第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨--2025年高考化学选择性必修第一册（鲁科版）(共37张PPT)

(共37张PPT)
第2章 化学反应的方向、限度与速率
2025年高考化学一轮复习
选择性必修第一册鲁科版
第4节 化学反应条件的优化——工业合成氨
题型觉醒
题型一 合成氨反应的限度和速率
1.（2024浙江嘉兴八校联考）在合成氨工业中，要使氨的产率增大，同时又能提高化学
反应速率，可采取的措施有( )
C
①增大容器体积使压强减小 ②减小容器体积使压强增大 ③升高温度 ④降低温度 ⑤恒
温恒容，再充入等量的和 ⑥及时分离产生的 ⑦使用催化剂
A.②④⑤⑥ B.②③④⑤⑦ C.②⑤ D.①②③⑤⑦
【解析】 从反应速率的角度分析：增大反应物浓度、增大压强（减小容器体积）、使
用催化剂、升高温度均能加快反应速率，故②③⑤⑦均使化学反应速率加快，①④⑥均
使化学反应速率减慢。从平衡移动的角度分析：合成氨的反应为气体分子数减小的放热
反应，故②④⑤⑥均使合成氨的反应正向移动，氨的产率增大；①③均使合成氨的反应
逆向移动，氨的产率减小；⑦不影响化学平衡，氨的产率不变。故C项正确。
题型二 合成氨的适宜生产条件
2.（2024广东深圳外国语学校联考）下列有关合成氨工业的说法正确的是( )
D
A.、的投料比采用（物质的量比）而不是，是为了提高 的转化率
B.反应温度控制在 左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动
C.压强采用 ，是因为该条件下催化剂的活性最好
D.不断将氨液化并移去液氨，目的是使平衡正向移动
【解析】 A（×）“四方面”——原料利用率，适当提高、 的投料比能
提高 的转化率。
B（×）“四方面”——化学反应限度、化学反应速率，氮气和氢气反应生成氨气的过程
是放热的，反应温度控制在 左右（【拓展】此温度下铁催化剂活性最大）的目的
是加快反应速率，并不是使化学平衡向正反应方向移动。
C（×）“四方面”——设备，氮气和氢气的反应是气体分子数减小的反应，增大压强，
平衡正向移动，合成氨工业采用 ，是因为继续增大压强对设备的要求
更高，不能达到更好的经济效益。
D（√）“四方面”——原料利用率、化学反应限度，不断将氨液化并移去液氨，目的是
降低氨气的浓度，使平衡正向移动。
3.（2024福建厦门同安第一中学期中）
工业合成氨的流程如图所示。下列
有关生产条件的调控作用分析错误
的是 ( )
B
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 ，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
【解析】 A（√）
步骤①中“净化”可除去杂质，
防止催化剂中毒。
B（×）“四方面”——化学反
应速率、化学反应限度，合成氨的反应为 ，该反应为气体分
子数减小的反应，加压有利于平衡正向移动，可提高原料转化率和氨的产率，加压也可
以提高反应速率。
C（√）“四方面”——化学反
应速率、化学反应限度，温
度越高，化学反应速率越大，
但合成氨的反应为放热反应，
温度升高，平衡逆向移动，氨的产率降低，又
时催化剂的活性最大，催化效果最佳，
因此步骤③一般选择控制反应温度为 。
D（√）“四方面”——化学反
应限度，液化分离出 可
以使平衡正向移动，提高原
料的利用率，和 的循环
再利用也可以提高原料利用
率，所以步骤④⑤有利于提
高原料的利用率，能节约生
产成本。
4.（2024天津第一中学期中）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。
能
【解析】 常温下，合成氨反应的
，故合成氨反应在常温下能自发。
（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 。
高
低
【解析】 “四方面”——化学反应限度、化学反应速率，高温有利于提高反
应速率，而合成氨反应是放热反应，低温可使平衡正向移动，有利于提高平衡转化率。
（3） 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。其一是
复合催化剂法，有关反应速率的变化曲线如图所示。
下列说法正确的是__。
. 时，复合催化剂比单一催化剂效率更高
.同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率
.温度越高，复合催化剂活性一定越高
【解析】 由题图可知,时复合催化剂比单一催化剂反应速率快,催化效率高, 正确;
催化剂不能改变平衡状态,故不能提高氨的平衡产率, 错误;催化剂在一定的温度范围内
具有活性,而不是温度越高,催化剂活性越高, 错误。
（4） 在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为__。
.有利于平衡正向移动
.防止催化剂中毒
.提高正反应速率
【解析】 分离出氨,使产物浓度降低，平衡正向移动,正确;不会造成催化剂中毒,
错误;分离出氨不会提高正反应速率, 错误。
题型三 化学反应的调控
5.（2024福建福州第一中学期末）常压下羰基化法精炼镍的原理为
。 时，该反应的平衡常数
。已知：的沸点为 ，固体杂质不参与反应。
第一阶段：将粗镍与反应转化成气态 ；
第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至 制得高纯镍。
下列判断正确的是( )
B
A.增加 ，平衡正向移动，反应的平衡常数增大
B.第一阶段，若在和两者之间选择反应温度，应选
C.第二阶段， 分解率较低
D.该反应达到平衡时，
【解析】 A（×） “四方面”——化学反应限度，平衡常数只与温度有关，
与浓度无关。
B（√）的沸点为，第一阶段要制得气态的 ,应选择反应温度为
。
C（×）分解反应 的平衡常数
，可知 的分解率较高。
D（×）平衡时，正、逆反应速率相等，反应速率之比等于化学计量数之比，则
。
6.（2024黑龙江哈尔滨九中月考）催化重整可得到合成气（和 ），其主
要反应为 。同时存在以下反
应：
积碳反应 ；
消碳反应 。
在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变
化关系如图所示。下列说法正确的是( )
C
A.高压有利于提高 的平衡转化率并减少积碳
B.增大与 的物质的量之比有助于减少积碳
C.温度高于，升高温度 （消碳反应速率）增加
的倍数比 （积碳反应速率）增加的倍数大
D.升高温度（积碳反应平衡常数）减小、
（消碳反应平衡常数）增加
【解析】 A（×）“四方面”——化学反应限度，题中反应均为气体分子数
增大的反应，增大压强，平衡均逆向移动，故高压不利于提高 的平衡转化率。
B（×）“四方面”——化学反应限度，增大与的物质的量之比即增大 的用量，
积碳反应平衡正向移动，不利于减少积碳。
C（√）“四方面”——化学反应速率，温度高于 时，
积碳量随温度的升高而减小，说明此时升高温度，
（消碳反应速率）增加的倍数比 （积碳反应速率）
增加的倍数大。
D（×）积碳反应和消碳反应均为吸热反应，升高温度
平衡常数均增大。
7.（2023江苏苏州调研）氮及其化合物的转化具有重要应用。 是人工固氮的产物，
广泛用于生产铵盐、硝酸、纯碱等；在一定条件下与 反应可制备尿素，尿素加
热至将脱氨成缩二脲。以和 为原料可以合成尿素[]，涉及
的化学反应如下：
反应Ⅰ： （快）
反应Ⅱ： （慢）
下列有关说法正确的是( )
C
A.反应
B.和 合成尿素的总反应速率由反应Ⅰ决定
C.增大压强，既能加快反应Ⅰ的速率又能提高原料的平衡转化率
D.生产过程中温度越高，尿素的产率越高
【解析】 A（×）反应 可由反
应Ⅰ和反应Ⅱ相加得到，根据盖斯定律， 。
B（×）反应Ⅱ是慢反应，活化能大，故总反应的速率由反应Ⅱ决定。
C（√）“四方面”——化学反应速率、化学反应限度，反应Ⅰ是气体分子数减小的反应，
故增大压强既能加快反应Ⅰ的速率又能提高原料的平衡转化率。
D（×）“四方面”——化学反应限度，由A项分析知合成尿素的反应是放热反应，故升高
温度，平衡逆向移动，尿素的产率降低。
能力觉醒
8.（大招31）（2024辽宁大连滨城高中检测）如图所示为接
触法制硫酸的设备和工艺流程，其中关键步骤是 的催化
氧化： ，下列说法正确
的是( )
C
A.增大反应容器内压强一定有利于提高生产效益
B.为提高 转化率，工业生产中应尽可能在较低温度下反应
C.工业生产要求高效，应使用催化剂并在催化剂活性最佳的温度下反应
D.该反应为放热反应，在任何条件下都能自发进行，因为吸热反应是非自发的
【解析】 A（×）“四方面”——化学反应速率、
设备，该反应为反应前后气体分子数减小的反应，增大反应
容器内压强，有利于平衡正向移动，但由于增大压强对设备
的要求和动力要求很高，成本高，效益可能不佳。
B（×）“四方面”——化学反应速率、化学反应限度，该反
应为放热反应，为提高 转化率，应尽可能在较低温度下
反应，但温度过低会使反应速率太慢，经济效益低。
C（√）“四方面”——化学反应速率，为加快反应速率，应使用催化剂，还需要考虑催化
剂的活性最佳温度，应在催化剂活性最佳温度下进行。
D（×）化学反应能否自发进行的判断依据是 ，反应能否自发进行要综合
考虑焓变和熵变以及温度。
9.（大招31）（2023北京西城区二模）中国科学家首次用 改性铜基催化剂，将草酸
二甲酯加氢制乙二醇的反应条件从高压降至常压。草酸二甲酯加氢的主要反应有：
其他条件相同时，相同时间内温度对产物选择性的影响结
果如图。
已知：ⅰ.物质B的选择性
ⅱ. ，反应③的平衡常数远大于反应①和反应②的
平衡常数
下列说法不正确的是( )
C
A.制乙二醇适宜的温度范围是
B.实验条件下反应③的活化能最高，升温更有利于反应③
C.减压可提高乙二醇的平衡产率
D.铜基催化剂用 改性后反应速率增大
【解析】 A（√）图中温度为 时，乙二醇的选择性较高。
B（√）温度升高至约 时乙醇的选择性才开始由0逐渐增大，说明此时刚开始生成
乙醇，则该实验条件下生成乙醇的反应③的活化能最高，所以升温有利于反应③。
C（×）“四方面”——化学反应限度，反应①、②均为气体分子数减小的反应，反应③
为气体分子数不变的反应，则增大压强可以提高乙二醇的平衡产率。
D（√）“四方面”——化学反应速率，铜基催化剂用 改性后，将草酸二甲酯加氢制乙
二醇的反应条件从高压降至常压（【点拨】压强减小使反应速率减慢），则催化剂可
以使反应速率增大。
10.（2024北京师范大学附属中学月考）燃煤电厂锅炉尾气中含有的 ，以氨还原法除
去，发生的反应如下：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
在恒压、反应物起始物质的量之比一定的条件下，反应相同时间， 的转化率在不同
催化剂作用下随温度变化的曲线如图所示。下列说法不正确的是( )
C
A.其他条件不变，升高温度， 的平衡转化率可能降低
B.催化剂B条件下，提高点 的转化率的方法可以是增大压强
或延长反应时间
C.在 点所示条件下，使用催化剂A或催化剂B，反应均达平衡
D.高效节能除去尾气中的 ，应选择催化剂A
【解析】 A（√）反应Ⅰ、反应Ⅱ都是放热反应，升高温度，平
衡均逆向移动，且反应Ⅰ放热多，平衡逆向移动的程度大
（【点拨】反应Ⅰ平衡逆向移动使NO 的平衡转化率减小，反应
Ⅱ平衡逆向移动使 的平衡转化率增大，因此此处要比较两反
应平衡逆向移动的程度），所以 的平衡转化率可能降低。
B（√）催化剂不影响平衡移动，点对应 转化率低于同温度下催化剂A条件下的
转化率，说明 点反应未达平衡，可以通过增大压强（【点拨】增大单位时间内
的产率， 点反应未达平衡，不考虑平衡移动）或延长反应时间提高点 的转化率。
C（×）若 点所示条件下，使用催化剂A或催化剂B反应达平衡，平衡转化率与催化剂
无关，则点之后两曲线应重合，故 点反应未达平衡。
D（√）温度较低时，催化剂A条件下的 转化率较高，催化剂A的催化效果更好。
11.（2023山东师大附中模拟）催化加氢合成二甲醚是 资源化利用的有效途径之
一，合成二甲醚的总反应可表示为, 。
该反应可通过如下步骤来实现。
反应Ⅰ：,
反应Ⅱ：,
（1） ____________（用,表示），________（用, 表示）。
【解析】 根据盖斯定律，反应Ⅰ 反应Ⅱ得热化学方程式
，则平衡常数
。
图1
（2） 、的条件下，平衡时 平
衡转化率和 平衡选择性随温度变化如图1所
示。其中 的平衡选择性
。
图1
① 下列说法正确的是____（填序号）。
A.、、 均小于0
B.若反应在恒容密闭容器中进行，当体系压强不再变化，则反应
Ⅰ、Ⅱ均达到平衡状态
C.工业上应选择在下具有较高催化活性及 选
择性的催化剂
BC
图1
【解析】 A（×）随着温度升高，二甲醚的平衡选择性降
低，可知升温不利于二甲醚的生成，则总反应及反应Ⅱ均
为放热反应，即， ；二氧化碳的平衡转化
率先降低后升高，说明升温有利于反应Ⅰ正向移动，则反应
Ⅰ为吸热反应，即 。
B（√）若反应在恒容密闭容器中进行，因为反应Ⅱ为反应
前后气体总物质的量不同的反应，当体系压强不再变化，反应Ⅱ达到平衡，反应Ⅰ与
反应Ⅱ有相同物质，进而推知反应Ⅰ也达到平衡状态。
C（√）时，的选择性较高，此时 的平衡转化率也较大，选择
在此温度下具有较高催化活性的催化剂，有利于 的生成。
② 时，不考虑其他副反应，反应Ⅰ的平衡常数 为______。
0.052
图1
图1
【解析】 从图中 点分析，二氧化碳的平衡转化率为
，此时没有生成二甲醚，设起始时 ，
,故有
则平衡常数。③从表中数据分析，在 二甲醚的实际选择性最
大,且此时的实际转化率也不是很小，故最佳反应温度为。 ，在
催化剂作用下，随着温度升高，反应Ⅰ的反应速率加快的程度比反应Ⅱ大，故二甲醚的
实际选择性逐渐减小。
③ 、的条件下，催化加氢反应一段时间，不同温度下 实际转
化率和 实际选择性数据如表：
温度/ 220 240 260 280 300
实际转化率 7.6 12.4 14.8 18.6 22.9
二甲醚实际选择性 68.7 77.2 61.0 41.5 27.5
该体系合成二甲醚的最佳反应温度为_______。
图1
④ 由上表数据可知， 二甲醚的实际选择性逐渐减小，从化学反应速率角度
分析原因____________________________________________________________________
________________________________________。
，在催化剂作用下，随着温度升高，反应Ⅰ反应速率加快的程度比反应Ⅱ大，故二甲醚的实际选择性逐渐减小
图1
图2
（3） 、、，平衡时 转化率
和的收率与进料气中体积分数 有关，
其变化如图2所示，其中：
的平衡收率
， 的平
衡收率 。请在图2中选出
【解析】 由题图分析，随 体积分数增大，二氧化碳的平衡转化率降低，而二甲醚的平
衡收率增大，故一氧化碳的平衡收率应逐渐降低且降低程度比二氧化碳大，故选择 曲线。
在之间平衡收率的变化趋势__（填“”“”或“” ）。