第07讲化学反应的调控（含答案）【暑假自学课】2024年新高二化学暑假提升精品讲义（人教版2019）

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1．化工生产适宜条件选择的一般原则
2．控制反应条件的基本措施
一．工业合成氨的生产条件的选择
1．合成氨反应的特点
2．浓度、温度、压强、催化剂对反应速率和氨的含量的影响
根据合成氨反应的特点，利用我们学过的影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，请填写下表。
合成氨生产中的有关数据
不同条件下，合成氨反应达到化学平衡时反应混合物中氨的含量(体积分数)

400℃下平衡时氨的的体积分数随压强的变化示意图 10 MPa下平衡时氨的的体积分数随温度的变化示意图
3．数据分析
在不同温度和压强下(初始时N2和H2的体积比为1∶3)，平衡混合物中氨的含量实验数据分析，提高反应速率的条件是升高温度、增大压；提高平衡混合物中氨的含量的条件是降低温度、增大压强。二者在温度这一措施上是不一致的。
4．工业合成氨的适宜条件
5．工业合成氨的适宜条件
6．合成氨的工艺流程
1．催化剂的活性与“中毒”
催化剂的催化能力一般称为催化活性。催化剂因吸附或沉积少量的杂质(毒物)而使活性明显下降甚至丧失的现象，称为催化剂“中毒”。
为了防止催化剂“中毒”，合成氨的原料气、硫酸工业中从沸腾炉排出来的炉气都必须经过净化。
2．合成氨发展前景
为降低合成氨的能耗，科学家一直在研究使合成氨反应在较低温度下进行的催化剂，以对合成条件进行优化。我国科学家合成了一种新型催化剂，将合成氨的温度、压强分别降到了350℃、1 MPa。利用电化学反应原理，在实验室已实现由N2和H2在室温下合成氨。
二．选择工业合成适宜条件的原则
1．考虑参加反应的物质组成、结构和性质等本身因素。
2．考虑影响化学反应速率和平衡的温度、压强、浓度、催化剂等反应条件。
3．选择适宜的生产条件还要考虑设备条件、安全操作、经济成本等情况。
4．选择适宜的生产条件还要考虑环境保护及社会效益等方面的规定和要求。
工业生产中适宜生产条件的选择思路
【问题探究】
1.工业生产中增大压强既可提高反应速率，又可提高氨的产量，那么在合成氨工业中压强是否越大越好？为什么？
不是。因为温度一定时，增大混合气体的压强对合成氨的速率和平衡都有利，但是，压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，需要的动力也越大，目前，我国的合成氨厂一般采用的压强为10 MPa～30 MPa。
2.既然降低温度有利于平衡向生成氨的方向移动，那么生产中是否温度越低越好？为什么？
不是。因为从平衡的角度考虑，合成氨低温有利，但是温度过低使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很不经济的，所以在实际生产中一般采用的温度为400～500 ℃(在此温度时催化剂的活性最大)。
3.在合成氨工业中要使用催化剂，既然催化剂对化学平衡的移动没有影响，为什么还要使用呢？使用的催化剂一般是什么？
为了加快反应速率。工业合成氨普遍使用的是以铁为主体的多成分催化剂(又称铁触媒)。
【知识归纳与总结】
（1）分析反应特点。主要分析反应的方向性、可逆性、反应热和熵变等。
（2）原理分析。根据反应特点，利用影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析增大反应速率、提高原料转化率的反应条件。
（3）根据实验数据进一步分析反应条件，确定适宜条件的范围及催化剂的筛选。
（4）根据工业生产的实际情况、经济效益及环保要求等最终确定适宜的条件。
考点一：工业合成氨
1．（23-24高二下·上海·期中）有关工业固氮的说法正确的是
A．使用铁催化剂可提高反应物的转化率
B．循环使用、可提高的产率
C．温度控制在左右有利于反应向正方向进行
D．增大压强有利于加快反应速率，所以压强越大越好
2．（23-24高二上·江苏连云港·阶段练习）氨是一种重要的化工原料，主要用于化肥工业，也广泛用于硝酸、纯碱、制药等工业；合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ/ml。下列有关合成氨反应的说法正确的是
A．高温条件下该反应可以自发
B．反应的ΔH=E(N-N)＋3E(H-H)-6E(N-H) (E表示键能)
C．反应中每消耗1 ml H2转移电子的数目约等于2×6.02×1023
D．该反应采用高温高压条件是为了增大H2的平衡转化率
3．（23-24高二上·天津宁河·期末）已知合成氨反应，既要使合成氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的方法是
①减压；②加压；③升温；④降温；⑤及时从平衡混合气中分离出；⑥补充或⑦加催化剂；
A．③④⑤⑦B．②④⑥C．仅②⑥D．②③⑥⑦
4．（23-24高二上·上海浦东新·期中） 合成氨对人类生存和发展有着重要意义，1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨，实现了人工固氮，其合成原理为： 。符合工业合成氨生产实际的是
A．V2O5作催化剂B．反应温度由催化剂决定
C．将N2和H2液化D．NH3由吸收塔吸收
5．（22-23高二上·河北·期中）合成氨工业采用循环操作的主要目的是
A．增大氮气和氢气的浓度B．节省能量，有利于气态氨的冷却
C．提高氮气和氢气的利用率D．提高平衡混合物中的百分含量
考点二：化学反应的调控
6．（23-24高二上·江西赣州·期中）工业上用生物法处理的原理如下：
反应1：
反应2：
以硫杆菌作催化剂时，反应温度及溶液对氧化速率的影响分别如图甲、图乙所示。下列有关说法错误的是
A．反应1的条件下，还原性：
B．当反应温度过高时，氧化速率下降的原因可能是硫杆菌失去活性
C．由图甲和图乙可得出结论：使用硫杆菌作催化剂的最佳条件为、
D．当反应1中转移电子时，反应1中消耗的在标准状况下的体积为
7．（23-24高二上·四川广元·阶段练习）“碳达峰·碳中和”是我国社会发展重大战略之一，还原是实现“双碳”经济的有效途径之一，相关的主要反应有：
Ⅰ．
Ⅱ．
有利于提高平衡转化率的条件是
A．使用优良催化剂B．低温高压C．高温低压D．高温高压
8．（23-24高二上·广东东莞·阶段练习）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。有关反应的说法不正确的是：
A．实际生产中，SO2、O2再循环使用提高原料利用率
B．实际生产中，为了降低成本，提高生成效益，通常采用常压、和较高的反应温度
C．实际生产中，选定400—500℃作为反应温度，主要原因是该温度范围催化剂的活性最高
D．实际生产中，通常通入过量SO2来提高O2的转化率
9．（23-24高二上·四川成都·阶段练习）在硫酸工业中，通过下列反应：，下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时的转化率。下列说法不正确的是
A．工业上通入过量空气的主要目的是加快反应速率
B．回收尾气中的仅为了防止空气污染
C．采用常压条件是因为常压下的转化率足够高，增大压强会增加设备成本
D．选择的较高温度既提高反应速率也提高平衡转化率
1．（23-24高二上·云南·阶段练习）下列事实或做法与化学反应速率无关的是
A．制造蜂窝煤时加入生石灰B．家用铁锅、铁铲等餐具保持干燥
C．常用冰箱保存食物D．氨的合成加入铁粉
2．（23-24高二上·黑龙江大庆·阶段练习）在一密闭容器中，反应达平衡后，保持温度不变，将容器体积压缩至一半，当达到新的平衡时，B的浓度是原来的，则正确的是
A．B．物质A的转化率增大了
C．物质A的质量分数减小了D．平衡向逆反应方向移动了
3．（23-24高二上·天津和平·阶段练习）下列有关工业生产的叙述正确的是
A．合成氨生产过程中升高温度可加快反应速率，缩短生产周期，故温度越高越好
B．硫酸工业中，使用催化剂是为了提高SO2转化为SO3的转化率
C．硫酸工业中，SO2的催化氧化不采用高压，是因为压强对SO2转化率无影响
D．合成氨工业中，将NH3及时液化分离有利于氨的生产
4．（23-24高二上·重庆渝中·阶段练习）反应2NO(g)+2CO(g)2CO2(g)+N2(g) △H＜0可用于处理汽车尾气。下列说法正确的是
A．在恒温恒容条件下，2mlNO与4mlCO充分反应后，转移4ml电子
B．升高温度，平衡常数增大
C．在低温下有利于该反应自发进行
D．其他条件不变，增加CO的用量，可以提高CO的转化率
5．（22-23高二上·浙江嘉兴·期中）下列有关合成氨工业的说法正确的是
A．从合成塔出来的混合气体中，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越大，产率越高，无须考虑设备、条件
6．（22-23高二上·江西景德镇·期中）下列关于工业合成氨的叙述错误的是
A．反应在高压下进行，有利于提高转化率
B．温度越高越有利于工业合成氨
C．在工业合成氨中，N2、H2的循环利用可降低成本
D．及时从反应体系中分离出氨气有利于平衡向正反应方向移动
7．（22-23高二上·广西贵港·期末）通过控制化学反应条件，可以使化学反应速率按我们的需求变化。下列现象的反应速率需要减小的是
A．用白醋清理水壶中的水垢B．作肥料的厨余垃圾的腐败
C．轮胎的老化D．汽车尾气的净化
8．（22-23高二下·甘肃兰州·期末）常压下利用可逆反应Ni(s)+4CO(g)⇌Ni(CO)4(g)精炼镍。已知230℃时，该反应的平衡常数K=2×10-5(L/ml)3，Ni(CO)4的沸点为42.2℃，粗镍中固体杂质不参与反应。下列说法错误的是
A．恒容体系下，增加c[Ni(CO)4]，体系压强增大，平衡常数增大
B．50℃时将粗镍与CO反应，可以获得相应的气态产物便于与粗镍杂质分离
C．测量某温度下反应体系中Ni(CO)4体积分数不变时，反应达到平衡
D．230℃，Ni(CO)4平衡分解率较高
9．（22-23高二下·广东汕尾·期末）时，向恒容密闭容器中充入和，发生反应。已知时反应的平衡常数是1.0。下列说法正确的是
A．的平衡转化率为
B．容器内的压强不变时，反应达到平衡状态
C．达到平衡后移走，平衡向正反应方向移动，化学反应速率加快
D．其他条件不变，升高温度至，若某时刻各气体的浓度均为，则此时反应向正反应方向进行
10．（22-23高一下·河北邢台·期末）化工生产中，调控反应条件时不需要考虑的角度是
A．目标产物的贮存方法B．增大目标反应的速率
C．提高目标反应的限度D．减少副反应和环境污染
11．（22-23高二下·福建泉州·期末）密闭容器中加入，一定条件下发生反应：，随反应时间的变化如曲线①所示，分别改变一个条件，得到曲线②和③，下列说法错误的是
A．该反应正反应为吸热反应
B．曲线①，0～50min用表示的平均反应速率为
C．曲线②，可能使用了催化剂或压缩容器体积
D．曲线③，达到平衡后，容器内各物质的浓度分别增加，平衡正向移动
12．（22-23高二下·广东·阶段练习）在硫酸工业中，通过如下反应使SO2转化为SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ∆H<0。下列说法不正确的是
A．为使SO2尽可能多地转化为SO3，工业生产中的反应温度越低越好
B．使用合适的催化剂可加快该反应的反应速率
C．通入过量的空气可以提高SO2的转化率
D．反应后尾气中的SO2必须回收
13．（22-23高二上·安徽芜湖·期中）在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化为SO3：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH=-196.6kJ·ml-1.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。
（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 。
（6）在550℃、1MPa下，若SO2的起始浓度为2ml/L，O2的起始浓度为1ml/L，试求该条件下的平衡常数K= 。
14．（23-24高二上·河北衡水·开学考试）“液态阳光”是推动碳低峰，碳中和的技术新路径。反应原理为： (假设该反应无副反应)。
（1）设，y随温度的变化关系如图所示。图对应该反应的线条是 。

（2）向容积均为2L的恒容密闭容器中通入1.0ml (g)和2.0ml (g)，在不同催化剂X、Y的催化下发生反应。测得50min时，转化率与温度的变化关系如图所示。

①该反应适宜选用的催化剂为 (填“X”或“Y”)。
②K时，d点对应容器在0～50min内的平均反应速率 ml/(L·min)。
③a、c两点转化率相等，下列说法正确的是 (填标号)。
A．a、c两点一定都是平衡点
B．a点可能为平衡点，c点一定不是平衡点
C．a点一定不是平衡点，c点可能为平衡点
D．a、c两点一定都不是平衡点
④转化率：c点⑤按上述投料，若某温度下，初始压强为p kPa，达到平衡时，转化率为50%，则该反应的平衡常数 (用p表示)，若将容器的体积缩小为1L， (填“增大”、“减小”或“不变)
模块一 思维导图串知识
模块二 基础知识全梳理
模块三 重点难点必掌握
模块四 核心考点精准练
模块五 小试牛刀过关测
1．通过工业合成氨适宜条件的选择与优化，认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究中的重要作用。
2．在合成氨适宜条件的讨论中，形成多角度分析化学反应和化工生产条件的思路，体会化学反应原理的应用价值。
条件
原则
从化学反应速率分析
既不能过快，又不能太慢
从化学平衡移动分析
既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意对二者影响的矛盾性
从原料的利用率分析
增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本
从实际生产能力分析
如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析
注意催化剂的活性受温度的限制
控制化学反应速率的措施
通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率
提高转化率的措施
通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率
合成氨反应
N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)
已知298 K时：ΔH＝－92.4 kJ·ml－1，ΔS＝－198.2 J·ml－1·K－1
自发性
常温(298 K)下，ΔH－TΔS＜0，能自发进行
可逆性
反应为可逆反应
焓变
ΔH＜0，是放热反应
体积变化(熵变)
ΔS＜0，正反应是气体体积缩小的反应
对合成氨反应的影响
影响因素
浓度
温度
压强
催化剂
增大合成氨的反应速率反应速率
增大反应物浓度
升高温度
增大压强
使用
提高平衡混合物中中氨的含量
增大反应物浓度，降低生成物浓度
降低温度
增大压强
无影响
压强
原理分析
①增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向向移动，压强越大越好
②压强越大，对设备的要求越高，压缩H2和N2所需的动力越大，会增加生产投资，并可能降低综合经济效益
选用条件
目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30MPa
温度
原理分析
①降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量
②温度越低，反应速率越小，达到平衡所需时间越长，故温度不宜过低
③催化剂的活性在一定温度下下最大
选用条件
目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500℃(此温度下催化剂的活性最大)
催化剂
原理分析
即使在高温、高压下，N2和H2的反应速率仍然很慢。
使用催化剂在较低温度时能较快进行反应
选用条件
通常采用加入以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒
(为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化)
浓度
原理分析
在500 ℃和30 MPa时，平衡混合物中NH3的体积分数及平衡时N2和H2的转化率仍较低
采取措施
采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去
将NH3分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度(既提高了原料的利用率，又提高了反应速率，有利于合成氨反应)
外部条件
工业合成氨的适宜条件
压强
10～30 MPa
温度
400～500 ℃
催化剂
使用铁触媒作催化剂
浓度
氨及时从混合气中分离出去，剩余气体循环使用；及时补充N2和H2
影响
因素
有利于加快反应速率的控制
有利于平衡移动条件的控制
综合分析结果
浓度
增大反应物浓度
增大反应物浓度、减小生成物浓度
不断补充反应物、
及时分离出生成物
压强
高压(有气体参加)
ΔV<0
高压
设备条件允许的前提下，
尽量采取高压
ΔV>0
低压
兼顾速率和平衡、
选取适宜的压强
温度
高温
ΔH<0
低温
兼顾速率和平衡、
考虑催化剂的适宜温度
ΔH>0
高温
在设备条件允许的前提下，尽量采取高温并选取合适催化剂
催化剂
加合适的催化剂
无影响
加合适的催化剂，
考虑催化剂活性与温度关系
温度/
平衡时的转化率
0.1MPa
0.5MPa
1MPa
5MPa
10MPa
450
97.5
98.9
99.2
99.6
99.7
550
85.6
92.9
94.9
97.7
98.3
温度/℃
平衡时SO2的转化率/%
0.1MPa
0.5MPa
1MPa
5MPa
10MPa
450
97.5
98.9
99.2
99.6
99.7
550
85.6
92.9
95.0
97.7
98.3