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高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二章 化学反应速率与化学平衡第四节 化学反应的调控精练
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这是一份高中化学人教版 (2019)选择性必修1第二章 化学反应速率与化学平衡第四节 化学反应的调控精练，共7页。试卷主要包含了已知合成氨反应，已知等内容，欢迎下载使用。
1．下列有关合成氨工业的说法正确的是( )
A．N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成
B．恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成
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
2．在合成氨反应中使用催化剂和施加高压，下列叙述中正确的是( )
A．都能提高反应速率，都对化学平衡无影响
B．都对化学平衡有影响，但都不影响达到平衡状态所用的时间
C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有施加高压对化学平衡有影响
D．使用催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而施加高压无此效果
3．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( )
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N2和H2 ⑥恒温恒压，再充入等量的N2和H2 ⑦及时分离产生的NH3 ⑧使用催化剂
A．②④⑤⑥⑦ B．②③④⑤⑦⑧
C．②⑤ D．①②③⑤⑧
4．对于合成氨反应，达到平衡后，以下分析正确的是( )
A．升高温度，对正反应的反应速率影响更大
B．增大压强，对正反应的反应速率影响更大
C．减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大
D．加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大
5．合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示，据此分析合成氨工业中最有前途的研究方向是( )
A．提高分离技术
B．研制耐高压的合成塔
C．研制低温催化剂
D．探索不用N2和H2合成氨的新途径
6．如图所示是工业合成氨的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是( )
A．①②③ B．②④⑤
C．①③⑤ D．②③④
7．合成甲醇的反应存在平衡体系CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0，为了提高CH3OH的产量，应该采取的措施是( )
A．高温、高压
B．适宜的温度、高压、催化剂
C．低温、低压
D．高温、高压、催化剂
8．诺贝尔化学奖曾授予致力于研究合成氨与催化剂表面积大小关系的德国科学家格哈德·埃特尔，表彰他在固体表面化学过程研究中作出的贡献。下列说法正确的是( )
A．增大催化剂的表面积，能增大氨气的产率
B．增大催化剂的表面积，能增大合成氨的正反应速率、降低逆反应速率
C．使用催化剂时，反应的活化能降低，反应明显加快
D．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
9．已知合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0，在一定条件下，其反应速率与参加反应的物质的浓度的关系式v＝kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)。既要提高合成氨的产率，又要使反应速率增大，可采取的方法是( )
A．升高温度
B．使用催化剂
C．及时从平衡混合气体中分离出NH3
D．减小压强
10．已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1。起始反应物为N2和H2，物质的量之比为13，且总物质的量不变，在不同压强和温度下，反应达到平衡时，体系中NH3的物质的量分数如下表，下列说法正确的是( )
A.体系中NH3的物质的量分数越大，则正反应速率越大
B．反应达到平衡时，N2和H2的转化率之比均为1:1
C．反应达到平衡时，放出的热量均为92.4 kJ
D．600 ℃，30 MPa下反应达到平衡时，生成NH3的物质的量最多
11．2018年是合成氨工业先驱哈伯获得诺贝尔奖100周年。N2和H2生成NH3的反应为eq \f(1,2)N2(g)＋eq \f(3,2)H2(g)NH3(g) ΔH＝－46.2 kJ·ml－1，在Fe催化剂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*NHeq \\al(*,2)；NHeq \\al(*,2)＋H*NHeq \\al(*,3)；
脱附：NHeq \\al(*,3)NH3(g)。
其中N2的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。请回答：
(1)有利于提高平衡混合物中氨含量的条件有________(填标号)。
A．低温 B．高温
C．低压 D．高压
E．催化剂
(2)实际生产中，常用Fe作催化剂，控制温度773 K，压强3.0×105 Pa，原料气中N2和H2物质的量之比为12.8。分析说明原料气中N2适度过量的两个理由________________________________________________________________________；
________________________________________________________________________。
(3)下列关于合成氨工业的理解正确的是________(填标号)。
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，向合成氨平衡体系中添加少量惰性气体，平衡正向移动
C．基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化，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，防止催化剂“中毒”
12．硫酸是重要的化工原料，二氧化硫与氧气反应生成三氧化硫是工业制硫酸的重要反应之一。
(1)将0.050 ml SO2(g)和0.030 ml O2(g)通入容积为1 L的密闭容器中，反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)在一定条件下经20 min达到平衡，测得c(SO3)＝0.040 ml·L－1。
①从反应开始到刚好达到平衡，用SO2表示的平均反应速率为________。
②从平衡角度分析加入过量O2的目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③该反应的平衡常数表达式K＝________。
④已知：K(300 ℃)>K(350 ℃)，该反应的正反应是________(填“吸”或“放”)热反应。若反应温度升高，SO2的转化率将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)某温度下，SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示，平衡常数K(A)________K(B)(填“>”“<”或“＝”)。
13．近年来我国大力加强温室气体CO2催化氢化合成甲醇技术的工业化量产研究，实现可持续发展。回答下列问题：
(1)已知：CO2(g)＋H2(g)H2O(g)＋CO(g) ΔH1＝＋41.1 kJ·ml－1
CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
ΔH2＝－90.0 kJ·ml－1
写出CO2催化氢化合成甲醇的热化学方程式：________________________________________________________________________。
(2)为提高CH3OH(g)的产率，理论上应采用的条件是________(填序号)。
a．高温高压 b．低温低压
c．高温低压 d．低温高压
(3)250 ℃时，在恒容密闭容器中由CO2(g)催化氢化合成CH3OH(g)，如图为不同投料比[n(H2)/n(CO2)]时某反应物X的平衡转化率的变化曲线。
反应物X是________(填“CO2”或“H2”)。
(4)250 ℃时，在体积为2.0 L的恒容密闭容器中加入6 ml H2、2 ml CO2和催化剂，10 min时反应达到平衡，测得c(CH3OH)＝0.75 ml·L－1。
①前10 min内H2的平均反应速率v(H2)＝________ml·L－1·min－1。
②化学平衡常数K＝________。
③催化剂和反应条件与反应物的转化率和产物的选择性高度相关。控制相同投料比和相同反应时间，四组实验数据：得到如下
根据上表所给数据，用CO2生产甲醇的最优条件为________(填实验编号)。
1．解析：A项，投料比为n(N2)n(H2)＝12.8时，更有利于NH3的合成；B项，恒容条件下，充入稀有气体对平衡无影响；C、D项，ΔH－TΔS <0时反应自发进行，而合成氨反应的ΔH<0、ΔS <0，故在常温条件下该反应能自发进行。
答案：D
2．解析：对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，使用催化剂只能提高反应速率，缩短达到平衡状态所用的时间，不能使化学平衡发生移动。施加高压既能提高反应速率，使反应达到平衡状态所用的时间缩短，也能使化学平衡向生成NH3的方向移动。
答案：C
3．解析：从反应速率的角度分析，①④⑦均使化学反应速率降低，②③⑤⑧均使化学反应速率升高，⑥不影响化学反应速率。从平衡移动的角度分析，②⑤使化学平衡向右移动，使氨的产率增大，⑧不影响化学平衡，③使化学平衡向左移动。
答案：C
4．解析：合成氨反应为放热反应，升高温度，正、逆反应速率均增大，但是升高温度对吸热反应的速率影响更大，所以对该反应来说，对逆反应速率影响更大，A项错误；合成氨反应是气体分子数减小的反应，增大压强，正、逆反应速率均增大，但对正反应速率影响更大，B项正确；减小反应物浓度，使正反应速率瞬时减小，由于生成物的浓度瞬时不变，所以逆反应速率瞬时不变，故对正反应速率影响更大，C项错误；加入催化剂，使正、逆反应速率改变的倍数相同，故正、逆反应速率相同，D项错误。
答案：B
5．解析：由图可知，φ(NH3)随着温度的升高而显著下降，即在低温条件下，NH3的体积分数较高，但目前所用催化剂——铁触媒的活性最大时的温度在500 ℃左右，故最有前途的研究方向是研制低温催化剂。
答案：C
6．解析：①净化的目的是除去杂质气体，防止催化剂“中毒”，与原料转化率无关；②加压可使反应向生成NH3的方向移动，可以提高原料转化率；③催化剂只能改变化学反应速率，不能改变化学平衡，则不能提高原料转化率；④氨的液化分离，可降低平衡混合物中NH3的含量，使平衡向生成NH3的方向移动，可以提高原料转化率；⑤原料气的循环使用可提高原料的利用率。故B项正确。
答案：B
7．解析：合成甲醇的反应是一个反应前后气体体积减小的放热反应，为提高CH3OH的产量，一要使平衡正向移动，二要使反应速率增大，因此应使用催化剂，同时考虑催化剂的活性，反应温度要适宜，高压有利于平衡正向移动，故采取的措施是选择适宜的温度、高压、催化剂。
答案：B
8．解析：催化剂只能改变反应速率，不能改变化学平衡，A项错误；催化剂能同等程度地增大合成氨的正反应速率和逆反应速率，B项错误；使用催化剂可加快反应速率，原因是改变了反应历程，降低了反应活化能，C项正确；压强过高，设备成本高，温度过低，反应速率小，经济效益低，D项错误。
答案：C
9．解析：升高温度可增大反应速率，但合成氨的产率降低，A项错误；催化剂可增大反应速率，但合成氨的产率不变，B项错误；及时从平衡混合气体中分离出氨，平衡正向移动，合成氨的产率提高，根据v＝kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)可知，反应速率也增大，C项正确；减小压强可同时使合成氨的产率降低和反应速率减小，D项错误。
答案：C
10．解析：体系中NH3的物质的量分数越大，不能表示正反应速率越大，如20 MPa、500 ℃时NH3的物质的量分数大于30 MPa、600 ℃时NH3的物质的量分数，但后者的温度和压强较大，反应速率较快，A项错误；起始反应物N2和H2的物质的量之比为13，因此反应达到平衡时，N2和H2的转化率之比为1l，B项正确；由于无法确定参与反应的N2和H2具体的物质的量，故无法求得生成的NH3的物质的量，因此无法计算达到平衡时放出的热量，C项错误；根据表中数据可知，400 ℃、30 MPa下反应达到平衡时，生成NH3的物质的量最多，D项错误。
答案：B
11．解析：(1)根据合成氨反应的特点可知，低温和高压均可以提高平衡混合物中氨含量，A、D项正确。(2)原料气中N2的成本较低，适度过量可提高成本较高的H2的转化率；从反应速率来看，N2在Fe催化剂上的吸附是该反应速率的决定步骤，N2适度过量有利于提高整体的反应速率。(3)合成氨反应为放热反应，ΔH<0，该反应为气体分子数减小的反应，则ΔS<0，A项正确；恒温恒压时，向合成氨平衡体系中添加少量惰性气体，体积增大，压强减小，平衡逆向移动，B项错误；液化NH3后及时将其移出，生成物浓度降低，平衡正向移动，C项正确；原料气中的杂质气体会使催化剂“中毒”，原料气须经过净化处理，防止催化剂“中毒”，D项正确。
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在Fe催化剂上的吸附是决速步骤，N2适度过量有利于提高整体的反应速率
(3)ACD
12．解析：(1)由“三段式”法进行计算：
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
起始浓度/(ml·L－1) 0.050 0.030 0
转化浓度/(ml·L－1) 0.040 0.020 0.040
平衡浓度/(ml·L－1) 0.010 0.010 0.040
①从反应开始到刚好达到平衡，用SO2表示的平均反应速率为eq \f(0.040 ml·L－1,20 min)＝0.002 ml·L－1·min－1。②加入过量O2，另一反应物SO2的转化率增大。③反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的平衡常数表达式K＝eq \f(c2SO3,c2SO2·cO2)。④已知K(300 ℃)>K(350 ℃)，则升高温度，平衡常数减小，平衡向逆反应方向移动，而升高温度，平衡向吸热反应的方向移动，则该反应的正反应是放热反应。若反应温度升高，平衡逆向移动，则SO2的转化率将减小。(2)平衡常数只与温度有关，在温度不变的条件下，无论压强怎样变化，平衡常数都不变。
答案：(1)①0.002 ml·L－1·min－1 ②提高二氧化硫的转化率 ③eq \f(c2SO3,c2SO2·cO2) ④放 减小
(2)＝
13．解析：(1)根据盖斯定律，将题述两个热化学方程式相加可得：3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－48.9 kJ·ml－1。(2)根据热化学方程式可知，生成CH3OH(g)的反应是放热反应，也是气体体积减小的反应，故要想提高CH3OH(g)的产率，需要低温高压，d项合理。(3)观察图中的横坐标，其表示的物理量为eq \f(nH2,nCO2)，假设n(CO2)为定值，则X的转化率随n(H2)的增大而增大，可推知反应物X为CO2。(4)①CH3OH(g)的浓度变化量为0.75 ml·L－1，则有
3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
起始浓度/(ml·L－1) 3 1 0 0
转化浓度/(ml·L－1) 2.25 0.75 0.75 0.75
平衡浓度/(ml·L－1) 0.75 0.25 0.75 0.75
H2的浓度变化量为2.25 ml·L－1，则前10 min内H2的平均反应速率v(H2)＝0.225 ml·L－1·min－1。②K＝eq \f(cCH3OH·cH2O,c3H2·cCO2)＝eq \f(0.75×0.75,0.753×0.25)(ml·L－1)－2＝eq \f(16,3)(ml·L－1)－2。③选择性是指产物的专一性，在一个化学反应中若有多个产物，其中某一个产物是目标产物，若这个物质的产率越高，说明该反应的选择性越好。观察四组数据，相比之下，B、D中甲醇的选择性好，虽然B中CO2的转化率比D中的稍低些，但是B中CH3OH(g)的选择性比D中的好，故B为最优条件。
答案：(1)3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－48.9 kJ·ml－1 (2)d (3)CO2
(4)①0.225 ②eq \f(16,3)(ml·L－1)－2 ③B
温度
压强
400 ℃
450 ℃
500 ℃
600 ℃
20 MPa
0.387
0.274
0.189
0.088
30 MPa
0.478
0.359
0.260
0.129
实验
标号
温度/K
催化剂
CO2的转
化率/%
甲醇的选
择性/%
A
543
Cu/ZnO纳米棒
12.3
42.3
B
543
Cu/ZnO纳米片
11.9
72.7
C
553
Cu/ZnO纳米棒
15.3
39.1
D
553
Cu/ZnO纳米片
12.0
70.6
1．下列有关合成氨工业的说法正确的是( )
A．N2的量越多，H2的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成
B．恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成
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
2．在合成氨反应中使用催化剂和施加高压，下列叙述中正确的是( )
A．都能提高反应速率，都对化学平衡无影响
B．都对化学平衡有影响，但都不影响达到平衡状态所用的时间
C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有施加高压对化学平衡有影响
D．使用催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而施加高压无此效果
3．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( )
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N2和H2 ⑥恒温恒压，再充入等量的N2和H2 ⑦及时分离产生的NH3 ⑧使用催化剂
A．②④⑤⑥⑦ B．②③④⑤⑦⑧
C．②⑤ D．①②③⑤⑧
4．对于合成氨反应，达到平衡后，以下分析正确的是( )
A．升高温度，对正反应的反应速率影响更大
B．增大压强，对正反应的反应速率影响更大
C．减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大
D．加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大
5．合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示，据此分析合成氨工业中最有前途的研究方向是( )
A．提高分离技术
B．研制耐高压的合成塔
C．研制低温催化剂
D．探索不用N2和H2合成氨的新途径
6．如图所示是工业合成氨的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是( )
A．①②③ B．②④⑤
C．①③⑤ D．②③④
7．合成甲醇的反应存在平衡体系CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0，为了提高CH3OH的产量，应该采取的措施是( )
A．高温、高压
B．适宜的温度、高压、催化剂
C．低温、低压
D．高温、高压、催化剂
8．诺贝尔化学奖曾授予致力于研究合成氨与催化剂表面积大小关系的德国科学家格哈德·埃特尔，表彰他在固体表面化学过程研究中作出的贡献。下列说法正确的是( )
A．增大催化剂的表面积，能增大氨气的产率
B．增大催化剂的表面积，能增大合成氨的正反应速率、降低逆反应速率
C．使用催化剂时，反应的活化能降低，反应明显加快
D．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
9．已知合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0，在一定条件下，其反应速率与参加反应的物质的浓度的关系式v＝kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)。既要提高合成氨的产率，又要使反应速率增大，可采取的方法是( )
A．升高温度
B．使用催化剂
C．及时从平衡混合气体中分离出NH3
D．减小压强
10．已知：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1。起始反应物为N2和H2，物质的量之比为13，且总物质的量不变，在不同压强和温度下，反应达到平衡时，体系中NH3的物质的量分数如下表，下列说法正确的是( )
A.体系中NH3的物质的量分数越大，则正反应速率越大
B．反应达到平衡时，N2和H2的转化率之比均为1:1
C．反应达到平衡时，放出的热量均为92.4 kJ
D．600 ℃，30 MPa下反应达到平衡时，生成NH3的物质的量最多
11．2018年是合成氨工业先驱哈伯获得诺贝尔奖100周年。N2和H2生成NH3的反应为eq \f(1,2)N2(g)＋eq \f(3,2)H2(g)NH3(g) ΔH＝－46.2 kJ·ml－1，在Fe催化剂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*NHeq \\al(*,2)；NHeq \\al(*,2)＋H*NHeq \\al(*,3)；
脱附：NHeq \\al(*,3)NH3(g)。
其中N2的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。请回答：
(1)有利于提高平衡混合物中氨含量的条件有________(填标号)。
A．低温 B．高温
C．低压 D．高压
E．催化剂
(2)实际生产中，常用Fe作催化剂，控制温度773 K，压强3.0×105 Pa，原料气中N2和H2物质的量之比为12.8。分析说明原料气中N2适度过量的两个理由________________________________________________________________________；
________________________________________________________________________。
(3)下列关于合成氨工业的理解正确的是________(填标号)。
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，向合成氨平衡体系中添加少量惰性气体，平衡正向移动
C．基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化，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，防止催化剂“中毒”
12．硫酸是重要的化工原料，二氧化硫与氧气反应生成三氧化硫是工业制硫酸的重要反应之一。
(1)将0.050 ml SO2(g)和0.030 ml O2(g)通入容积为1 L的密闭容器中，反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)在一定条件下经20 min达到平衡，测得c(SO3)＝0.040 ml·L－1。
①从反应开始到刚好达到平衡，用SO2表示的平均反应速率为________。
②从平衡角度分析加入过量O2的目的是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
③该反应的平衡常数表达式K＝________。
④已知：K(300 ℃)>K(350 ℃)，该反应的正反应是________(填“吸”或“放”)热反应。若反应温度升高，SO2的转化率将________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)某温度下，SO2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示，平衡常数K(A)________K(B)(填“>”“<”或“＝”)。
13．近年来我国大力加强温室气体CO2催化氢化合成甲醇技术的工业化量产研究，实现可持续发展。回答下列问题：
(1)已知：CO2(g)＋H2(g)H2O(g)＋CO(g) ΔH1＝＋41.1 kJ·ml－1
CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)
ΔH2＝－90.0 kJ·ml－1
写出CO2催化氢化合成甲醇的热化学方程式：________________________________________________________________________。
(2)为提高CH3OH(g)的产率，理论上应采用的条件是________(填序号)。
a．高温高压 b．低温低压
c．高温低压 d．低温高压
(3)250 ℃时，在恒容密闭容器中由CO2(g)催化氢化合成CH3OH(g)，如图为不同投料比[n(H2)/n(CO2)]时某反应物X的平衡转化率的变化曲线。
反应物X是________(填“CO2”或“H2”)。
(4)250 ℃时，在体积为2.0 L的恒容密闭容器中加入6 ml H2、2 ml CO2和催化剂，10 min时反应达到平衡，测得c(CH3OH)＝0.75 ml·L－1。
①前10 min内H2的平均反应速率v(H2)＝________ml·L－1·min－1。
②化学平衡常数K＝________。
③催化剂和反应条件与反应物的转化率和产物的选择性高度相关。控制相同投料比和相同反应时间，四组实验数据：得到如下
根据上表所给数据，用CO2生产甲醇的最优条件为________(填实验编号)。
1．解析：A项，投料比为n(N2)n(H2)＝12.8时，更有利于NH3的合成；B项，恒容条件下，充入稀有气体对平衡无影响；C、D项，ΔH－TΔS <0时反应自发进行，而合成氨反应的ΔH<0、ΔS <0，故在常温条件下该反应能自发进行。
答案：D
2．解析：对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，使用催化剂只能提高反应速率，缩短达到平衡状态所用的时间，不能使化学平衡发生移动。施加高压既能提高反应速率，使反应达到平衡状态所用的时间缩短，也能使化学平衡向生成NH3的方向移动。
答案：C
3．解析：从反应速率的角度分析，①④⑦均使化学反应速率降低，②③⑤⑧均使化学反应速率升高，⑥不影响化学反应速率。从平衡移动的角度分析，②⑤使化学平衡向右移动，使氨的产率增大，⑧不影响化学平衡，③使化学平衡向左移动。
答案：C
4．解析：合成氨反应为放热反应，升高温度，正、逆反应速率均增大，但是升高温度对吸热反应的速率影响更大，所以对该反应来说，对逆反应速率影响更大，A项错误；合成氨反应是气体分子数减小的反应，增大压强，正、逆反应速率均增大，但对正反应速率影响更大，B项正确；减小反应物浓度，使正反应速率瞬时减小，由于生成物的浓度瞬时不变，所以逆反应速率瞬时不变，故对正反应速率影响更大，C项错误；加入催化剂，使正、逆反应速率改变的倍数相同，故正、逆反应速率相同，D项错误。
答案：B
5．解析：由图可知，φ(NH3)随着温度的升高而显著下降，即在低温条件下，NH3的体积分数较高，但目前所用催化剂——铁触媒的活性最大时的温度在500 ℃左右，故最有前途的研究方向是研制低温催化剂。
答案：C
6．解析：①净化的目的是除去杂质气体，防止催化剂“中毒”，与原料转化率无关；②加压可使反应向生成NH3的方向移动，可以提高原料转化率；③催化剂只能改变化学反应速率，不能改变化学平衡，则不能提高原料转化率；④氨的液化分离，可降低平衡混合物中NH3的含量，使平衡向生成NH3的方向移动，可以提高原料转化率；⑤原料气的循环使用可提高原料的利用率。故B项正确。
答案：B
7．解析：合成甲醇的反应是一个反应前后气体体积减小的放热反应，为提高CH3OH的产量，一要使平衡正向移动，二要使反应速率增大，因此应使用催化剂，同时考虑催化剂的活性，反应温度要适宜，高压有利于平衡正向移动，故采取的措施是选择适宜的温度、高压、催化剂。
答案：B
8．解析：催化剂只能改变反应速率，不能改变化学平衡，A项错误；催化剂能同等程度地增大合成氨的正反应速率和逆反应速率，B项错误；使用催化剂可加快反应速率，原因是改变了反应历程，降低了反应活化能，C项正确；压强过高，设备成本高，温度过低，反应速率小，经济效益低，D项错误。
答案：C
9．解析：升高温度可增大反应速率，但合成氨的产率降低，A项错误；催化剂可增大反应速率，但合成氨的产率不变，B项错误；及时从平衡混合气体中分离出氨，平衡正向移动，合成氨的产率提高，根据v＝kc(N2)·c1.5(H2)·c－1(NH3)可知，反应速率也增大，C项正确；减小压强可同时使合成氨的产率降低和反应速率减小，D项错误。
答案：C
10．解析：体系中NH3的物质的量分数越大，不能表示正反应速率越大，如20 MPa、500 ℃时NH3的物质的量分数大于30 MPa、600 ℃时NH3的物质的量分数，但后者的温度和压强较大，反应速率较快，A项错误；起始反应物N2和H2的物质的量之比为13，因此反应达到平衡时，N2和H2的转化率之比为1l，B项正确；由于无法确定参与反应的N2和H2具体的物质的量，故无法求得生成的NH3的物质的量，因此无法计算达到平衡时放出的热量，C项错误；根据表中数据可知，400 ℃、30 MPa下反应达到平衡时，生成NH3的物质的量最多，D项错误。
答案：B
11．解析：(1)根据合成氨反应的特点可知，低温和高压均可以提高平衡混合物中氨含量，A、D项正确。(2)原料气中N2的成本较低，适度过量可提高成本较高的H2的转化率；从反应速率来看，N2在Fe催化剂上的吸附是该反应速率的决定步骤，N2适度过量有利于提高整体的反应速率。(3)合成氨反应为放热反应，ΔH<0，该反应为气体分子数减小的反应，则ΔS<0，A项正确；恒温恒压时，向合成氨平衡体系中添加少量惰性气体，体积增大，压强减小，平衡逆向移动，B项错误；液化NH3后及时将其移出，生成物浓度降低，平衡正向移动，C项正确；原料气中的杂质气体会使催化剂“中毒”，原料气须经过净化处理，防止催化剂“中毒”，D项正确。
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在Fe催化剂上的吸附是决速步骤，N2适度过量有利于提高整体的反应速率
(3)ACD
12．解析：(1)由“三段式”法进行计算：
2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)
起始浓度/(ml·L－1) 0.050 0.030 0
转化浓度/(ml·L－1) 0.040 0.020 0.040
平衡浓度/(ml·L－1) 0.010 0.010 0.040
①从反应开始到刚好达到平衡，用SO2表示的平均反应速率为eq \f(0.040 ml·L－1,20 min)＝0.002 ml·L－1·min－1。②加入过量O2，另一反应物SO2的转化率增大。③反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的平衡常数表达式K＝eq \f(c2SO3,c2SO2·cO2)。④已知K(300 ℃)>K(350 ℃)，则升高温度，平衡常数减小，平衡向逆反应方向移动，而升高温度，平衡向吸热反应的方向移动，则该反应的正反应是放热反应。若反应温度升高，平衡逆向移动，则SO2的转化率将减小。(2)平衡常数只与温度有关，在温度不变的条件下，无论压强怎样变化，平衡常数都不变。
答案：(1)①0.002 ml·L－1·min－1 ②提高二氧化硫的转化率 ③eq \f(c2SO3,c2SO2·cO2) ④放 减小
(2)＝
13．解析：(1)根据盖斯定律，将题述两个热化学方程式相加可得：3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－48.9 kJ·ml－1。(2)根据热化学方程式可知，生成CH3OH(g)的反应是放热反应，也是气体体积减小的反应，故要想提高CH3OH(g)的产率，需要低温高压，d项合理。(3)观察图中的横坐标，其表示的物理量为eq \f(nH2,nCO2)，假设n(CO2)为定值，则X的转化率随n(H2)的增大而增大，可推知反应物X为CO2。(4)①CH3OH(g)的浓度变化量为0.75 ml·L－1，则有
3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)
起始浓度/(ml·L－1) 3 1 0 0
转化浓度/(ml·L－1) 2.25 0.75 0.75 0.75
平衡浓度/(ml·L－1) 0.75 0.25 0.75 0.75
H2的浓度变化量为2.25 ml·L－1，则前10 min内H2的平均反应速率v(H2)＝0.225 ml·L－1·min－1。②K＝eq \f(cCH3OH·cH2O,c3H2·cCO2)＝eq \f(0.75×0.75,0.753×0.25)(ml·L－1)－2＝eq \f(16,3)(ml·L－1)－2。③选择性是指产物的专一性，在一个化学反应中若有多个产物，其中某一个产物是目标产物，若这个物质的产率越高，说明该反应的选择性越好。观察四组数据，相比之下，B、D中甲醇的选择性好，虽然B中CO2的转化率比D中的稍低些，但是B中CH3OH(g)的选择性比D中的好，故B为最优条件。
答案：(1)3H2(g)＋CO2(g)CH3OH(g)＋H2O(g) ΔH＝－48.9 kJ·ml－1 (2)d (3)CO2
(4)①0.225 ②eq \f(16,3)(ml·L－1)－2 ③B
温度
压强
400 ℃
450 ℃
500 ℃
600 ℃
20 MPa
0.387
0.274
0.189
0.088
30 MPa
0.478
0.359
0.260
0.129
实验
标号
温度/K
催化剂
CO2的转
化率/%
甲醇的选
择性/%
A
543
Cu/ZnO纳米棒
12.3
42.3
B
543
Cu/ZnO纳米片
11.9
72.7
C
553
Cu/ZnO纳米棒
15.3
39.1
D
553
Cu/ZnO纳米片
12.0
70.6
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