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高中第四节 化学反应的调控一课一练
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这是一份高中第四节 化学反应的调控一课一练，共30页。试卷主要包含了影响因素，1a ml·L－1·min－1等内容，欢迎下载使用。
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第四节 化学反应的调控
1.知道如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件。
2.初步掌握应用化学原理选择化工生产条件的思想和方法，培养科学态度与社会责任等方面的学科核心素养。
知识点一、合成氨反应条件的原理分析
1.反应原理:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.2 kJ·ml-1。
2.反应特点:
3.影响因素:
(1)增大合成氨反应速率的措施: 温度、 压强、 反应物浓度、 等。
(2)提高平衡混合气体中氨的含量措施: 温度、 压强、 反应物浓度等。
知识点二、实际合成氨工业中选择的生产条件
1.压强:合成氨厂一般采用的压强为 。
2.温度:一般采用的温度为 。
3.催化剂:合成氨工业普遍使用的是以 为主体的多成分催化剂，又称 。
探究任务 工业上选择适宜生产条件的原则
【典例1】 （2023·山东泰安一中月考）有关合成氨工业的说法中，正确的是( )
A.增大H2的浓度，可提高H2的转化率
B.由于氨易液化，N2、H2在实际生产中会循环使用，所以总体来说氨的产率很高
C.合成氨工业的反应温度控制在400~500 ℃，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10 MPa~30 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大
【变式训练1】硫酸是一种重要的化工产品，目前主要采用“接触法”进行生产。有关接触氧化反应2SO2+O2 2SO3的说法中正确的是( )
A.只要选择适宜的条件，SO2和O2就能全部转化为SO3
B.该反应达到平衡后，反应就完全停止了，即正、逆反应速率均为零
C.在达到平衡的体系中，充入由18O原子组成的O2后，SO2中18O含量减少，SO3中18O含量增多
D.在工业合成SO3时，要同时考虑反应速率和反应能达到的限度两方面的问题
【变式训练2】有平衡体系:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。为了增加甲醇(CH3OH)的产量，应采取的正确措施是( )
A.高温，高压
B.适宜温度，高压，催化剂
C.低温，低压
D.高温，高压，催化剂
1．工业上合成氨一般采用400~500℃的温度，其原因是( )
①适当提高氨的合成速率 ②提高H2的转化率 ③提高氨的产率 ④催化剂在500℃左右活性最大
A．只有① B．①②
C．②③④D．①④
2．利用原料气在合成塔中合成NH3，为提高N2的转化率所采取的措施是( )
A．高温B．高压
C．使用催化剂D．增大N2的浓度
3．NH3是一种重要的工业原料。下列关于合成氨的说法中，不正确的是 ( )
A．工艺涉及催化技术
B．工艺涉及高温高压技术
C．原料之一的氮气来自空气
D．从合成塔出来的气体中，氨的体积分数为100%
4．在一定条件下，可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(正反应是放热反应)达到平衡，当单独改变下列条件后，有关叙述错误的是( )
A．加催化剂，v(正)、v(逆)都发生变化且变化的倍数相等
B．加压，v(正)、v(逆)都增大，且v(正)增大的倍数大于v(逆)增大的倍数
C．降温，v(正)、v(逆)都减小，且v(正)减小的倍数小于v(逆)减小的倍数
D．等容条件下加入氩气，v(正)、v(逆)都增大，且v(正)增大的倍数大于v(逆)增大的倍数
5．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．②④⑤⑥⑦B．②③④⑤⑦⑧
C．②⑤D．①②③⑤⑧
6.合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义,对我国实现农业现代化也起着重要作用。根据已学知识回答下列问题[已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·ml-1]:
(1)合成氨工业采取的下列措施不可用平衡移动原理解释的是 (填序号)。
A.采用较高压强(20~50 MPa)
B.采用500 ℃的高温
C.用铁触媒作催化剂
D.将生成的氨液化并及时从体系中分离出来
(2)合成氨工业中采用了较高压强(20~50 MPa),而没有采用100 MPa或者更大压强,试解释没有这么做的理由 。
(3)在容积均为2 L(容器体积不可变)的甲、乙两个容器中,分别加入2 ml N2、6 ml H2和1 ml N2、3 ml H2,在相同温度、催化剂下使其反应。最终达到平衡后,两容器N2转化率分别为α甲、α乙,则甲容器中平衡常数为 (用含α甲的代数式表示),此时α甲 α乙(填“>”“<”或“=”)。
1. 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
2．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
3．（2023·广东华南师范大学附属中学检测）一定条件下，通过下列反应可实现燃煤烟气中的硫的回收：SO2(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋S(l) ΔH＜0。一定温度下，在容积为2 L的恒容密闭容器中1 ml SO2和n ml CO发生反应，5 min后达到平衡，生成2a ml CO2。下列说法正确的是( )
A．反应前2 min的平均速率v(SO2)＝0.1a ml·L－1·min－1
B．当混合气体的物质的量不再改变时，反应达到平衡状态
C．平衡后保持其他条件不变，从容器中分离出部分硫，平衡向正反应方向移动
D．平衡后保持其他条件不变，升高温度和加入催化剂，SO2的转化率均增大
4．在反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0的平衡体系中，当恒温恒压条件下t1时刻分离出NH3时，下列说法正确的是( )
A．t1时刻后的速率变化如图所示
B．t1时刻后达到新平衡前Q＞K
C．新平衡体系中NH3的含量增大
D．N2的平衡转化率增大
5．（2023·河北保定三中高二检测）对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，在一密闭容器中加入一定量的N2和H2，达到平衡时混合气体的压强为p1，迅速缩小容器体积使混合气体的压强变为p2，一段时间后达到新的平衡，此时混合气体的压强为p3，则p1、p2、p3的大小关系是( )
A．p2＞p1＞p3B．p2＞p3＞p1
C．p2＞p1＞p3D．p2＞p1＝p3
6．合成氨反应通常控制在20～50 MPa的压强和500 ℃左右的温度，且进入合成塔的氮气和氢气的体积比为1∶3，经科学测定，在相应条件下氮气和氢气反应所得氨的平衡浓度(体积分数)如表所示：
而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%，这表明( )
A．表中所测数据有明显误差
B．生产条件控制不当
C．氨的分解速率大于预测值
D．合成塔中的反应并未达到平衡
7．某温度下，发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1，N2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A．将1 ml N2和3 ml H2置于1 L密闭容器中发生反应，放出的热量为92.4 kJ
B．平衡状态由A到B时，平衡常数K(A)C．上述反应在达到平衡后，增大压强，H2的转化率增大
D．升高温度，平衡常数K增大
8．一密封体系中发生反应：N2＋3H22NH3(正反应为放热反应)下图为某一时间段反应速率与反应进程的曲线关系图：
回答下列问题：
(1)处于平衡状态的时间段是________。
(2)t1、t3、t4时刻，体系中分别是什么条件发生了变化？________、________、________。
(3)下列时间段中，氨的百分含量最高的是________。
A．0～t1B．t2～t3
C．t3～t4D．t5～t6
9．在某恒容密闭容器内，N2、H2的起始物质的量分别为10 ml、30 ml，达到平衡时N2的转化率为25%。若从NH3开始反应，在相同条件下欲使平衡时各组分的百分含量相同，则应加入的NH3的物质的量及NH3的转化率为( )
A．15 ml，25% B．20 ml，50%
C．20 ml，75%D．40 ml，80%
10．对于合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0，下列研究结果和图示相符的是( )
11．一定条件下，将10.0 ml H2和1.0 ml N2充入恒容密闭容器中，发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，并达到平衡状态，则H2的转化率可能是( )
A．15%B．30%
C．35%D．75%
12．（2023·山东淄博实验中学检测）（双选）相同温度下，有体积相同的甲、乙两个恒容容器，甲容器中充入1 g N2和1 g H2，乙容器中充入2 g N2和2 g H2，分别进行合成氨反应。下列叙述中错误的是( )
A．化学反应速率：乙＞甲
B．平衡后N2的浓度：乙＞甲
C．H2的平衡转化率：甲＞乙
D．平衡混合气体中H2的体积分数：乙＞甲
13.合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中的CO，其反应是[Cu(NH3)2]Ac＋CO＋NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO ΔH＜0
(1)必须除去原料气中CO的原因是____________________。
(2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)吸收CO的生产适宜条件应是
_____________________________________________________。
(3)吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸铜氨溶液再生的生产适宜条件应是________。
14.合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨生产示意图如图所示。
(1)X的化学式为________。
(2)图中条件选定的主要原因是________(填字母编号)。
A．温度、压强对化学平衡的影响
B．铁触媒在该温度时活性大
C．工业生产受动力、材料、设备等条件的限制
(3)改变反应条件，会使平衡发生移动。如图表示随条件改变，氨气的百分含量的变化趋势。当横坐标为压强时，变化趋势正确的是________，当横坐标为温度时，变化趋势正确的是______(填字母编号)。
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第四节 化学反应的调控
1.知道如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件。
2.初步掌握应用化学原理选择化工生产条件的思想和方法，培养科学态度与社会责任等方面的学科核心素养。
知识点一、合成氨反应条件的原理分析
1.反应原理:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.2 kJ·ml-1。
2.反应特点:
3.影响因素:
(1)增大合成氨反应速率的措施: 温度、 压强、 反应物浓度、 等。
(2)提高平衡混合气体中氨的含量措施: 温度、 压强、 反应物浓度等。
知识点二、实际合成氨工业中选择的生产条件
1.压强:合成氨厂一般采用的压强为 。
2.温度:一般采用的温度为 。
3.催化剂:合成氨工业普遍使用的是以 为主体的多成分催化剂，又称 。
【新知导学】答案
知识点一、2.可逆 减小 ＜ 3.(1)升高 增大 增大 使用催化剂 (2)降低 增大 增大
知识点二、1. 10 MPa~30 Mpa 2. 400~500 ℃ 3.铁 铁触媒
探究任务 工业上选择适宜生产条件的原则
【典例1】 （2023·山东泰安一中月考）有关合成氨工业的说法中，正确的是( )
A.增大H2的浓度，可提高H2的转化率
B.由于氨易液化，N2、H2在实际生产中会循环使用，所以总体来说氨的产率很高
C.合成氨工业的反应温度控制在400~500 ℃，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10 MPa~30 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大
【答案】B
【解析】A项，增大H2的浓度，H2的转化率减小；C项，温度控制在400~500 ℃主要是为了兼顾速率与平衡，且500 ℃时催化剂活性最大；D项，压强采用10 MPa~30 MPa主要是考虑对设备材料的要求。
【变式训练1】硫酸是一种重要的化工产品，目前主要采用“接触法”进行生产。有关接触氧化反应2SO2+O2 2SO3的说法中正确的是( )
A.只要选择适宜的条件，SO2和O2就能全部转化为SO3
B.该反应达到平衡后，反应就完全停止了，即正、逆反应速率均为零
C.在达到平衡的体系中，充入由18O原子组成的O2后，SO2中18O含量减少，SO3中18O含量增多
D.在工业合成SO3时，要同时考虑反应速率和反应能达到的限度两方面的问题
【答案】D
【解析】该反应为可逆反应，SO2和O2不能全部转化为SO3，A错；达到平衡后反应不停止，正、逆反应速率相等，B错；达到平衡后充入由18O原子组成的O2，平衡正向移动，SO3中18O含量增多，因为反应可逆，SO2中18O含量也增多，C错。
【变式训练2】有平衡体系:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。为了增加甲醇(CH3OH)的产量，应采取的正确措施是( )
A.高温，高压
B.适宜温度，高压，催化剂
C.低温，低压
D.高温，高压，催化剂
【答案】B
【解析】该反应是一个气体体积减小的放热反应，为增加甲醇的产量，需使平衡正向移动，理论上可采用低温、高压的方式，但在实际生产中还需考虑反应速率、设备承受的压力及催化剂的活性等因素的影响。
1．工业上合成氨一般采用400~500℃的温度，其原因是( )
①适当提高氨的合成速率 ②提高H2的转化率 ③提高氨的产率 ④催化剂在500℃左右活性最大
A．只有① B．①②
C．②③④D．①④
【答案】D
【解析】合成氨反应采用500℃左右的温度的原因是考虑反应速率和催化剂的活性。
2．利用原料气在合成塔中合成NH3，为提高N2的转化率所采取的措施是( )
A．高温B．高压
C．使用催化剂D．增大N2的浓度
【答案】B
【解析】合成氨反应是气体系数减小的放热反应，据勒·夏特列原理可知高压利于提高N2的转化率。
3．NH3是一种重要的工业原料。下列关于合成氨的说法中，不正确的是 ( )
A．工艺涉及催化技术
B．工艺涉及高温高压技术
C．原料之一的氮气来自空气
D．从合成塔出来的气体中，氨的体积分数为100%
【答案】D
【解析】合成氨反应为可逆反应，N2和H2的转化率小于100%，则从合成塔出来的气体中，氨气的体积分数小于100%。
4．在一定条件下，可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(正反应是放热反应)达到平衡，当单独改变下列条件后，有关叙述错误的是( )
A．加催化剂，v(正)、v(逆)都发生变化且变化的倍数相等
B．加压，v(正)、v(逆)都增大，且v(正)增大的倍数大于v(逆)增大的倍数
C．降温，v(正)、v(逆)都减小，且v(正)减小的倍数小于v(逆)减小的倍数
D．等容条件下加入氩气，v(正)、v(逆)都增大，且v(正)增大的倍数大于v(逆)增大的倍数
【答案】D
【解析】等容条件下加入氩气，反应物和生成物浓度均不变，则v(正)、v(逆)均不发生变化，且v(正)＝v(逆)。
5．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．②④⑤⑥⑦B．②③④⑤⑦⑧
C．②⑤D．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。
6.合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义,对我国实现农业现代化也起着重要作用。根据已学知识回答下列问题[已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·ml-1]:
(1)合成氨工业采取的下列措施不可用平衡移动原理解释的是 (填序号)。
A.采用较高压强(20~50 MPa)
B.采用500 ℃的高温
C.用铁触媒作催化剂
D.将生成的氨液化并及时从体系中分离出来
(2)合成氨工业中采用了较高压强(20~50 MPa),而没有采用100 MPa或者更大压强,试解释没有这么做的理由 。
(3)在容积均为2 L(容器体积不可变)的甲、乙两个容器中,分别加入2 ml N2、6 ml H2和1 ml N2、3 ml H2,在相同温度、催化剂下使其反应。最终达到平衡后,两容器N2转化率分别为α甲、α乙,则甲容器中平衡常数为 (用含α甲的代数式表示),此时α甲 α乙(填“>”“<”或“=”)。
【答案】 (1)BC
(2)采用更大压强会要求使用能耐更大压强的设备,从而增加生产成本(其他合理答案也可)
(3) QUOTE >
【解析】 (1)反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)是气体体积减小的反应,增大压强,平衡正向移动;500 ℃高温较室温不利于平衡向合成氨方向移动;采用500 ℃不仅考虑到温度对反应速率的影响,更主要的是500 ℃左右催化剂活性最大。催化剂只改变反应速率,不改变平衡移动;生成氨液化并分离出来,减少体系中氨的浓度,平衡正向移动。
(2)采用更大压强,需要使用承受更大压强的设备,会增加生产成本,不经济。
(3)在甲容器中,反应的N2为2 ml×α甲,则有
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
初始物质的量/ml 13 0
转化物质的量/ml α甲3α甲 2α甲
平衡物质的量/ml1-α甲3-3α甲 2α甲
则K= QUOTE 。
甲与乙相比,相当于在乙平衡的基础上增大压强,平衡正向移动,即甲容器中的平衡正向移动的程度更大,所以α甲>α乙。
1. 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
【答案】C
【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。故答案为C。
2．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
【答案】D
【解析】A项，投料比为n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8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。
3．（2023·广东华南师范大学附属中学检测）一定条件下，通过下列反应可实现燃煤烟气中的硫的回收：SO2(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋S(l) ΔH＜0。一定温度下，在容积为2 L的恒容密闭容器中1 ml SO2和n ml CO发生反应，5 min后达到平衡，生成2a ml CO2。下列说法正确的是( )
A．反应前2 min的平均速率v(SO2)＝0.1a ml·L－1·min－1
B．当混合气体的物质的量不再改变时，反应达到平衡状态
C．平衡后保持其他条件不变，从容器中分离出部分硫，平衡向正反应方向移动
D．平衡后保持其他条件不变，升高温度和加入催化剂，SO2的转化率均增大
【答案】B
【解析】根据方程式可知，生成2a ml CO2的同时，消耗a ml SO2，其浓度是0.5a ml·L－1，所以反应前5 min的平均速率v(SO2)＝0.5a ml·L－1÷5 min＝0.1a ml·L－1·min－1，故前2 min的平均速率大于0.1a ml·L－1·min－1，A不正确；根据方程式可知，该反应是反应前后气体的物质的量减小的可逆反应，因此当混合气体的物质的量不再改变时，可以说明反应达到平衡状态，B正确；S是液体，改变液体的质量，平衡不移动，C不正确；该反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，SO2的转化率降低，催化剂不能改变平衡状态，转化率不变，D不正确。
4．在反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0的平衡体系中，当恒温恒压条件下t1时刻分离出NH3时，下列说法正确的是( )
A．t1时刻后的速率变化如图所示
B．t1时刻后达到新平衡前Q＞K
C．新平衡体系中NH3的含量增大
D．N2的平衡转化率增大
【答案】D
【解析】分离出NH3，使体系中NH3的含量减小，则达到新平衡前Q＜K，v正＞v逆，平衡向正反应方向移动，故N2的平衡转化率增大。
5．（2023·河北保定三中高二检测）对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，在一密闭容器中加入一定量的N2和H2，达到平衡时混合气体的压强为p1，迅速缩小容器体积使混合气体的压强变为p2，一段时间后达到新的平衡，此时混合气体的压强为p3，则p1、p2、p3的大小关系是( )
A．p2＞p1＞p3B．p2＞p3＞p1
C．p2＞p1＞p3D．p2＞p1＝p3
【答案】B
【解析】根据勒·夏特列原理，改变某一外界条件时，平衡只能向减弱这种改变的方向移动。
6．合成氨反应通常控制在20～50 MPa的压强和500 ℃左右的温度，且进入合成塔的氮气和氢气的体积比为1∶3，经科学测定，在相应条件下氮气和氢气反应所得氨的平衡浓度(体积分数)如表所示：
而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%，这表明( )
A．表中所测数据有明显误差
B．生产条件控制不当
C．氨的分解速率大于预测值
D．合成塔中的反应并未达到平衡
【答案】D
【解析】表中数据为通过科学实验所得，不可能有明显误差；合成氨连续操作，不可能对生产条件控制不当；平衡浓度问题与速率的大小没有直接关系，因此答案选D。这说明合成氨工业考虑单位时间的产量问题，并未让合成氨反应达到平衡，因为让反应达到平衡需要一定的时间，时间太长得不偿失。
7．某温度下，发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1，N2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A．将1 ml N2和3 ml H2置于1 L密闭容器中发生反应，放出的热量为92.4 kJ
B．平衡状态由A到B时，平衡常数K(A)C．上述反应在达到平衡后，增大压强，H2的转化率增大
D．升高温度，平衡常数K增大
【答案】C
【解析】该反应为可逆反应，加入的1 ml N2和3 ml H2不可能完全反应生成NH3，所以反应放出的热量小于92.4 kJ，A项错误；从状态A到状态B，改变的是压强，温度未发生变化，所以平衡常数不变，B项错误；该反应是反应前后气体分子数减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，H2的转化率增大，C项正确；升高温度，平衡逆向移动，K减小，D项错误。
8．一密封体系中发生反应：N2＋3H22NH3(正反应为放热反应)下图为某一时间段反应速率与反应进程的曲线关系图：
回答下列问题：
(1)处于平衡状态的时间段是________。
(2)t1、t3、t4时刻，体系中分别是什么条件发生了变化？________、________、________。
(3)下列时间段中，氨的百分含量最高的是________。
A．0～t1B．t2～t3
C．t3～t4D．t5～t6
【答案】(1)0～t1，t2～t3，t3～t4，t5～t6
(2)温度升高 加入催化剂 减小压强
(3)A
【解析】本题主要是学会看图，图表达的是速率与时间的关系，只要速率不随时间变化而变化，说明在这条件下反应已经达到平衡了。所以处于平衡状态的时间段是0～t1，t2～t3，t3～t4，t5～t6。从图中可得t1时刻正、逆反应速率都增大，而且v(逆)＞v(正)，N2＋3H22NH3(正反应为放热反应)，故温度升高，v(逆)＞v(正)。图中t3时刻速率增大，而且变化过程中v(逆)＝v(正)，说明平衡未被打破，所以应该是催化剂导致的。图中t4时刻的变化，v′(逆)、v′(正)都减小且v′(逆)>v′(正)，所以改变条件应为减小压强。
9．在某恒容密闭容器内，N2、H2的起始物质的量分别为10 ml、30 ml，达到平衡时N2的转化率为25%。若从NH3开始反应，在相同条件下欲使平衡时各组分的百分含量相同，则应加入的NH3的物质的量及NH3的转化率为( )
A．15 ml，25% B．20 ml，50%
C．20 ml，75%D．40 ml，80%
【答案】C
【解析】从N2、H2开始反应时，N2为10 ml，H2为30 ml，若从NH3开始反应，并且平衡时各组分的百分含量与前者相同，则NH3的物质的量必须是20 ml，故A、D项错误。设从NH3开始反应时，NH3转化的物质的量为x，则有20 ml－x＝2×10 ml×25%，解得x＝15 ml，故NH3的转化率为eq \f(15 ml,20 ml)×100%＝75%。
10．对于合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0，下列研究结果和图示相符的是( )
【答案】C
【解析】A项由于p1条件先达到平衡，故p1＞p2，由p1→p2，减小压强，化学平衡左移，NH3的体积分数应降低，故错误；B项由于此反应ΔH＜0，故升温平衡左移，N2的转化率降低，故错误；C项增大N2的量，会使正反应速率增大，使化学平衡右移，故正确；D项使用催化剂，能加快反应速率，缩短到达平衡的时间，故错误。
11．一定条件下，将10.0 ml H2和1.0 ml N2充入恒容密闭容器中，发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，并达到平衡状态，则H2的转化率可能是( )
A．15%B．30%
C．35%D．75%
【答案】A
【解析】对可逆反应而言，任何一种物质都不能完全转化；利用“极限法”，假设N2完全转化，则消耗的H2的物质的量为n(H2)＝3n(N2)＝3.0 ml，但事实上，N2是不可能完全转化的，因而消耗的H2的物质的量一定小于3.0 ml，故H2的转化率α(H2)＜eq \f(3.0 ml,10.0 ml)×100%＝30%。综上所述，本题选A。
12．（2023·山东淄博实验中学检测）（双选）相同温度下，有体积相同的甲、乙两个恒容容器，甲容器中充入1 g N2和1 g H2，乙容器中充入2 g N2和2 g H2，分别进行合成氨反应。下列叙述中错误的是( )
A．化学反应速率：乙＞甲
B．平衡后N2的浓度：乙＞甲
C．H2的平衡转化率：甲＞乙
D．平衡混合气体中H2的体积分数：乙＞甲
【答案】CD
【解析】因为乙容器中的原料投入量正好是甲的2倍，故A项正确。假设开始时乙容器的体积也是甲的2倍(如图所示)，则此时甲、乙两容器中达到的平衡是等效平衡。再将乙容器的体积压缩至与甲相等(如图中丙)，则在此过程中化学平衡要向正反应方向移动，即N2、H2的平衡转化率增大，它们在平衡混合气体中的体积分数减小，故C项、D项错误。此时，丙中N2、H2、NH3的浓度分别比甲中N2、H2、NH3浓度大，但丙中N2、H2的浓度要分别小于甲中N2、H2浓度的2倍，而丙中NH3的浓度要大于甲中NH3浓度的2倍，B项正确。
13.合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中的CO，其反应是[Cu(NH3)2]Ac＋CO＋NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO ΔH＜0
(1)必须除去原料气中CO的原因是____________________。
(2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)吸收CO的生产适宜条件应是
_____________________________________________________。
(3)吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸铜氨溶液再生的生产适宜条件应是________。
【答案】(1)防止合成塔中的催化剂中毒 (2)低温、高压 (3)高温、低压
【解析】分析吸收CO反应的特点：正反应是气体体积缩小的放热反应，对于这样一个可逆反应，用化学平衡原理及有关合成氨适宜条件的选择知识即可作答。
14.合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨生产示意图如图所示。
(1)X的化学式为________。
(2)图中条件选定的主要原因是________(填字母编号)。
A．温度、压强对化学平衡的影响
B．铁触媒在该温度时活性大
C．工业生产受动力、材料、设备等条件的限制
(3)改变反应条件，会使平衡发生移动。如图表示随条件改变，氨气的百分含量的变化趋势。当横坐标为压强时，变化趋势正确的是________，当横坐标为温度时，变化趋势正确的是______(填字母编号)。
【答案】(1)NH3 (2)BC (3)c a
【解析】(1)原料气N2和H2经一定条件下的反应，生成的NH3(X)冷却后从设备中分离出来，同时尾气中含有的N2(Y)和H2(Y)进行循环利用。
(2)中A温度选择在500 ℃并不是从化学平衡的影响分析的，而是因为催化剂在此温度时活性大，而且还可以适当提高化学反应速率，压强选择20 MPa～50 MPa是从化学平衡理论分析的压强越大，平衡向生成NH3的方向移动，但不能过大，因为压强过大，对设备、材料的要求高，投资大，这样就不经济。
(3)中考查压强、温度对化学平衡的影响。
外界条件
有利于加快速率的条件控制
有利于平衡正向移动的条件控制
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
不断地补充反应物、及时地分离出生成物
催化剂
加合适的催化剂
不需要
加合适的催化剂
温度
高温
△H＜0
低温
兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度
△H＞0
高温
在设备条件允许的前提下，尽量采取高温，并考虑催化剂的活性
压强
高压(有气体参加)
反应后气体体积减小的反应
高压
在设备条件允许的前提下，尽量采取高压
反应后气体体积增大的反应
低压
兼顾速率和平衡，选取适宜的压强
压强
20 MPa
60 MPa
500 ℃
19.1
42.2
A
B
C
D
研究结果
压强对反应的影响
温度对反应的影响
平衡体系增加N2对反应的影响
催化剂对反应的影响
图
示
外界条件
有利于加快速率的条件控制
有利于平衡正向移动的条件控制
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
不断地补充反应物、及时地分离出生成物
催化剂
加合适的催化剂
不需要
加合适的催化剂
温度
高温
△H＜0
低温
兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度
△H＞0
高温
在设备条件允许的前提下，尽量采取高温，并考虑催化剂的活性
压强
高压(有气体参加)
反应后气体体积减小的反应
高压
在设备条件允许的前提下，尽量采取高压
反应后气体体积增大的反应
低压
兼顾速率和平衡，选取适宜的压强
压强
20 MPa
60 MPa
500 ℃
19.1
42.2
A
B
C
D
研究结果
压强对反应的影响
温度对反应的影响
平衡体系增加N2对反应的影响
催化剂对反应的影响
图
示
0
第四节 化学反应的调控
1.知道如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件。
2.初步掌握应用化学原理选择化工生产条件的思想和方法，培养科学态度与社会责任等方面的学科核心素养。
知识点一、合成氨反应条件的原理分析
1.反应原理:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.2 kJ·ml-1。
2.反应特点:
3.影响因素:
(1)增大合成氨反应速率的措施: 温度、 压强、 反应物浓度、 等。
(2)提高平衡混合气体中氨的含量措施: 温度、 压强、 反应物浓度等。
知识点二、实际合成氨工业中选择的生产条件
1.压强:合成氨厂一般采用的压强为 。
2.温度:一般采用的温度为 。
3.催化剂:合成氨工业普遍使用的是以 为主体的多成分催化剂，又称 。
探究任务 工业上选择适宜生产条件的原则
【典例1】 （2023·山东泰安一中月考）有关合成氨工业的说法中，正确的是( )
A.增大H2的浓度，可提高H2的转化率
B.由于氨易液化，N2、H2在实际生产中会循环使用，所以总体来说氨的产率很高
C.合成氨工业的反应温度控制在400~500 ℃，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10 MPa~30 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大
【变式训练1】硫酸是一种重要的化工产品，目前主要采用“接触法”进行生产。有关接触氧化反应2SO2+O2 2SO3的说法中正确的是( )
A.只要选择适宜的条件，SO2和O2就能全部转化为SO3
B.该反应达到平衡后，反应就完全停止了，即正、逆反应速率均为零
C.在达到平衡的体系中，充入由18O原子组成的O2后，SO2中18O含量减少，SO3中18O含量增多
D.在工业合成SO3时，要同时考虑反应速率和反应能达到的限度两方面的问题
【变式训练2】有平衡体系:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。为了增加甲醇(CH3OH)的产量，应采取的正确措施是( )
A.高温，高压
B.适宜温度，高压，催化剂
C.低温，低压
D.高温，高压，催化剂
1．工业上合成氨一般采用400~500℃的温度，其原因是( )
①适当提高氨的合成速率 ②提高H2的转化率 ③提高氨的产率 ④催化剂在500℃左右活性最大
A．只有① B．①②
C．②③④D．①④
2．利用原料气在合成塔中合成NH3，为提高N2的转化率所采取的措施是( )
A．高温B．高压
C．使用催化剂D．增大N2的浓度
3．NH3是一种重要的工业原料。下列关于合成氨的说法中，不正确的是 ( )
A．工艺涉及催化技术
B．工艺涉及高温高压技术
C．原料之一的氮气来自空气
D．从合成塔出来的气体中，氨的体积分数为100%
4．在一定条件下，可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(正反应是放热反应)达到平衡，当单独改变下列条件后，有关叙述错误的是( )
A．加催化剂，v(正)、v(逆)都发生变化且变化的倍数相等
B．加压，v(正)、v(逆)都增大，且v(正)增大的倍数大于v(逆)增大的倍数
C．降温，v(正)、v(逆)都减小，且v(正)减小的倍数小于v(逆)减小的倍数
D．等容条件下加入氩气，v(正)、v(逆)都增大，且v(正)增大的倍数大于v(逆)增大的倍数
5．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．②④⑤⑥⑦B．②③④⑤⑦⑧
C．②⑤D．①②③⑤⑧
6.合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义,对我国实现农业现代化也起着重要作用。根据已学知识回答下列问题[已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·ml-1]:
(1)合成氨工业采取的下列措施不可用平衡移动原理解释的是 (填序号)。
A.采用较高压强(20~50 MPa)
B.采用500 ℃的高温
C.用铁触媒作催化剂
D.将生成的氨液化并及时从体系中分离出来
(2)合成氨工业中采用了较高压强(20~50 MPa),而没有采用100 MPa或者更大压强,试解释没有这么做的理由 。
(3)在容积均为2 L(容器体积不可变)的甲、乙两个容器中,分别加入2 ml N2、6 ml H2和1 ml N2、3 ml H2,在相同温度、催化剂下使其反应。最终达到平衡后,两容器N2转化率分别为α甲、α乙,则甲容器中平衡常数为 (用含α甲的代数式表示),此时α甲 α乙(填“>”“<”或“=”)。
1. 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
2．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
3．（2023·广东华南师范大学附属中学检测）一定条件下，通过下列反应可实现燃煤烟气中的硫的回收：SO2(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋S(l) ΔH＜0。一定温度下，在容积为2 L的恒容密闭容器中1 ml SO2和n ml CO发生反应，5 min后达到平衡，生成2a ml CO2。下列说法正确的是( )
A．反应前2 min的平均速率v(SO2)＝0.1a ml·L－1·min－1
B．当混合气体的物质的量不再改变时，反应达到平衡状态
C．平衡后保持其他条件不变，从容器中分离出部分硫，平衡向正反应方向移动
D．平衡后保持其他条件不变，升高温度和加入催化剂，SO2的转化率均增大
4．在反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0的平衡体系中，当恒温恒压条件下t1时刻分离出NH3时，下列说法正确的是( )
A．t1时刻后的速率变化如图所示
B．t1时刻后达到新平衡前Q＞K
C．新平衡体系中NH3的含量增大
D．N2的平衡转化率增大
5．（2023·河北保定三中高二检测）对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，在一密闭容器中加入一定量的N2和H2，达到平衡时混合气体的压强为p1，迅速缩小容器体积使混合气体的压强变为p2，一段时间后达到新的平衡，此时混合气体的压强为p3，则p1、p2、p3的大小关系是( )
A．p2＞p1＞p3B．p2＞p3＞p1
C．p2＞p1＞p3D．p2＞p1＝p3
6．合成氨反应通常控制在20～50 MPa的压强和500 ℃左右的温度，且进入合成塔的氮气和氢气的体积比为1∶3，经科学测定，在相应条件下氮气和氢气反应所得氨的平衡浓度(体积分数)如表所示：
而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%，这表明( )
A．表中所测数据有明显误差
B．生产条件控制不当
C．氨的分解速率大于预测值
D．合成塔中的反应并未达到平衡
7．某温度下，发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1，N2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A．将1 ml N2和3 ml H2置于1 L密闭容器中发生反应，放出的热量为92.4 kJ
B．平衡状态由A到B时，平衡常数K(A)
D．升高温度，平衡常数K增大
8．一密封体系中发生反应：N2＋3H22NH3(正反应为放热反应)下图为某一时间段反应速率与反应进程的曲线关系图：
回答下列问题：
(1)处于平衡状态的时间段是________。
(2)t1、t3、t4时刻，体系中分别是什么条件发生了变化？________、________、________。
(3)下列时间段中，氨的百分含量最高的是________。
A．0～t1B．t2～t3
C．t3～t4D．t5～t6
9．在某恒容密闭容器内，N2、H2的起始物质的量分别为10 ml、30 ml，达到平衡时N2的转化率为25%。若从NH3开始反应，在相同条件下欲使平衡时各组分的百分含量相同，则应加入的NH3的物质的量及NH3的转化率为( )
A．15 ml，25% B．20 ml，50%
C．20 ml，75%D．40 ml，80%
10．对于合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0，下列研究结果和图示相符的是( )
11．一定条件下，将10.0 ml H2和1.0 ml N2充入恒容密闭容器中，发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，并达到平衡状态，则H2的转化率可能是( )
A．15%B．30%
C．35%D．75%
12．（2023·山东淄博实验中学检测）（双选）相同温度下，有体积相同的甲、乙两个恒容容器，甲容器中充入1 g N2和1 g H2，乙容器中充入2 g N2和2 g H2，分别进行合成氨反应。下列叙述中错误的是( )
A．化学反应速率：乙＞甲
B．平衡后N2的浓度：乙＞甲
C．H2的平衡转化率：甲＞乙
D．平衡混合气体中H2的体积分数：乙＞甲
13.合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中的CO，其反应是[Cu(NH3)2]Ac＋CO＋NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO ΔH＜0
(1)必须除去原料气中CO的原因是____________________。
(2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)吸收CO的生产适宜条件应是
_____________________________________________________。
(3)吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸铜氨溶液再生的生产适宜条件应是________。
14.合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨生产示意图如图所示。
(1)X的化学式为________。
(2)图中条件选定的主要原因是________(填字母编号)。
A．温度、压强对化学平衡的影响
B．铁触媒在该温度时活性大
C．工业生产受动力、材料、设备等条件的限制
(3)改变反应条件，会使平衡发生移动。如图表示随条件改变，氨气的百分含量的变化趋势。当横坐标为压强时，变化趋势正确的是________，当横坐标为温度时，变化趋势正确的是______(填字母编号)。
0
0
第四节 化学反应的调控
1.知道如何应用化学反应速率和化学平衡原理，选择合成氨的适宜条件。
2.初步掌握应用化学原理选择化工生产条件的思想和方法，培养科学态度与社会责任等方面的学科核心素养。
知识点一、合成氨反应条件的原理分析
1.反应原理:N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.2 kJ·ml-1。
2.反应特点:
3.影响因素:
(1)增大合成氨反应速率的措施: 温度、 压强、 反应物浓度、 等。
(2)提高平衡混合气体中氨的含量措施: 温度、 压强、 反应物浓度等。
知识点二、实际合成氨工业中选择的生产条件
1.压强:合成氨厂一般采用的压强为 。
2.温度:一般采用的温度为 。
3.催化剂:合成氨工业普遍使用的是以 为主体的多成分催化剂，又称 。
【新知导学】答案
知识点一、2.可逆 减小 ＜ 3.(1)升高 增大 增大 使用催化剂 (2)降低 增大 增大
知识点二、1. 10 MPa~30 Mpa 2. 400~500 ℃ 3.铁 铁触媒
探究任务 工业上选择适宜生产条件的原则
【典例1】 （2023·山东泰安一中月考）有关合成氨工业的说法中，正确的是( )
A.增大H2的浓度，可提高H2的转化率
B.由于氨易液化，N2、H2在实际生产中会循环使用，所以总体来说氨的产率很高
C.合成氨工业的反应温度控制在400~500 ℃，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10 MPa~30 MPa，因为该压强下铁触媒的活性最大
【答案】B
【解析】A项，增大H2的浓度，H2的转化率减小；C项，温度控制在400~500 ℃主要是为了兼顾速率与平衡，且500 ℃时催化剂活性最大；D项，压强采用10 MPa~30 MPa主要是考虑对设备材料的要求。
【变式训练1】硫酸是一种重要的化工产品，目前主要采用“接触法”进行生产。有关接触氧化反应2SO2+O2 2SO3的说法中正确的是( )
A.只要选择适宜的条件，SO2和O2就能全部转化为SO3
B.该反应达到平衡后，反应就完全停止了，即正、逆反应速率均为零
C.在达到平衡的体系中，充入由18O原子组成的O2后，SO2中18O含量减少，SO3中18O含量增多
D.在工业合成SO3时，要同时考虑反应速率和反应能达到的限度两方面的问题
【答案】D
【解析】该反应为可逆反应，SO2和O2不能全部转化为SO3，A错；达到平衡后反应不停止，正、逆反应速率相等，B错；达到平衡后充入由18O原子组成的O2，平衡正向移动，SO3中18O含量增多，因为反应可逆，SO2中18O含量也增多，C错。
【变式训练2】有平衡体系:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH<0。为了增加甲醇(CH3OH)的产量，应采取的正确措施是( )
A.高温，高压
B.适宜温度，高压，催化剂
C.低温，低压
D.高温，高压，催化剂
【答案】B
【解析】该反应是一个气体体积减小的放热反应，为增加甲醇的产量，需使平衡正向移动，理论上可采用低温、高压的方式，但在实际生产中还需考虑反应速率、设备承受的压力及催化剂的活性等因素的影响。
1．工业上合成氨一般采用400~500℃的温度，其原因是( )
①适当提高氨的合成速率 ②提高H2的转化率 ③提高氨的产率 ④催化剂在500℃左右活性最大
A．只有① B．①②
C．②③④D．①④
【答案】D
【解析】合成氨反应采用500℃左右的温度的原因是考虑反应速率和催化剂的活性。
2．利用原料气在合成塔中合成NH3，为提高N2的转化率所采取的措施是( )
A．高温B．高压
C．使用催化剂D．增大N2的浓度
【答案】B
【解析】合成氨反应是气体系数减小的放热反应，据勒·夏特列原理可知高压利于提高N2的转化率。
3．NH3是一种重要的工业原料。下列关于合成氨的说法中，不正确的是 ( )
A．工艺涉及催化技术
B．工艺涉及高温高压技术
C．原料之一的氮气来自空气
D．从合成塔出来的气体中，氨的体积分数为100%
【答案】D
【解析】合成氨反应为可逆反应，N2和H2的转化率小于100%，则从合成塔出来的气体中，氨气的体积分数小于100%。
4．在一定条件下，可逆反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)(正反应是放热反应)达到平衡，当单独改变下列条件后，有关叙述错误的是( )
A．加催化剂，v(正)、v(逆)都发生变化且变化的倍数相等
B．加压，v(正)、v(逆)都增大，且v(正)增大的倍数大于v(逆)增大的倍数
C．降温，v(正)、v(逆)都减小，且v(正)减小的倍数小于v(逆)减小的倍数
D．等容条件下加入氩气，v(正)、v(逆)都增大，且v(正)增大的倍数大于v(逆)增大的倍数
【答案】D
【解析】等容条件下加入氩气，反应物和生成物浓度均不变，则v(正)、v(逆)均不发生变化，且v(正)＝v(逆)。
5．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．②④⑤⑥⑦B．②③④⑤⑦⑧
C．②⑤D．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。
6.合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义,对我国实现农业现代化也起着重要作用。根据已学知识回答下列问题[已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·ml-1]:
(1)合成氨工业采取的下列措施不可用平衡移动原理解释的是 (填序号)。
A.采用较高压强(20~50 MPa)
B.采用500 ℃的高温
C.用铁触媒作催化剂
D.将生成的氨液化并及时从体系中分离出来
(2)合成氨工业中采用了较高压强(20~50 MPa),而没有采用100 MPa或者更大压强,试解释没有这么做的理由 。
(3)在容积均为2 L(容器体积不可变)的甲、乙两个容器中,分别加入2 ml N2、6 ml H2和1 ml N2、3 ml H2,在相同温度、催化剂下使其反应。最终达到平衡后,两容器N2转化率分别为α甲、α乙,则甲容器中平衡常数为 (用含α甲的代数式表示),此时α甲 α乙(填“>”“<”或“=”)。
【答案】 (1)BC
(2)采用更大压强会要求使用能耐更大压强的设备,从而增加生产成本(其他合理答案也可)
(3) QUOTE >
【解析】 (1)反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)是气体体积减小的反应,增大压强,平衡正向移动;500 ℃高温较室温不利于平衡向合成氨方向移动;采用500 ℃不仅考虑到温度对反应速率的影响,更主要的是500 ℃左右催化剂活性最大。催化剂只改变反应速率,不改变平衡移动;生成氨液化并分离出来,减少体系中氨的浓度,平衡正向移动。
(2)采用更大压强,需要使用承受更大压强的设备,会增加生产成本,不经济。
(3)在甲容器中,反应的N2为2 ml×α甲,则有
N2(g)+3H2(g)2NH3(g)
初始物质的量/ml 13 0
转化物质的量/ml α甲3α甲 2α甲
平衡物质的量/ml1-α甲3-3α甲 2α甲
则K= QUOTE 。
甲与乙相比,相当于在乙平衡的基础上增大压强,平衡正向移动,即甲容器中的平衡正向移动的程度更大,所以α甲>α乙。
1. 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
【答案】C
【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。故答案为C。
2．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
【答案】D
【解析】A项，投料比为n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8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。
3．（2023·广东华南师范大学附属中学检测）一定条件下，通过下列反应可实现燃煤烟气中的硫的回收：SO2(g)＋2CO(g)2CO2(g)＋S(l) ΔH＜0。一定温度下，在容积为2 L的恒容密闭容器中1 ml SO2和n ml CO发生反应，5 min后达到平衡，生成2a ml CO2。下列说法正确的是( )
A．反应前2 min的平均速率v(SO2)＝0.1a ml·L－1·min－1
B．当混合气体的物质的量不再改变时，反应达到平衡状态
C．平衡后保持其他条件不变，从容器中分离出部分硫，平衡向正反应方向移动
D．平衡后保持其他条件不变，升高温度和加入催化剂，SO2的转化率均增大
【答案】B
【解析】根据方程式可知，生成2a ml CO2的同时，消耗a ml SO2，其浓度是0.5a ml·L－1，所以反应前5 min的平均速率v(SO2)＝0.5a ml·L－1÷5 min＝0.1a ml·L－1·min－1，故前2 min的平均速率大于0.1a ml·L－1·min－1，A不正确；根据方程式可知，该反应是反应前后气体的物质的量减小的可逆反应，因此当混合气体的物质的量不再改变时，可以说明反应达到平衡状态，B正确；S是液体，改变液体的质量，平衡不移动，C不正确；该反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，SO2的转化率降低，催化剂不能改变平衡状态，转化率不变，D不正确。
4．在反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0的平衡体系中，当恒温恒压条件下t1时刻分离出NH3时，下列说法正确的是( )
A．t1时刻后的速率变化如图所示
B．t1时刻后达到新平衡前Q＞K
C．新平衡体系中NH3的含量增大
D．N2的平衡转化率增大
【答案】D
【解析】分离出NH3，使体系中NH3的含量减小，则达到新平衡前Q＜K，v正＞v逆，平衡向正反应方向移动，故N2的平衡转化率增大。
5．（2023·河北保定三中高二检测）对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，在一密闭容器中加入一定量的N2和H2，达到平衡时混合气体的压强为p1，迅速缩小容器体积使混合气体的压强变为p2，一段时间后达到新的平衡，此时混合气体的压强为p3，则p1、p2、p3的大小关系是( )
A．p2＞p1＞p3B．p2＞p3＞p1
C．p2＞p1＞p3D．p2＞p1＝p3
【答案】B
【解析】根据勒·夏特列原理，改变某一外界条件时，平衡只能向减弱这种改变的方向移动。
6．合成氨反应通常控制在20～50 MPa的压强和500 ℃左右的温度，且进入合成塔的氮气和氢气的体积比为1∶3，经科学测定，在相应条件下氮气和氢气反应所得氨的平衡浓度(体积分数)如表所示：
而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%，这表明( )
A．表中所测数据有明显误差
B．生产条件控制不当
C．氨的分解速率大于预测值
D．合成塔中的反应并未达到平衡
【答案】D
【解析】表中数据为通过科学实验所得，不可能有明显误差；合成氨连续操作，不可能对生产条件控制不当；平衡浓度问题与速率的大小没有直接关系，因此答案选D。这说明合成氨工业考虑单位时间的产量问题，并未让合成氨反应达到平衡，因为让反应达到平衡需要一定的时间，时间太长得不偿失。
7．某温度下，发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·ml－1，N2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A．将1 ml N2和3 ml H2置于1 L密闭容器中发生反应，放出的热量为92.4 kJ
B．平衡状态由A到B时，平衡常数K(A)
D．升高温度，平衡常数K增大
【答案】C
【解析】该反应为可逆反应，加入的1 ml N2和3 ml H2不可能完全反应生成NH3，所以反应放出的热量小于92.4 kJ，A项错误；从状态A到状态B，改变的是压强，温度未发生变化，所以平衡常数不变，B项错误；该反应是反应前后气体分子数减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，H2的转化率增大，C项正确；升高温度，平衡逆向移动，K减小，D项错误。
8．一密封体系中发生反应：N2＋3H22NH3(正反应为放热反应)下图为某一时间段反应速率与反应进程的曲线关系图：
回答下列问题：
(1)处于平衡状态的时间段是________。
(2)t1、t3、t4时刻，体系中分别是什么条件发生了变化？________、________、________。
(3)下列时间段中，氨的百分含量最高的是________。
A．0～t1B．t2～t3
C．t3～t4D．t5～t6
【答案】(1)0～t1，t2～t3，t3～t4，t5～t6
(2)温度升高 加入催化剂 减小压强
(3)A
【解析】本题主要是学会看图，图表达的是速率与时间的关系，只要速率不随时间变化而变化，说明在这条件下反应已经达到平衡了。所以处于平衡状态的时间段是0～t1，t2～t3，t3～t4，t5～t6。从图中可得t1时刻正、逆反应速率都增大，而且v(逆)＞v(正)，N2＋3H22NH3(正反应为放热反应)，故温度升高，v(逆)＞v(正)。图中t3时刻速率增大，而且变化过程中v(逆)＝v(正)，说明平衡未被打破，所以应该是催化剂导致的。图中t4时刻的变化，v′(逆)、v′(正)都减小且v′(逆)>v′(正)，所以改变条件应为减小压强。
9．在某恒容密闭容器内，N2、H2的起始物质的量分别为10 ml、30 ml，达到平衡时N2的转化率为25%。若从NH3开始反应，在相同条件下欲使平衡时各组分的百分含量相同，则应加入的NH3的物质的量及NH3的转化率为( )
A．15 ml，25% B．20 ml，50%
C．20 ml，75%D．40 ml，80%
【答案】C
【解析】从N2、H2开始反应时，N2为10 ml，H2为30 ml，若从NH3开始反应，并且平衡时各组分的百分含量与前者相同，则NH3的物质的量必须是20 ml，故A、D项错误。设从NH3开始反应时，NH3转化的物质的量为x，则有20 ml－x＝2×10 ml×25%，解得x＝15 ml，故NH3的转化率为eq \f(15 ml,20 ml)×100%＝75%。
10．对于合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＜0，下列研究结果和图示相符的是( )
【答案】C
【解析】A项由于p1条件先达到平衡，故p1＞p2，由p1→p2，减小压强，化学平衡左移，NH3的体积分数应降低，故错误；B项由于此反应ΔH＜0，故升温平衡左移，N2的转化率降低，故错误；C项增大N2的量，会使正反应速率增大，使化学平衡右移，故正确；D项使用催化剂，能加快反应速率，缩短到达平衡的时间，故错误。
11．一定条件下，将10.0 ml H2和1.0 ml N2充入恒容密闭容器中，发生反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，并达到平衡状态，则H2的转化率可能是( )
A．15%B．30%
C．35%D．75%
【答案】A
【解析】对可逆反应而言，任何一种物质都不能完全转化；利用“极限法”，假设N2完全转化，则消耗的H2的物质的量为n(H2)＝3n(N2)＝3.0 ml，但事实上，N2是不可能完全转化的，因而消耗的H2的物质的量一定小于3.0 ml，故H2的转化率α(H2)＜eq \f(3.0 ml,10.0 ml)×100%＝30%。综上所述，本题选A。
12．（2023·山东淄博实验中学检测）（双选）相同温度下，有体积相同的甲、乙两个恒容容器，甲容器中充入1 g N2和1 g H2，乙容器中充入2 g N2和2 g H2，分别进行合成氨反应。下列叙述中错误的是( )
A．化学反应速率：乙＞甲
B．平衡后N2的浓度：乙＞甲
C．H2的平衡转化率：甲＞乙
D．平衡混合气体中H2的体积分数：乙＞甲
【答案】CD
【解析】因为乙容器中的原料投入量正好是甲的2倍，故A项正确。假设开始时乙容器的体积也是甲的2倍(如图所示)，则此时甲、乙两容器中达到的平衡是等效平衡。再将乙容器的体积压缩至与甲相等(如图中丙)，则在此过程中化学平衡要向正反应方向移动，即N2、H2的平衡转化率增大，它们在平衡混合气体中的体积分数减小，故C项、D项错误。此时，丙中N2、H2、NH3的浓度分别比甲中N2、H2、NH3浓度大，但丙中N2、H2的浓度要分别小于甲中N2、H2浓度的2倍，而丙中NH3的浓度要大于甲中NH3浓度的2倍，B项正确。
13.合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜(Ⅰ)溶液来吸收原料气中的CO，其反应是[Cu(NH3)2]Ac＋CO＋NH3[Cu(NH3)3]Ac·CO ΔH＜0
(1)必须除去原料气中CO的原因是____________________。
(2)醋酸二氨合铜(Ⅰ)吸收CO的生产适宜条件应是
_____________________________________________________。
(3)吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸铜氨溶液再生的生产适宜条件应是________。
【答案】(1)防止合成塔中的催化剂中毒 (2)低温、高压 (3)高温、低压
【解析】分析吸收CO反应的特点：正反应是气体体积缩小的放热反应，对于这样一个可逆反应，用化学平衡原理及有关合成氨适宜条件的选择知识即可作答。
14.合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨生产示意图如图所示。
(1)X的化学式为________。
(2)图中条件选定的主要原因是________(填字母编号)。
A．温度、压强对化学平衡的影响
B．铁触媒在该温度时活性大
C．工业生产受动力、材料、设备等条件的限制
(3)改变反应条件，会使平衡发生移动。如图表示随条件改变，氨气的百分含量的变化趋势。当横坐标为压强时，变化趋势正确的是________，当横坐标为温度时，变化趋势正确的是______(填字母编号)。
【答案】(1)NH3 (2)BC (3)c a
【解析】(1)原料气N2和H2经一定条件下的反应，生成的NH3(X)冷却后从设备中分离出来，同时尾气中含有的N2(Y)和H2(Y)进行循环利用。
(2)中A温度选择在500 ℃并不是从化学平衡的影响分析的，而是因为催化剂在此温度时活性大，而且还可以适当提高化学反应速率，压强选择20 MPa～50 MPa是从化学平衡理论分析的压强越大，平衡向生成NH3的方向移动，但不能过大，因为压强过大，对设备、材料的要求高，投资大，这样就不经济。
(3)中考查压强、温度对化学平衡的影响。
外界条件
有利于加快速率的条件控制
有利于平衡正向移动的条件控制
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
不断地补充反应物、及时地分离出生成物
催化剂
加合适的催化剂
不需要
加合适的催化剂
温度
高温
△H＜0
低温
兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度
△H＞0
高温
在设备条件允许的前提下，尽量采取高温，并考虑催化剂的活性
压强
高压(有气体参加)
反应后气体体积减小的反应
高压
在设备条件允许的前提下，尽量采取高压
反应后气体体积增大的反应
低压
兼顾速率和平衡，选取适宜的压强
压强
20 MPa
60 MPa
500 ℃
19.1
42.2
A
B
C
D
研究结果
压强对反应的影响
温度对反应的影响
平衡体系增加N2对反应的影响
催化剂对反应的影响
图
示
外界条件
有利于加快速率的条件控制
有利于平衡正向移动的条件控制
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
不断地补充反应物、及时地分离出生成物
催化剂
加合适的催化剂
不需要
加合适的催化剂
温度
高温
△H＜0
低温
兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度
△H＞0
高温
在设备条件允许的前提下，尽量采取高温，并考虑催化剂的活性
压强
高压(有气体参加)
反应后气体体积减小的反应
高压
在设备条件允许的前提下，尽量采取高压
反应后气体体积增大的反应
低压
兼顾速率和平衡，选取适宜的压强
压强
20 MPa
60 MPa
500 ℃
19.1
42.2
A
B
C
D
研究结果
压强对反应的影响
温度对反应的影响
平衡体系增加N2对反应的影响
催化剂对反应的影响
图
示
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