2024届高考化学复习讲义第七章化学反应速率和化学平衡第四讲化学反应的方向和化学反应的调控考点二化学反应的调控含答案

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1.化学反应的调控
既要考虑合适的反应速率因素又要考虑反应限度因素。
2.工业合成氨生产的适宜条件
（1）合成氨反应进行的方向
N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g），已知在298 K时，ΔH＝－92.2 kJ·ml－1，ΔS＝－198.2 J·ml－1·K－1，ΔG＝[1] －33.14 kJ·ml－1（保留两位小数），该反应能正向自发进行。
（2）合成氨反应限度
增大压强、降低温度有利于化学平衡向生成NH3的方向移动。N2和H2的物质的量之比为1∶3（理论投料比）时，平衡转化率最高。
（3）合成氨反应的速率
在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质浓度的关系式为
（4）工业合成氨适宜条件的选择
注意 N2的吸附分解所需活化能最高，是控制总反应速率的关键步骤。工业生产时适当提高N2的比例，即按n（N2）∶n（H2）＝1∶2.8投料，并及时分离出NH3，促使平衡正向移动。
1.易错辨析。
（1）合成氨工业采用铁触媒作催化剂，是为了提高反应物的平衡转化率。（ ✕ ）
（2）工业合成氨反应的ΔH＜0、ΔS＜0，在任何温度下该反应都可自发进行。（ ✕ ）
（3）工业生产中，合成氨采用的压强越高，温度越低，越有利于提高经济效益。（ ✕ ）
2.已知在298 K时，N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g）ΔH＝－92.2 kJ·ml－1，ΔS＝－198.2 J·ml－1·K－1。
请回答下列问题：
（1）[热力学视角]从化学平衡移动视角分析有利于合成氨的条件： 低温和高压 。
（2）[动力学视角]达到平衡后，升高温度对 逆 （填“正”或“逆”，下同）反应速率影响更大，增大压强（缩小反应器容积）对 正 反应速率影响更大，减小反应物浓度对 正 反应速率影响更大。
（3）[适宜条件的选择]工业上合成氨一般采用500 ℃左右的温度，其原因是（ C ）
①适当增大NH3的合成速率
②提高氢气的转化率
③提高氨的产率
④催化剂在500 ℃左右活性最大
A.①②B.①③
C.①④D.②③④
研透高考 明确方向
命题点1 工业合成氨的条件
1.[2022浙江]恒温恒容的密闭容器中，在某催化剂表面上发生氨的分解反应：2NH3（g）催化剂N2（g）＋3H2（g），测得不同起始浓度和催化剂表面积下氨浓度随时间的变化如下表所示，下列说法不正确的是（ C ）
A.实验①，0～20 min，v（N2）＝1.00×10－5ml·L－1·min－1
B.实验②，60 min时处于平衡状态，x≠0.40
C.相同条件下，增加氨气的浓度，反应速率增大
D.相同条件下，增加催化剂的表面积，反应速率增大
解析 由表格中数据可知，实验①，0～20 min，v（N2）＝v（NH3）2＝（2.40－2.00）×10－3ml·L－120min×2＝1.00×10－5ml·L－1·min－1，A项正确；催化剂表面积的大小只影响反应速率，不影响平衡，实验③中氨气初始浓度与实验①中一样，实验③达到平衡时氨气浓度为4.00×10－4ml·L－1，则实验①达到平衡时氨气浓度也为4.00×10－4ml·L－1，而恒温恒容条件下，实验②相对于实验①为减小压强，平衡正向移动，因此实验②60 min平衡时x≠0.40，B项正确；对比实验①②可知，增加氨气的浓度，反应速率不变，C项错误；对比实验①③可知，催化剂表面积增大，反应速率增大，D项正确。
命题点2 工业生产中合适条件的选择
2.[2023浙江改编]水煤气变换反应[CO（g）＋ H2O（g）⇌ CO2（g）＋H2（g） ΔH＝－41.2 kJ·ml－1]是放热的可逆反应，需在多个催化剂反应层间进行降温操作以“去除”反应过程中的余热（如图1所示），保证反应在最适宜温度附近进行。
图1图2
（1）在催化剂活性温度范围内，图2中b－c段对应降温操作的过程，实现该过程的一种操作方法是 A 。
A.按原水碳比通入冷的原料气
B.喷入冷水（蒸气）
C.通过热交换器换热
（2）若采用喷入冷水（蒸气）的方式降温，在图3中作出CO平衡转化率随温度变化的曲线。
图3
解析 （1）由题图知，b→c降温操作时CO的转化率降低且反应未达平衡。按原水碳比通入冷的原料气，温度降低，反应物的量增加，CO的转化率降低，A项正确；喷入冷水（蒸气），温度降低，但水蒸气浓度增大，促使CO的转化率升高，B项错误；通过热交换器后，反应体系温度降低，但仍在催化剂活性温度范围内，由于温度对反应速率的影响远小于催化剂对反应速率的影响，故CO的转化率基本保持不变，C项错误。（2）若采用喷入冷水（蒸气）的方式降温，则相同温度下CO的平衡转化率增大，据此作图。含义
通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行
需要考
虑的实
际因素
在实际生产中常常需要结合设备条件、安全操作、经济成本等情况，综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找适宜的生产条件。此外，还要根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析，权衡利弊，才能实施生产
催化剂
温度
压强
采用[2] 铁触媒 为催化剂（填催化剂名称），该催化剂在500 ℃左右时活性最大
采用400～500 ℃，原因是[3] 使催化剂的活性较高
采用10 MPa～30 MPa。压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，需要的动力越大，会大大增加生产投资，降低综合经济效益
编号
时间/minc（NH3）/
（10－3ml·L－1）
表面积/cm2
0
20
40
60
80
①
a
2.40
2.00
1.60
1.20
0.80
②
a
1.20
0.80
0.40
x
③
2a
2.40
1.60
0.80
0.40
0.40