程中气体体积的变化判断，利用差量法判断转化的双环戊二烯的压强为 45kPa，根据双环
戊二烯的转化率为 90%，判断双环戊二烯的起始压强为：50kPa，则氮气的压强为 50kPa，平衡时双环戊二烯的
p2 环戊二烯
K = 90
2
p = =1620
5kPa p 双环戊二烯 5压强为 ，则 ；故答案为 50；1620；
【点睛】此题考查焓变计算及自发反应的依据及平衡的应用；注意在平衡中利用差量法进行判断气体的相关量。
