高中化学第二章化学反应速率与化学平衡第四节化学反应的调控学案

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这是一份高中化学第二章化学反应速率与化学平衡第四节化学反应的调控学案，共16页。

第四节　化学反应的调控
[明确学习目标]　1.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科研中的重要作用。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。

外界条件对合成氨反应的影响
1.升高温度、增大压强、增大反应物浓度及使用催化剂等，都可以使合成氨的反应速率增大。
2.降低温度、增大压强、增大反应物的浓度等有利于提高平衡混合物中氨的含量。
3．催化剂可以增大反应速率，但不改变平衡混合物的组成。
合成氨生产条件的选择和优化
1．压强的选择
根据合成氨反应的热化学方程式，正向反应气体体积减小，从平衡控制的角度来看，合成氨时压强越大越好。但压强越大，对材料强度和设备制造的要求越高。这将大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益。目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30_MPa。
2．温度的选择
根据平衡移动原理，合成氨应该采用低温以提高平衡转化率。但是温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡时间过长，这在工业生产中是很不经济的。因此，需要选择一个合适的温度。目前，实际生产一般采用的温度是400～500_℃。
3．催化剂的选择
即使在高温、高压下，N2和H2的化合反应仍然进行得十分缓慢，通常需要加入催化剂。目前，合成氨工业中普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。铁触媒在500_℃左右时活性最大，这也是合成氨反应一般选择在400～500_℃进行的原因。
4．浓度对合成氨生产的影响
(1)原料气必须净化，防止“催化剂中毒”。
(2)采取迅速冷却的方法及时分离出液态氨，促进平衡向生成NH3的方向移动。
(3)原料气体循环使用。
5．调控化学反应的原则
(1)综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素。
(2)结合设备条件、安全操作、经济成本等实际问题考虑。
(3)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。

1．判断正误，正确的打“√”，错误的打“×”。
(1)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。(　　)
(2)在合成氨反应中使用催化剂和施加高压都能提高反应速率，都对化学平衡无影响。(　　)
(3)工业合成氨一般采用400～500 ℃的温度是因为铁触媒在此温度下活性最大。(　　)
答案　(1)×　(2)×　(3)×　
2．工业上合成氨一般采用700 K左右的温度，其原因是(　　)
①适当提高合成氨的速率　②提高H2的转化率
③提高氨的产率　④催化剂在700 K时活性最大
A．①③ B．①② C．②③④ D．①④
答案　D
3．下列有关合成氨工业的说法中，正确的是(　　)
A．从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占15%，所以合成氨厂的产率都很低
B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中可循环使用，所以总体来说合成氨的产率很高
C．合成氨工业的反应温度控制在700 K左右，目的是使化学平衡向正反应方向移动
D．合成氨厂采用的压强是2×107～5 ×107 Pa，因为该压强下铁触媒的活性最大
答案　B
解析　合成氨反应在适宜的生产条件下达到平衡时，原料的转化率并不高，但将生成的NH3分离出来后，再将未反应的N2、H2循环利用，经过这样的处理后，可使合成氨的产率提高，据此可知A错误，B正确；合成氨工业选择700 K左右的反应温度，是综合了多方面的因素确定的，合成氨反应的正反应是放热反应，低温才有利于平衡向正反应方向移动，故C错误；无论是从反应速率还是从化学平衡方面考虑，高压更有利于合成氨，但压强越大，对设备、动力的要求越高，基于此选择了2×107～5×107 Pa的压强，但铁触媒的活性与温度有关，故D错误。
4．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
答案　C
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。

知识点　工业生产中化学反应条件的选择和优化

1．化学反应条件选择的基本原则
化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产中起着重要作用，在实际生产中应当运用对立统一规律，综合化学反应速率和化学平衡移动规律，既考虑反应进行的快慢，又考虑反应的限度，在这个过程中还要坚持以下三个原则：
(1)既要注意外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性。
(2)既要注意温度、催化剂对化学反应速率影响的一致性，又要注意催化剂的活性对温度的要求。
(3)既要注意理论上的需要，又要考虑实际生产的可能性。
2．选择适宜条件的基本思路
(1)从可逆性、反应前后气态物质系数的变化、焓变、反应的方向四个角度分析反应的特点。
(2)根据反应特点具体分析外界条件对反应速率和限度的影响；从反应速率和限度的角度综合分析，再充分考虑实际情况，选择适宜的外界条件。

(3)工业合成氨条件选择的理论依据
外界条件
有利于使反
应速率增大
的条件的控制
有利于平衡移动的条件的控制
综合分析结果
浓度
增大反应
物的浓度
增大反应物的浓度、减小生成物的浓度
不断补充反应物、及时分离出生成物
催化剂
加合适的催化剂
无影响
加合适的催化剂
温度
高温
ΔH<0
低温
兼顾反应速率和化学平衡，考虑催化剂的适宜温度
压强
高压(有气体参加)
ΔV(g)<0
高压
在设备条件允许的前提下，尽量采取高压

[解析]　(1)该反应正向为气体体积减小的放热反应，为使平衡正向移动，应采取高压、低温条件。
(2)再生即使题述平衡逆向移动，故应在低压、高温条件下进行。
[答案]　(1)高压、低温　(2)低压、高温(加热)
[练1]　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
解析　欲使LaNi5H6(s)释放出气态氢，则平衡逆向移动，该反应为气体体积减小的放热反应，可以升高温度或减小压强。
[练2]　在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196.6 kJ/mol。下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率。
温度/℃
平衡时SO2的转化率/%
0.1 MPa
0.5 MPa
1 MPa
5 MPa
10 MPa
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，应选择的条件是________。
(2)在实际生产中，选定的温度为400～500 ℃，原因是
________________________________________________________________。
(3)在实际生产中，采用的压强为常压，原因是__________________________。
(4)在实际生产中，通入过量的空气，原因是______________________。
(5)尾气中的SO2必须回收，原因是________________________________。
答案　(1)低温、高压　
(2)温度过低，反应速率较慢；温度过高，平衡逆向移动，SO3产率明显减小　
(3)常压下，SO2转化率已经很高，再增大压强，SO2转化率提高幅度不大，会增加生产成本　
(4)提高SO2的平衡转化率　
(5)SO2有毒，会污染环境
解析　(1)根据勒夏特列原理，降温、加压可使平衡正向移动。
(2)该题目没有与催化剂相关的信息，只需分别回答温度低于400 ℃和高于500 ℃引发的后果即可。
(3)考虑SO2转化率已经很高，主要是成本控制。
(4)过量空气可使Q (5)SO2为污染性气体。
本课归纳总结

1．合成NH3所需的H2可由煤与H2O反应制得，其中有一步反应为：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＞0，欲提高CO转化率可采用的方法可能有①降低温度；②增大压强；③使用催化剂；④增大CO的浓度；⑤增大水蒸气的浓度，其中正确的是(　　)
A．①②③ B．②④
C．③⑤ D．⑤
答案　D
解析　①由CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH＞0可知，正反应为吸热反应，所以升高温度有利于提高CO转化率；②由CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)是两边化学计量数相等的反应，所以改变压强对平衡移动无影响；③使用催化剂只改变化学反应速率，不能影响化学平衡移动；④增大CO的浓度只能降低CO转化率；⑤增大水蒸气的浓度能使化学平衡正向移动，增大CO转化率。故选D。
2．有平衡体系CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)　ΔH＜0，为增加甲醇的产量，应采取的正确措施是(　　)
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
答案　B
解析　分析反应特点，正反应为放热、气体物质分子数减小的反应。再分析题目要求，为了增加甲醇的产量，即生成甲醇的反应速率要大，且甲醇的平衡浓度也尽可能大，最后，根据理论和实际相结合做出判断：

反应速率分析
化学平衡分析
综合选择
温度
高温
低温
适宜温度
压强
高压
高压
高压
催化剂
使用催化剂
无影响
使用催化剂
故选B。
3．在一定条件下，向某密闭容器中充入30 mL CO和20 mL水蒸气，使其发生反应：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，到达平衡时，水蒸气的体积分数与H2的体积分数相等，则下列叙述中错误的是(　　)
A．平衡时CO的体积分数为40%
B．平衡时CO的转化率为25%
C．平衡时H2O(g)的转化率为50%
D．平衡时混合气体的平均相对分子质量为24
答案　B
解析　CO和水蒸气的物质的量之比等于体积比，设CO的物质的量为30 mol，则水蒸气的物质的量为20 mol。
　　　　 CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)
起始量(mol) 30 20 0 0
转化量(mol) x x x x
平衡量(mol) 30－x 20－x x x
达到平衡时，水蒸气的体积分数与H2的相等，
则20－x＝x，解得x＝10。
所以平衡后CO的体积分数为×100%＝40%。
平衡后CO的转化率为×100%≈33.3%。
平衡后水蒸气的转化率为×100%＝50%。
平衡后混合气体的平均相对分子质量为＝24，故选B。

4．已知反应A2(g)＋2B(s)A2B2(g)　ΔH<0，下列说法正确的是(　　)
A．升高温度，化学平衡向正反应方向移动
B．增大压强，正反应与逆反应速率均增大
C．增大压强，化学平衡向正反应方向移动
D．增大B的物质的量，化学平衡向正反应方向移动
答案　B
解析　该反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，故A错误；增大压强，正、逆反应速率均增大，故B正确；B为固体，反应前后气体体积不变，增大压强，平衡不移动，故C错误；B为固体，增加B的物质的量，不影响化学平衡状态，平衡不移动，故D错误。

5．已知N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，反应速率为v1；2HI(g)H2(g)＋I2(g)　ΔH>0，反应速率为v2。对于上述两个可逆反应，当升高温度时，v1和v2的变化情况为(　　)
A．同时增大 B．同时减小
C．v1增大，v2减小 D．v1减小，v2增大
答案　A
解析　无论化学反应是放热还是吸热，只要升高温度，化学反应速率就一定增大，故选A。
6．已知海水电解制得的氢气用于合成氨，某合成氨厂生产流程如图所示。

(1)在第(1)个设备中先把N2、H2压缩的目的是______________________。
(2)在第(3)个设备中用冷却的方法分离出________，其目的是____________________________。
答案　(1)增大压强，使平衡向生成NH3的方向移动
(2)液氨　使平衡右移，提高N2、H2的平衡转化率
解析　(1)正反应体积减小，第(1)个设备中先把N2和H2压缩，可使压强增大，有利于使平衡向生成氨气的方向移动。
(2)在第(3)个设备中用冷却的方法分离出液氨，生成物浓度降低，可使平衡向正向移动，提高N2、H2的平衡转化率。

课时作业

一、选择题(本题共8小题，每小题只有1个选项符合题意)
1．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．使用催化剂可大大提高生产效率
B．反应需在300 ℃进行可推测该反应是吸热反应
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
解析　使用催化剂可加快反应速率，能大大提高生产效率，A正确；反应加热与反应放热还是吸热没有直接的关系，如煤的燃烧放热，但需要加热，B错误；充入大量CO2气体平衡会正向移动，所以可提高H2的转化率，C正确；从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O会使平衡正向移动，所以可提高CO2和H2的利用率，D正确。
2．O3是一种很好的消毒剂，具有高效、洁净、方便、经济等优点。O3可溶于水，在水中易分解，产生的游离氧原子[O]，有很强的杀菌消毒能力。常温常压下发生反应如下：反应①O3O2＋[O]　ΔH＞0，平衡常数为K1；反应②[O]＋O32O2　ΔH＜0，平衡常数为K2；总反应：2O33O2　ΔH＜0，平衡常数为K。下列叙述正确的是(　　)
A．升高温度，K增大
B．K＝K1＋K2
C．适当升温，可提高消毒效率
D．压强增大，K2减小
答案　C
解析　由总反应：2O33O2　ΔH<0可知，正反应为放热反应，则升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，故A错误；由盖斯定律可知反应①＋②可得总反应，则K＝K1·K2，故B错误；适当升温，反应速率增大，则可提高消毒效率，故C正确；平衡常数只受温度的影响，温度不变，平衡常数不变，故D错误。
3．在硫酸工业生产中，为了有利于SO2的转化，且能充分利用热能，采用了中间有热交换器的接触室(如图)。下列说法错误的是(　　)

A．a、b两处的混合气体成分含量相同，温度不同
B．c、d两处的混合气体成分含量相同，温度不同
C．热交换器的作用是预热待反应的气体，冷却反应后的气体
D．c处气体经热交换后再次催化氧化的目的是提高SO2的转化率
答案　B
解析　根据装置图可知，从a进入的气体是含有SO2、O2的冷气，经过热交换器后从b处出来的是热的气体，成分与a处相同，A正确；在c处出来的SO2、O2在催化剂表面发生反应产生的含有SO3及未反应的SO2、O2等气体，该反应是放热反应，当经过热交换器后被冷的气体降温，SO3被部分分离出来，而且混合气体再次被催化氧化，故二者含有的气体的成分含量不相同，B错误；热交换器的作用是预热待反应的冷的气体，同时冷却反应产生的气体，为SO3的吸收创造条件，C正确；c处气体经过热交换器后再次被催化氧化，目的就是使未反应的SO2进一步反应产生SO3，从而可以提高SO2的转化率，D正确。
4．下列有关工业生产的叙述正确的是(　　)
A．合成氨生产过程中将NH3液化分离，可加快正反应速率，提高N2、H2的转化率
B．硫酸厂靠近原料产地比靠近硫酸消费中心更为有利
C．由于2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，所以硫酸生产中常采用高压条件提高SO2的转化率
D．充分利用硫酸厂生产过程中产生的“废热”，可使硫酸厂向外界输出大量的能量
答案　D
解析　合成氨时将氨液化使反应正向移动，但浓度减小，正、逆反应速率减小，故A错误；厂址的选择要综合考虑，因为工厂会造成污染，硫酸又有强腐蚀性，运输成本较高，故B错误；对于二氧化硫与氧气生成三氧化硫的反应，在常压下二氧化硫的转化率已相当高，没必要提高成本采取高压，故C错误；要充分合理地利用能源，故D正确。
5．下列说法正确的是(　　)
A．增大反应物浓度，可增大活化分子百分数，从而使有效碰撞次数增多
B．有气体参加的化学反应，若增大压强(即缩小反应容器的体积)，可增大活化分子的百分数，从而使反应速率增大
C．升高温度能使反应速率增大，主要原因是增加了反应物分子浓度
D．使用正催化剂能增大活化分子百分数，从而显著地增大化学反应速率
答案　D
解析　增大反应物浓度，增大单位体积内活化分子个数，但活化分子百分数不变，故A错误；有气体参加的化学反应，若增大压强(即缩小反应容器的体积)，可增大单位体积内活化分子的个数，但活化分子百分数不变，故B错误；升高温度，使部分非活化分子转化为活化分子，所以增大活化分子百分数，反应速率增大，故C错误；加入正催化剂，降低反应的活化能，所以能增大活化分子百分数，反应速率加快，故D正确。
6．可逆反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，500 ℃时在容积为10 L的密闭容器中进行，开始时加入1 mol N2和6 mol H2，则达到平衡时，NH3的浓度不可能达到(　　)
A．0.1 mol·L－1 B．0.2 mol·L－1
C．0.05 mol·L－1 D．0.15 mol·L－1
答案　B
解析　N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，依据极值法计算分析，若氮气和氢气全部反应，则1 mol N2和6 mol H2反应，根据化学方程式计算可知，氢气过量，氮气全部反应生成氨气，物质的量为2 mol，c(NH3)＝＝0.2 mol·L－1，因为反应是可逆反应，不可能进行彻底，所以反应过程中生成的氨气浓度小于0.2 mol·L－1，A、C、D有可能达到，而B不能达到，故选B。
7．在N2＋3H22NH3的反应中，经一段时间后，NH3的物质的量浓度增加了0.6 mol·L－1，在此时间内用H2物质的量浓度表示的平均速率为0.45 mol·L－1·s－1，则反应所经过的时间为(　　)
A．0.2 s B．1.0 s C．1.5 s D．2.0 s
答案　D
解析　用H2物质的量浓度表示的平均速率为0.45 mol·L－1·s－1，由反应速率之比等于化学计量数之比可知，NH3的反应速率为0.45 mol·L－1·s－1×＝0.3 mol·L－1·s－1，则0.3 mol·L－1·s－1＝，解得Δt＝2 s，故选D。
8．合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，在反应过程中，正反应速率的变化如图。下列说法正确的是(　　)

A．t1时升高了温度 B．t2时使用了催化剂
C．t3时增大了压强 D．t4时降低了温度
答案　B
解析　t1时正反应速率增大，随后逐渐减小，说明正反应速率大于逆反应速率，平衡正向移动，则应为增大压强，故A错误；t2时，平衡不移动，说明正、逆反应速率同等程度增大，则应为使用了催化剂，故B正确；t3时正反应速率减小，随后逐渐增大，说明逆反应速率大于正反应速率，平衡逆向移动，则应为减小压强，故C错误；t4时反应速率瞬间不变，然后减小，则应为减小生成物浓度，故D错误。
二、选择题(本题共4小题，每小题有1个或2个选项符合题意)
9．热催化合成氨面临的两难问题是：采用高温增大反应速率的同时会因平衡限制导致NH3产率降低。我国科研人员研制了TiHFe双温区催化剂(TiH区域和Fe区域的温度差可超过100 ℃)。TiHFe双温区催化合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。下列说法正确的是(　　)

A．①为N≡N的断裂过程
B．①②③在高温区发生，④⑤在低温区发生
C．④为N原子由Fe区域向TiH区域的传递过程
D．使用TiHFe双温区催化剂使合成氨反应转变为吸热反应
答案　BC
解析　经历①过程之后氮气分子被催化剂吸附，并没有变成氮原子，故A错误；①为催化剂吸附N2的过程，②为形成过渡态的过程，③为N2解离为N的过程，以上都需要在高温时进行。④⑤在低温区进行是为了增加平衡产率，故B正确；由题中图示可知，过程④完成了TiHFe*N到TiH*NFe两种过渡态的转化，N原子由Fe区域向TiH区域传递，故C正确；化学反应不会因加入催化剂而改变吸放热情况，故D错误。
10．关于合成氨工业：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)＋Q kJ(Q>0)，下列说法正确的是(　　)
A．1 mol N2和3 mol H2的总键能大于2 mol NH3的总键能
B．使用铁触媒作为催化剂对Q值的大小无影响
C．用水吸收NH3后，剩余N2和H2循环利用提高原料利用率
D．反应采用高温条件，可以用勒夏特列原理解释
答案　BC
解析　N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)＋Q kJ(Q>0)为放热反应，形成化学键放出能量高于破坏化学键吸收能量，即1 mol N2(g)和3 mol H2(g)的总键能小于2 mol NH3(g)的总键能，故A错误；使用铁触媒作为催化剂，能够加快反应速率，但不影响反应热，对Q值的大小无影响，故B正确；用水吸收NH3后，氨气的浓度减小，平衡正向移动，剩余N2和H2循环利用，可以提高原料利用率，故C正确；该反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，不利于氨气的合成，不能用勒夏特列原理解释，故D错误。
11．下列说法不正确的是(　　)
A．平衡移动，平衡常数不一定改变；平衡常数改变，平衡一定移动
B．对于任何化学反应来说，反应速率越快，反应进行的程度越大
C．工业合成氨中，升温有利于提高反应速率和原料平衡转化率
D．实验室用铁片和稀硫酸制备H2时，滴入几滴CuSO4溶液，能加快反应速率
答案　BC
解析　平衡常数只与温度有关，温度不变，其他因素引起平衡移动，平衡常数不改变；平衡常数改变，即体系温度发生变化，温度是影响化学平衡移动的外界因素之一，平衡一定移动，故A正确；对于任何化学反应来说，化学反应速率体现化学反应进行的快慢，不能体现反应进行的程度，故B错误；升高温度，能使反应速率加快，但该反应正反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，不利于提高平衡转化率，故C错误；实验室用铁片和稀硫酸制备H2时，滴入几滴CuSO4溶液，铁与硫酸铜反应生成铜单质，铜、铁和稀硫酸构成原电池，铜做正极，电极上产生氢气，在进行化学反应产生氢气的同时还存在电化学反应可生成氢气，可加快氢气的生成速率，能加快反应速率，故D正确。
12．煤气化的一种方法是在气化炉中给煤炭加氢，发生的主要反应为：C(s)＋2H2(g)CH4(g)。在V L的容器中投入a mol碳(足量)，同时通入2a mol H2，控制条件使其发生上述反应，实验测得碳的平衡转化率随压力及温度的变化关系如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．上述正反应为放热反应
B．在4 MPa,1200 K时，图中X点v正(H2)＞v逆(H2)
C．在5 MPa,800 K时，该反应的平衡常数为
D．工业上维持6 MPa,1000 K而不采用10 MPa,1000 K，主要是因为前者碳的转化率高
答案　B
解析　观察题图，温度越高，碳的平衡转化率越大，平衡正向移动，正反应为吸热反应，A错误；X点处于未平衡时，反应正向进行，正反应速率大于逆反应速率，B正确；在5 MPa,800 K时，碳转化率为50%。
　　　　 C(s)＋2H2(g)CH4(g)
起始量(mol) a 2a
转化量(mol) 0.5a a 0.5a
平衡量(mol) 0.5a a 0.5a
K＝＝，C错误；选择该条件的原因是两者转化率相差不大，但压强增大对设备要求高，能量需求大，D错误。
三、非选择题(本题共2小题)
13．已知合成氨反应在某温度下2 L的密闭容器中进行，测得如下数据：
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.60 kJ·mol－1
时间( min)
物质的量(mol)
0
10
20
30
40
N2
1.50
n1
1.20
n3
1.00
H2
4.50
4.20
3.60
n4
3.00
NH3
0
0.20
n2
1.00
1.00
根据表中数据回答：
(1)反应进行到20 min时放出的热量为________kJ。
(2)0～10 min内的平均反应速率v(N2)为________mol·L－1·min－1。
(3)此温度下该逆反应的化学平衡常数K(逆)＝__________。
(4)反应达到平衡后，若往平衡体系中再加入N2、H2和NH3各1.00 mol，化学平衡将______________(填“正向移动”“逆向移动”或“不移动”)。
答案　(1)27.78　(2)0.005　(3)6.75　(4)正向移动
解析　(1)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.60 kJ·mol－1，生成2 mol氨气放热92.60 kJ，反应进行到20 min时，氮气的物质的量变化了1.5 mol－1.2 mol＝0.3 mol，则生成氨气0.6 mol，放出的热量为 kJ·mol－1×0.6 mol＝27.78 kJ。
(2)0～10 min内，反应的氢气的物质的量＝4.5 mol－4.2 mol＝0.3 mol，反应的氮气的物质的量为0.1 mol，N2的平均反应速度率为v(N2)＝＝0.005 mol·L－1·min－1。
(3)根据表中数据可知，反应在第30～40 min时间段内氨气的物质的量不变，说明达到了平衡状态，此时生成了1.00 mol氨气，列出化学平衡的三段式为
　　　　 N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
起始量(mol) 1.5 4.5 0
变化量(mol) 0.5 1.5 1
平衡时(mol) 1 3 1
平衡时浓度(mol·L－1) 0.5 1.5 0.5
此温度下该反应的化学平衡常数K＝＝＝，因此该温度下反应2NH3N2＋3H2的化学平衡常数K(逆)＝＝6.75。
(4)反应达到平衡后，若往平衡体系中再加入N2、H2和NH3各1.00 mol，此时Q＝＝＝＜K＝，反应向正反应方向移动。
14．在一个容积固定不变的密闭容器中进行反应：2X(g)＋Y(g)2Z(g)，已知将2 mol X和1 mol Y充入该容器中，反应在绝热条件下达到平衡时，Z的物质的量为p mol。回答下列问题：

(1)若把2 mol X和1 mol Y充入该容器时，处于状态Ⅰ，达到平衡时处于状态Ⅱ(如图)，则该反应的ΔH________0(填“<”“>”或“＝”，下同)；熵变ΔS________0，该反应在________(填“高温”或“低温”)条件下能自发进行。
(2)该反应的vt图像如下图中左图所示。若其他条件不变，仅在反应前加入合适的催化剂，则其vt图像如下图中右图所示。以下说法正确的是________。

①a1>a2　②b1t2　④右图中阴影部分面积更大　⑤两图中阴影部分面积相等
(3)若该反应在容积可变的密闭容器中发生，在温度为T1、T2时，平衡体系中X的体积分数随压强变化曲线如图所示。下列说法正确的是________。

A．A、C两点的反应速率：A＞C
B．A、C两点的气体密度：A＜C
C．B、C两点的气体的平均相对分子质量：B＜C
D．由状态B到状态A，可以用加热的方法
E．A、C两点X的浓度：A＞C
答案　(1)<　<　低温　(2)②③⑤　(3)BD
解析　(1)正反应为气体物质的量减小的反应，容器的容积不变，由图可知，状态Ⅱ的压强大于状态Ⅰ压强的2倍，反应在绝热条件下进行，说明正反应为放热反应，则ΔH＜0；正反应气体的物质的量减少，所以混乱度减小，则ΔS＜0，ΔH－TΔS＜0反应自发进行，该反应在低温条件下能自发进行。
(2)加入催化剂，反应速率加快，所以b1＜b2，到达平衡的时间缩短，所以t1＞t2，平衡不移动，阴影部分为反应物浓度变化量，则两图中阴影部分面积相等。
(3)A、C两点都在等温线上，压强A点小于C点，压强越大速率越快，所以反应速率A＜C，故A错误；A、C两点都在等温线上，压强越大，容器的容积越小，而混合气体总质量不变，所以气体密度：A＜C，故B正确；B、C两点X的体积分数相同，则相同组分的体积分数相同，所以气体的平均相对分子质量相同，故C错误；由状态B到状态A，压强相同，温度不同，正反应为放热反应，升高温度，化学平衡向吸热反应移动，X的体积分数增大，所以可以通过升温使状态B到状态A，故D正确；压强增大，体积减小，依据平衡移动原理，平衡虽然正向移动，但A、C两点X的浓度C＞A，故E错误，故答案为B、D。