化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控（教師版）人教2019選擇性必修1 高二化學(xué) 精講專練 學(xué)案

第12第12講化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控知識導(dǎo)航知識導(dǎo)航知識精講知識精講一、合成氨反應(yīng)的原理分析工業(yè)合成氨是人類科學(xué)技術(shù)的一項(xiàng)重大突破，其反應(yīng)如下：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol-1根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)，應(yīng)如何選擇反應(yīng)條件，以增大合成氨的反應(yīng)速率、提高平衡混合物中氨的含量？請?zhí)钊胂卤怼铣砂狈磻?yīng)的影響影響因素濃度溫度壓強(qiáng)催化劑增大合成氨的反應(yīng)速率提高平衡混合物中氨的含量二、合成氨反應(yīng)的數(shù)據(jù)分析下表的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是在不同溫度、壓強(qiáng)下，平衡混合物中氨的含量的變化情況(初始時氮?dú)夂蜌錃獾捏w積比是1：3)。思考與交流：合成氨的反應(yīng)，應(yīng)如何選擇反應(yīng)條件，以增大合成氨的反應(yīng)速率、提高平衡混合物中氨的含量？思考與交流：綜合上述兩個方面，分析增大合成氨的反應(yīng)速率與提高平衡混合物中氨的含量所應(yīng)采取的措施是否一致。在實(shí)際生產(chǎn)中到底選擇哪些適宜的條件呢?三、合成氨反應(yīng)的條件調(diào)控工業(yè)合成氨的適宜條件壓強(qiáng)10～30MPa溫度400～500℃催化劑鐵觸媒濃度N2和H2的物質(zhì)的量之比為1∶2.8的投料比，氨及時從混合氣中分離出去思考與交流（（1）工業(yè)上合成氨為什么不采用更高壓強(qiáng)？（2）工業(yè)上合成氨為什么不采用更高溫度？【答案】（1）壓強(qiáng)越大，對設(shè)備的要求越高、成本越高。（2）①合成氨反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，轉(zhuǎn)化率降低。②400～500℃催化劑活性最大，升高溫度，催化劑活性減弱甚至失活。四、調(diào)控化學(xué)反應(yīng)需考慮的問題1．反應(yīng)限度：要考慮盡量增大反應(yīng)物的__________，充分利用原料。2．反應(yīng)速率：要選擇較快的____________，提高單位時間內(nèi)的產(chǎn)量。3．生產(chǎn)要求：要考慮設(shè)備的要求和技術(shù)條件?！敬鸢浮哭D(zhuǎn)化率反應(yīng)速率對點(diǎn)訓(xùn)練題型一：合成氨的條件調(diào)控對點(diǎn)訓(xùn)練【例1】在合成氨工業(yè)中，為增加NH3的日產(chǎn)量，下列操作與平衡移動無關(guān)的是（）A．不斷將氨分離出來B．使用催化劑C．采用500℃左右的高溫而不是700℃的高溫D．采用2×107～5×107Pa的壓強(qiáng)【答案】B【解析】把氨分離出來是減小生成物濃度，有利于平衡右移；合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，較低溫度利于反應(yīng)向右進(jìn)行，同時該反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，盡可能采取高壓利于正反應(yīng)，A、C、D都符合平衡移動原理，而使用催化劑僅是為增大反應(yīng)速率，與平衡無關(guān)?！咀?-2】（雙選）（2020·河北石家莊市·正定中學(xué)高二開學(xué)考試）2018年是合成氨工業(yè)先驅(qū)哈伯(P·Haber)獲得諾貝爾獎100周年。N2和H2生成NH3的反應(yīng)為：N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH(298K)=-46.2kJ·mol-1。關(guān)于合成氨工藝的下列理解正確的是A．合成氨反應(yīng)在不同溫度下的ΔH和ΔS都小于零B．控制溫度(773K)遠(yuǎn)高于室溫，是為了保證盡可能高的平衡轉(zhuǎn)化率和快的反應(yīng)速率C．當(dāng)溫度、壓強(qiáng)一定時，在原料氣(N2和H2的比例不變)中添加少量惰性氣體，有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率D．基于NH3有較強(qiáng)的分子間作用力可將其液化，不斷將液氨移去，利于反應(yīng)正向進(jìn)行【答案】AD【詳解】A．根據(jù)N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH(298K)=-46.2kJ·mol-1可知該反應(yīng)ΔH小于零，該反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，所以ΔS小于零，A正確；B．該反應(yīng)ΔH(298K)=-46.2kJ·mol-1小于零，控制溫度(773K)遠(yuǎn)高于室溫有利于平衡逆向移動，不能提高平衡轉(zhuǎn)化率，但是可以加快反應(yīng)速率，B錯誤；C．當(dāng)溫度、壓強(qiáng)一定時，在原料氣(N2和H2的比例不變)中添加少量惰性氣體，，容器體積增大，相當(dāng)于減小壓強(qiáng)，平衡向逆向移動，降低平衡轉(zhuǎn)化率，C錯誤；D．NH3可以形成分子間氫鍵，有較強(qiáng)的分子間作用力可將其液化，不斷將液氨移去，利于反應(yīng)正向進(jìn)行，D正確；答案為：AD?！纠?】合成氨工業(yè)對化學(xué)工業(yè)和國防工業(yè)具有重要意義。工業(yè)合成氨生產(chǎn)示意圖如圖所示。(1)X的化學(xué)式為________。(2)圖中條件選定的主要原因是________(填字母編號)。A．溫度、壓強(qiáng)對化學(xué)平衡的影響B(tài)．鐵觸媒在該溫度時活性大C．工業(yè)生產(chǎn)受動力、材料、設(shè)備等條件的限制(3)改變反應(yīng)條件，會使平衡發(fā)生移動。如圖表示隨條件改變，氨氣的百分含量的變化趨勢。當(dāng)橫坐標(biāo)為壓強(qiáng)時，變化趨勢正確的是__________，當(dāng)橫坐標(biāo)為溫度時，變化趨勢正確的是________(填字母編號)?！敬鸢浮?1)NH3(2)B、C(3)ca【解析】(1)原料氣N2和H2經(jīng)一定條件下的反應(yīng)，生成的NH3(X)冷卻后從設(shè)備中分離出來，同時尾氣中含有的N2(Y)和H2(Y)進(jìn)行循環(huán)利用。(2)溫度選擇在500℃并不是從化學(xué)平衡的影響分析的，而是因?yàn)榇呋瘎┰诖藴囟葧r活性大，而且還可以適當(dāng)提高化學(xué)反應(yīng)速率，壓強(qiáng)選擇20～50MPa是從化學(xué)平衡理論分析的，壓強(qiáng)越大，平衡向生成NH3的方向移動，但不能過大，因?yàn)閴簭?qiáng)過大，對設(shè)備、材料的要求高，投資大，這樣就不經(jīng)濟(jì)。(3)考查壓強(qiáng)、溫度對化學(xué)平衡的影響。題型二：化學(xué)反應(yīng)的條件調(diào)控【例4】下列生活和生產(chǎn)中的做法或事實(shí)，與調(diào)控反應(yīng)速率無關(guān)的是（）A．牛奶放在冰箱中冷藏B．使用加酶洗衣粉洗滌衣物C．汽車的橡膠輪胎中要添加抑制劑D．工業(yè)合成氨時，及時將氨氣液化分離【答案】D【詳解】A．牛奶放在冰箱中冷藏，降低了溫度，反應(yīng)速率降低，A正確；B．使用加酶洗衣粉洗滌衣物，相當(dāng)于使用了催化劑，加快反應(yīng)速率，B正確；C．汽車的橡膠輪胎中要添加抑制劑是為了防止橡膠老化，延長壽命，降低了反應(yīng)速率，C正確；D．工業(yè)合成氨時，及時將氨氣液化分離，是降低生成物濃度，使平衡正向進(jìn)行，與速率無關(guān)，D錯誤；故選D?！纠?】一種新型煤氣化燃燒集成制氫發(fā)生的主要反應(yīng)如下：Ⅰ.Ⅱ.Ⅲ.Ⅳ.副反應(yīng)：Ⅴ.Ⅵ.回答下列問題：（1）已知反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ的平衡常數(shù)、隨溫度的變化如圖1、圖2所示。①由反應(yīng)Ⅴ和反應(yīng)Ⅵ可知，_______；反應(yīng)Ⅰ的_______(填“>”或“<”)0。②溫度小于800℃時，，原因是_______。③為提高反應(yīng)Ⅱ中的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是_______(寫一條)。④T℃時，向密閉容器中充入1和3，只發(fā)生反應(yīng)Ⅱ，此時該反應(yīng)的平衡常數(shù)，的平衡轉(zhuǎn)化率為_______。（2）從環(huán)境保護(hù)角度分析，該制氫工藝中設(shè)計(jì)反應(yīng)Ⅲ的優(yōu)點(diǎn)是_______。（3）起始時在氣化爐中加入1C、2及1，在2.5下，氣體的組成與溫度的關(guān)系如圖3所示。①200~725℃時，的量不斷減少的原因是_______。②725~900℃時，的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)快速減小，其原因是_______?！敬鸢浮浚?）>未達(dá)到自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)溫度增大75%（2）減少溫室氣體()的排放（3）反應(yīng)Ⅴ和反應(yīng)Ⅵ均為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動開始分解，生成的與反應(yīng)【分析】（1）①根據(jù)蓋斯定律：Ⅴ-Ⅵ可得：=-74.8+206.1=；反應(yīng)Ⅰ的>0；②反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行需要達(dá)到一定的溫度，溫度小于800℃時，，原因是未達(dá)到自發(fā)進(jìn)行的反應(yīng)溫度；③針對反應(yīng)，該反應(yīng)為氣體體積變化為0的反應(yīng)，為提高反應(yīng)Ⅱ中的轉(zhuǎn)化率，可采取的措施是增大水蒸氣濃度的方法達(dá)到目的；④Ⅱ.反應(yīng)，設(shè)一氧化碳變化量為xmol，設(shè)容器的體積為1L，列三段式：平衡常數(shù)K==1，x=0.75mol，所以的平衡轉(zhuǎn)化率為75%；（2）根據(jù)反應(yīng)可知，從環(huán)境保護(hù)角度分析，該制氫工藝中設(shè)計(jì)反應(yīng)Ⅲ的優(yōu)點(diǎn)是減少溫室氣體()的排放；（3）①反應(yīng)Ⅴ和反應(yīng)Ⅵ均為放熱反應(yīng)，根據(jù)圖像分析可知，200~725℃時，的量不斷減少的原因是升高溫度平衡逆向移動；②725~900℃時，碳酸鈣發(fā)生分解，產(chǎn)生的二氧化碳與氫氣反應(yīng)，氫氣的量減小，的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)快速減小。【例7】科學(xué)家在利用碳水化合物消除污染氣體和生成新能源方面取得重大成果。(1)①甲醇是一種綠色可再生能源，在高效健化劑的作用下，CH4可與NO2反應(yīng)，消除NO2的污染，改善霧霾天氣，發(fā)生的反應(yīng)為：CH4(g)+2NO2(g)?CO2(g)+2H2O(g)+N2(g)△H<0。該反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行的條件為_______(填高溫、低溫或任何條件)。在恒溫恒容條件下，下列不能說明該反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是_______(填序號)。a.v逆(NO2)=v正(H2O)b.混合氣體的密度不再變化c.混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再變化d.單位時間內(nèi)有4molC-H健斷裂的同時有4molO-H鍵形成e.混合氣體的壓強(qiáng)不變②如表是相同時間內(nèi)處理NO2的量與溫度的關(guān)系，NO2的處理量先增大后減小的原因是_______。溫度/℃100200300400500NO2的處理量/%39.370.485.675.750.5(2)一定條件下，向2L恒容密閉容器中通入4molCH4、8molNO2發(fā)生上述反應(yīng)。測得反應(yīng)過程中NO2的體積分?jǐn)?shù)在不同條件X下隨著時間的變化如圖1中曲線I、曲線II所示：①若X表示溫度，則X1、X2的相對大小是_______，a、b、c三點(diǎn)對應(yīng)的混合氣體的平均相對分子質(zhì)量的大小為_______(用a、b、c表示)②X1條件下，在t1~t3min內(nèi)v(N2)_______(填“>”“<”或“=”)在t2~t3min內(nèi)v(N2)，曲線I對應(yīng)的反應(yīng)的平衡常數(shù)K=_______，(用分?jǐn)?shù)表示)(3)欲研究在某催化劑作用下該反應(yīng)的反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系，在其他條件相同時，改變反應(yīng)溫度，測得經(jīng)過相同時間時該反應(yīng)的正反應(yīng)速率如圖2所示，A、B兩點(diǎn)對應(yīng)溫度下正反應(yīng)速率變化的原因可能是_______。A、B兩點(diǎn)對應(yīng)溫度下該反應(yīng)的活化能Ea(A)_______Ea(B)(填“>”或“<”)?！敬鸢浮扛邷豣d低于300℃時，反應(yīng)未達(dá)到平衡，隨溫度升高反應(yīng)速率加快，二氧化氮的處理量逐漸增大，高于300℃時，反應(yīng)達(dá)到平衡，升高溫度，平衡逆向移動，二氧化氮的處理量減小X1>X2b<c<a=溫度過高時催化劑的催化活性降低＜【詳解】(1)①△G=△H-△(TS)＜0即可自發(fā)進(jìn)行，由于△H＜0，△S＞0，故高溫下可自發(fā)；a．CH4(g)+2NO2(g)?CO2(g)+2H2O(g)+N2(g)恒溫恒容下若平衡v逆(NO2)=v正(NO2)=v正(H2O)，a正確；b．氣體的質(zhì)量保持不變，恒容條件，混合氣體的密度一直不變，b錯誤；c．反應(yīng)前后，物質(zhì)的總的物質(zhì)的量在變化，當(dāng)混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再變化，說明總的物質(zhì)的量不變，達(dá)到平衡，c正確；d．無論是否達(dá)到平衡，單位時間內(nèi)都有4molC-H健斷裂的同時有4molO-H鍵形成，d錯誤；e．在恒溫恒容下，壓強(qiáng)之比就等于物質(zhì)的量之比，反應(yīng)前后，物質(zhì)的總的物質(zhì)的量在變化，當(dāng)混合氣體的壓強(qiáng)不變，說明總的物質(zhì)的量不變，達(dá)到平衡，e正確；故選bd；②NO2的處理量先增大后減小的原因是低于300℃時，反應(yīng)未達(dá)到平衡，隨溫度升高反應(yīng)速率加快，二氧化氮的處理量逐漸增大，高于300℃時，反應(yīng)達(dá)到平衡，升高溫度，平衡逆向移動，二氧化氮的處理量減??；(2)①該反應(yīng)的正反應(yīng)放熱，溫度越高，達(dá)到平衡所需時間越短，但不利于平衡向右移動，由題圖1知平衡時X1條件下NO2的體積分?jǐn)?shù)較大，達(dá)到平衡所需要的時間較短，若X表示溫度，則X1>X2；a、b、c三點(diǎn)所對應(yīng)的體系中消耗NO2的物質(zhì)的量為b>c>a，該反應(yīng)為氣體分子數(shù)增大的反應(yīng)，消耗的NO2越多，混合氣體的物質(zhì)的量之和越大，由質(zhì)量守恒及M=m/n知混合氣體的物質(zhì)的量之和越大，混合氣體的平均相對分子質(zhì)量越小，故a、b、c三點(diǎn)對應(yīng)的混合氣體的平均相對分子質(zhì)量大小為b<c<a；②在X條件下，t1~t3min與t2~t3min內(nèi)，反應(yīng)均處于平衡狀態(tài)，N2的濃度變化值均為0，平均反應(yīng)速率均為0。曲線I對應(yīng)的反應(yīng)達(dá)到平衡時，NO2的體積分?jǐn)?shù)為40%，設(shè)達(dá)到平衡時NO2轉(zhuǎn)化了xmol·L-1，列出三段式：，，解得x=，由此可求出平衡常數(shù)K=；(3)由題圖2知，當(dāng)溫度高于T1K時正反應(yīng)速率反而降低了，其可能的原因是溫度過高時催化劑的催化活性降低，從而導(dǎo)致正反應(yīng)速率下降；活化能越低，反應(yīng)速率越快，A、B兩點(diǎn)對應(yīng)溫度下該反應(yīng)的活化能Ea(A)＜Ea(B)?！纠?】二甲醚(DME)正逐漸替代化石燃料。有多種方法制備二甲醚，回答下列問題。(1)合成氣制二甲醚：4H2(g)＋2CO(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH＝-204.7kJ·mol-1①已知：H2O(g)＝H2O(l)ΔH＝-44.0kJ·mol-1，H2(g)的燃燒熱ΔH＝-285.8kJ·mol-1，CO(g)的燃燒熱ΔH＝-283.0kJ·mol-1。則二甲醚的燃燒熱ΔH＝________kJ·mol-1。②300℃，1L恒容密閉容器中充入4molH2和2molCO，測得容器內(nèi)壓強(qiáng)變化如下：反應(yīng)時間/min0510152025壓強(qiáng)/MPa12.410.28.47.06.26.2反應(yīng)進(jìn)行到20min時，H2的轉(zhuǎn)化率為________，CO的平均反應(yīng)速率v(CO)＝________mol·L-1·min-1。該溫度下的平衡常數(shù)K＝________(mol·L)-4。(2)CO2催化加氫制二甲醚，可以實(shí)現(xiàn)CO2的再利用。該過程主要發(fā)生如下反應(yīng)：Ⅰ．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH＝＋41.7kJ·mol-1Ⅱ．2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)ΔH＝-122.5kJ·mol-1恒壓條件下，CO2、H2起始量相等時，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和CH3OCH3的選擇性隨溫度變化如圖。已知：CH3OCH3的選擇性①300℃時，通入CO2、H2各1mol，平衡時CH3OCH3的選擇性、CO2的平衡轉(zhuǎn)化率都為30％，平衡時生成CH3OCH3的物質(zhì)的量＝________mol。溫度高于300℃，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升的原因是________。②220℃時，CO2和H2反應(yīng)一段時間后，測得A點(diǎn)CH3OCH3的選擇性為48％，不改變反應(yīng)時間和溫度，一定能提高CH3OCH3的選擇性的措施有________?！敬鸢浮?1460.575%0.0753

0.045升高溫度，反應(yīng)I正向進(jìn)行，CO2的平衡轉(zhuǎn)化率上升；反應(yīng)Ⅱ逆向進(jìn)行,CO2的平衡轉(zhuǎn)化率下降，300℃后升溫，上升幅度大于下降幅度增大壓強(qiáng)、使用對反應(yīng)Ⅱ催化活性更高的催化劑【詳解】(1)①(i)H2(g)的燃燒熱化學(xué)方程式為H2(g)＋O2(g)=H2O(l)ΔH＝-285.8kJ·mol-1，(ii)CO(g)的燃燒熱化學(xué)方程式為CO(g)＋O2(g)=CO2(g)ΔH＝-283.0kJ·mol-1，(iii)4H2(g)＋2CO(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH＝-204.7kJ·mol-1，(iv)H2O(g)＝H2O(l)ΔH＝-44.0kJ·mol-1，由蓋斯定律，反應(yīng)4(i)+2(ii)-(iii)-(iv)得到二甲醚的燃燒熱化學(xué)方程式CH3OCH3(g)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)ΔH＝[4×(-285.8)+2(-283.0)-(-204.7)-(-44.0)]kJ·mol-1=-1460.5kJ·mol-1；②從反應(yīng)開始到20min時，設(shè)CO的濃度變化量是x，根據(jù)反應(yīng)前后壓強(qiáng)之比等于物質(zhì)的量之比，則，解得x=1.5mol/L；反應(yīng)進(jìn)行到20min時，H2的轉(zhuǎn)化率為，CO的平均反應(yīng)速率v(CO)＝，平衡時，CO、H2、CH3OH的濃度分別為：0.5mol/L、1mol/L、1.5mol/L，該溫度下的平衡常數(shù)；(2)①300℃時CO2的平衡轉(zhuǎn)化率為30%，則消耗CO20.3mol，CH3OCH3的選擇性為30%，則生成CH3OCH3的物質(zhì)的量為0.3×0.3mol÷2=0.045mol；根據(jù)圖中信息，溫度高于300℃時，CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升的原因是反應(yīng)Ⅰ是吸熱反應(yīng)，反應(yīng)向吸熱反應(yīng)方向移動即正向移動，反應(yīng)Ⅱ是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡向吸熱反應(yīng)方向移動即逆向移動，升高溫度，對反應(yīng)Ⅱ的影響大于反應(yīng)Ⅰ，因此CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升；②提高CH3OCH3選擇性，即要使反應(yīng)Ⅱ平衡正向移動，由題意得，反應(yīng)Ⅰ是氣體體積不變的反應(yīng)，而反應(yīng)Ⅱ是氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，反應(yīng)Ⅱ平衡正向移動，而對反應(yīng)Ⅰ沒有影響，還可以選擇對反應(yīng)Ⅱ催化活性更高的催化劑。提分特訓(xùn)提分特訓(xùn)【題1】下列生產(chǎn)、生活等實(shí)際應(yīng)用，不能用勒夏特列原理解釋的是A．合成氨工業(yè)中，溫度越高越有利于氨的合成B．合成氨工業(yè)通常采用20MPa～50MPa壓強(qiáng)，以提高原料的利用率C．合成三氧化硫過程中使用過量的氧氣，以提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率D．實(shí)驗(yàn)室中用排飽和食鹽水的方法收集氯氣【答案】A【詳解】A．由勒夏特列原理知：合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，溫度越高越不利于氨的合成，A符合；B．由勒夏特列原理知：增壓平衡朝著氣體分子總數(shù)減小的方向移動。則合成氨工業(yè)通常采用20MPa～50MPa壓強(qiáng)，以提高原料的利用率，B不符合；C．由勒夏特列原理知：增加氧氣等廉價反應(yīng)物濃度，有利于平衡右移。則合成三氧化硫過程中使用過量的氧氣，以提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率，C不符合；D．氯氣和水反應(yīng)生成鹽酸和次氯酸是可逆反應(yīng)，由勒夏特列原理知：增大產(chǎn)物氯離子的濃度有利于平衡左移、抑制氯氣溶解，則實(shí)驗(yàn)室中用排飽和食鹽水的方法收集氯氣，D不符合；答案選A。【題2】下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說法中正確的是A．鐵作催化劑可加快反應(yīng)速率，且有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動B．升高溫度可以加快反應(yīng)速率，且有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動C．增大壓強(qiáng)能縮短到達(dá)平衡狀態(tài)所用的時間D．合成氨采用的壓強(qiáng)是1×107~3×107Pa，因?yàn)樵搲簭?qiáng)下鐵觸媒的活性最高【答案】C【詳解】A．使用催化劑只加快反應(yīng)速率，對化學(xué)平衡移動沒有影響，故A說法錯誤；B．升高溫度，加快反應(yīng)速率，合成氨為放熱反應(yīng)，根據(jù)勒夏特列原理，升高溫度，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動，不利于合成氨，故B說法錯誤；C．合成氨N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，增大壓強(qiáng)，加快反應(yīng)速率，縮短達(dá)到平衡狀態(tài)所用時間，故C說法正確；D．合成氨采用的壓強(qiáng)是1×107~3×107Pa，考慮對材料的強(qiáng)度和設(shè)備的制造要求，與鐵觸媒的活性無之間關(guān)系，故D說法錯誤；答案為D?！绢}3】熱催化合成氨面臨的兩難問題是：釆用高溫增大反應(yīng)速率的同時會因平衡限制導(dǎo)致NH3產(chǎn)率降低。我國科研人員研制了Ti-H-Fe雙溫區(qū)催化劑(Ti-H區(qū)域和Fe區(qū)域的溫度差可超過100℃)。Ti-H-Fe雙溫區(qū)催化合成氨的反應(yīng)歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面上的物種用*標(biāo)注。下列說法正確的是A．①為氮氮三鍵的斷裂過程B．①②③在低溫區(qū)發(fā)生C．④為N原子由Fe區(qū)域向Ti-H區(qū)域的傳遞過程D．使用Ti-H-Fe雙溫區(qū)催化劑使合成氨反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槲鼰岱磻?yīng)【答案】C【詳解】A．經(jīng)歷①過程之后氮?dú)夥肿颖淮呋瘎┪?，并沒有變成氮原子，因此不是氮氮三鍵斷裂的過程，A錯誤；B．①為催化劑吸附N2的過程，②為形成過渡態(tài)的過程，③為N2解離為N的過程，以上都需要在高溫時進(jìn)行；④⑤在低溫區(qū)進(jìn)行是為了增加平衡產(chǎn)率，B錯誤；C．由題中圖示可知，過程④完成了到兩種過渡態(tài)的轉(zhuǎn)化，N原子由Fe區(qū)域向區(qū)域傳遞，C正確；D．催化劑只能通過改變反應(yīng)的活化能而改變反應(yīng)速率，不能改變反應(yīng)物、生成物的能量，因此不能改變反應(yīng)的熱效應(yīng)，故化學(xué)反應(yīng)不會因加入催化劑而改變吸熱與放熱情況，D錯誤；故答案選C?！绢}4】工業(yè)合成氨是人工固氮的一種重要方式，氨的合成實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)迄今已有100多年歷史，合成氨技術(shù)是人類科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的重要突破。請回答：(1)下列有關(guān)獲取原料氣的說法正確的是___________。A．可通過液化空氣分離法得到氮?dú)釨．可用煤、天然氣與水蒸氣反應(yīng)制備水煤氣，進(jìn)而獲取氫氣C．原料氣需經(jīng)凈化處理以防催化劑中毒D．電解水法獲取氫氣是一種較為廉價且高效的方法(2)原料氣中的雜質(zhì)氣體H2S可用過量氨水凈化吸收，寫出化學(xué)反應(yīng)方程式___________。(3)工業(yè)生產(chǎn)中氮?dú)馀c氫氣按物質(zhì)的量之比為1：2.8進(jìn)行投料，合成塔壓強(qiáng)p恒定。若起始時氮?dú)馔ㄈ肓繛閤mol，一段時間后測得氮?dú)獾钠胶廪D(zhuǎn)化率為80%，用平衡分壓代替平衡濃度表示平衡常數(shù)的KP=___________(用p表示，氣體分壓=總壓ⅹ物質(zhì)的量分?jǐn)?shù))(4)據(jù)統(tǒng)計(jì)，每年全世界在合成氨工業(yè)中向外排放CO2高達(dá)40億噸，為循環(huán)使用CO2減少浪費(fèi)，常見的方法是利用合成氨的產(chǎn)品NH3和副產(chǎn)品CO2合成尿素：①2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(l)Ea1②NH2COONH4(l)CO(NH2)2(l)+H2O(l)Ea2副反應(yīng)：NH2COONH4+H2O=(NH4)2CO3已知活化能大?。篍a1＜＜Ea2某科研小組模擬工業(yè)合成尿素生產(chǎn)，發(fā)現(xiàn)反應(yīng)溫度在140℃時生成尿素的反應(yīng)速率反而比80℃小，可能原因是___________。(5)工業(yè)合成尿素中，通常氨碳投料比大于2，請分析可能原因___________。A．氨易獲得，成本較低B．氨過剩可提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率，加快合成速率C．氨氣可與體系內(nèi)水結(jié)合，減少氨基甲酸銨水解，抑制副反應(yīng)發(fā)生D．氨結(jié)合水，促進(jìn)反應(yīng)②正向移動【答案】ABCH2S+2NH3?H2O=(NH4)2S+2H2O反應(yīng)①活化能遠(yuǎn)小于反應(yīng)②，反應(yīng)①很快達(dá)到平衡，升高溫度反應(yīng)①逆向移動，氨基甲酸銨濃度減小，導(dǎo)致合成尿素速率減小，（若答：濃度效應(yīng)大于溫度效應(yīng)；氨基甲酸銨分解也給分；其他答案合理也可）BCD【詳解】(1)A氮?dú)獾姆悬c(diǎn)低，故可以通過液化空氣分離法得到氮?dú)?，故A對；B煤可以和水反應(yīng)生成水煤氣，故B對；C原料氣需經(jīng)凈化處理以防催化劑中毒，故C對；D電解水需要消耗過多能量，故不是廉價高效的方法，故D錯；故選ABC；(2)H2S與過量氨水反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2S+2NH3?H2O=(NH4)2S+2H2O；(3)；(4)反應(yīng)①活化能遠(yuǎn)小于反應(yīng)②，反應(yīng)①很快達(dá)到平衡，升高溫度反應(yīng)①逆向移動，氨基甲酸銨濃度減小，導(dǎo)致合成尿素速率減小，（若答：濃度效應(yīng)大于溫度效應(yīng)；氨基甲酸銨分解也給分；其他答案合理也可）；(5)A氨不容易獲得，錯；B根據(jù)反應(yīng)①，氨過量，可以提高二氧化碳的轉(zhuǎn)化率，濃度增大也能加快反應(yīng)速率，對；C氨氣容易與水反應(yīng)且易溶于水，較少副反應(yīng)發(fā)生，對；D氨結(jié)合水以后，可以促進(jìn)反應(yīng)②正向移動，對；故選BCD?！绢}5】煙氣中SO2和NO的轉(zhuǎn)化和綜合利用既有利于節(jié)約資源，又有利于保護(hù)環(huán)境。（1）采用NaClO2溶液作為吸收劑可同時對煙氣進(jìn)行脫硫、脫硝，在一定濃度的NaClO2溶液中通入含有SO2和NO的煙氣，反應(yīng)溫度為323K。已知：4H++ClO=4ClO2+Cl-+2H2O；ClO2氧化性大于NaClO2。①寫出NaClO2溶液將NO氧化為NO的離子方程式：___________。②已知脫硫反應(yīng)速率大于脫硝反應(yīng)速率，原因是除了SO2和NO在煙氣中的初始濃度不同，還可能是___________。③當(dāng)調(diào)節(jié)溶液初始pH由7升至12時，通入煙氣后，NO轉(zhuǎn)化率由100%降為51%，可能的原因是___________。（2）有氧條件下，NO在催化劑作用下可被NH3還原為N2。在釩基催化劑(V2O5)作用下的脫硝反應(yīng)機(jī)理如圖1所示。①根據(jù)圖1機(jī)理，NO、NH3在有氧條件下的總化學(xué)方程式是___________。②按上述圖1中NH3、NO和O2的比例進(jìn)行催化脫硝反應(yīng)。相同反應(yīng)時間，NH3和NO的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖2所示，200℃后，NO轉(zhuǎn)化率急劇下降的原因是___________。（3）羥基自由基(HO·)也可以用于脫硫脫硝。圖3表示光催化氧化技術(shù)可生成HO·：光照時，價帶失去電子產(chǎn)生有強(qiáng)氧化性的空穴，價帶上生成HO·；描述產(chǎn)生HO·的另一種過程：___________?！敬鸢浮浚?）2H2O+3ClO+4NO=4NO+3Cl-+4H+溶解度較低或脫硝反應(yīng)活化能較高堿性條件下會減少氧化性更強(qiáng)的ClO2產(chǎn)生，降低了NO轉(zhuǎn)化率（2）4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)超過200℃后，NH3與O2生成NO（3）光照時，電子從價帶躍遷至導(dǎo)帶，O2在導(dǎo)帶獲得電子生成H2O2或O，最終轉(zhuǎn)化為HO·【分析】（1）①NaClO2具有強(qiáng)氧化性，將NO氧化為NO的離子方程式：2H2O+3ClO+4NO=4NO+3Cl-+4H+；②二氧化硫能夠溶于水，而一氧化氮不溶于水，溶液中氣體的濃度越小，反應(yīng)速率越慢；反應(yīng)中反應(yīng)活化能越大，反應(yīng)速率越慢；因此脫硫反應(yīng)速率大于脫硝反應(yīng)速率，原因是除了SO2和NO在煙氣中的初始濃度不同，還可能是溶解度較低或脫硝反應(yīng)活化能較高；③當(dāng)調(diào)節(jié)溶液初始pH由7升至12時，溶液的堿性增強(qiáng)，4H++ClO=4ClO2+Cl-+2H2O反應(yīng)產(chǎn)生的ClO2減?。煌ㄈ霟煔夂?，NO轉(zhuǎn)化率由100%降為51%，可能的原因是堿性條件下會減少氧化性更強(qiáng)的ClO2產(chǎn)生，降低了NO轉(zhuǎn)化率；（2）①根據(jù)圖1機(jī)理，NO、NH3在有氧條件下，反應(yīng)生成氮?dú)夂退?，總化學(xué)方程式是4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)；②按上述圖1中NH3、NO和O2的比例進(jìn)行催化脫硝反應(yīng)。相同反應(yīng)時間，NH3和NO的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系如圖2所示，200℃后，NO轉(zhuǎn)化率急劇下降的原因是NH3與O2生成NO；（3）由圖3分析可知，價帶上水轉(zhuǎn)化為自由基HO·，電極反應(yīng)：H2O-e-=H++HO·，圖中HO·還有另外的產(chǎn)生途徑，光照時，電子從價帶躍遷至導(dǎo)帶，O2在導(dǎo)帶獲得電子生成H2O2或O，最終轉(zhuǎn)化為HO·。提分作業(yè)提分作業(yè)【練1】不符合工業(yè)合成氨生產(chǎn)實(shí)際的是A．鐵觸媒作催化劑 B．N2、H2循環(huán)使用C．NH3液化分離 D．反應(yīng)在常壓下進(jìn)行【答案】D【詳解】A.為加快反應(yīng)速率，合成氨生產(chǎn)中常用鐵觸媒作催化劑，A正確；B.為提高原料利用率，合成氨生產(chǎn)中N2、H2循環(huán)使用，B正確；C.NH3液化分離降低生成物濃度有利于平衡正向進(jìn)行，C正確；D.合成氨反應(yīng)在常壓下不能進(jìn)行，D錯誤；答案選D。【練2】在一定條件下，對于密閉容器中的反應(yīng)：N2＋3H22NH3，下列說法正確的是()A．當(dāng)?shù)獨(dú)夂蜌錃馔读媳?物質(zhì)的量之比)為1∶3時，達(dá)到平衡時氨的體積分?jǐn)?shù)最大B．增加鐵觸媒的接觸面積，不可能提高合成氨工廠的年產(chǎn)量C．達(dá)到平衡時，氫氣和氨氣的濃度比一定為3∶2D．分別用氮?dú)夂蜌錃鈦肀硎驹摲磻?yīng)的轉(zhuǎn)化率時，數(shù)值大小一定相同【答案】A【詳解】當(dāng)?shù)獨(dú)夂蜌錃馔读媳葹?∶3時，v(N2)∶v(H2)＝1∶3，兩種原料的轉(zhuǎn)化率相同，故達(dá)到平衡時氨的體積分?jǐn)?shù)最大，A正確；增加鐵觸媒的接觸面積，加快反應(yīng)速率，可以提高合成氨工廠的年產(chǎn)量，B錯誤；平衡時，物質(zhì)的濃度關(guān)系取決起始量和轉(zhuǎn)化率，所以到平衡時，H2和NH3的濃度比不一定為3∶2，C錯誤；反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，因化學(xué)計(jì)量數(shù)不同，則反應(yīng)速率的數(shù)值不同，D錯誤?！揪?】已知：=-60kJ·mol-1合成總反應(yīng)在起始物時，在不同條件下達(dá)到平衡，設(shè)體系中甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為，在t=250℃下的、在下的如圖所示。（1）加壓有利于提高甲醇的產(chǎn)率，但實(shí)際生產(chǎn)中壓強(qiáng)控制為30MPa而不是更大的原因___________；（2）圖中對應(yīng)恒溫條件下反應(yīng)過程的曲線是___________，判斷的理由是___________；（3）當(dāng)=0.03時，的平衡轉(zhuǎn)化率=___________(保留一位小數(shù))，由恒壓條件下的曲線判斷此時的反應(yīng)溫度可能是___________℃?！敬鸢浮浚?）壓強(qiáng)過大對設(shè)備要求過高，會增加生產(chǎn)成本（2）a正反應(yīng)為氣體系數(shù)減小的反應(yīng)，隨著壓強(qiáng)增大，平衡正向移動，x(CH3OH)增大（3）11.3%280【分析】該反應(yīng)正反應(yīng)為氣體系數(shù)減小，增大壓強(qiáng)平衡正向移動，甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大，對應(yīng)曲線a；該反應(yīng)正反應(yīng)為放熱，升高溫度平衡逆向移動，甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)減小，對應(yīng)曲線b。（1）壓強(qiáng)過大對設(shè)備要求過高，會增加生產(chǎn)成本，實(shí)際生產(chǎn)中壓強(qiáng)控制為30Mpa。（2）該反應(yīng)是正反應(yīng)為氣體系數(shù)減小的反應(yīng)，隨著壓強(qiáng)增大，平衡正向移動，x(CH3OH)增大，由圖中曲線可知，a線符合這個趨勢。（3）設(shè)當(dāng)=0.03時其生成了xmol，起始物，，依據(jù)題意有：=0.03，即，解得x=，的平衡轉(zhuǎn)化率；由恒壓條件下的曲線是曲線b，判斷此時的反應(yīng)溫度可能是280℃?！揪?】在氮及其化合物的化工生產(chǎn)中，對有關(guān)反應(yīng)的反應(yīng)原理進(jìn)行研究有著重要意義。(1)t℃時，關(guān)于N2、NH3的兩個反應(yīng)的信息如下表所示：化學(xué)反應(yīng)正反應(yīng)活化能逆反應(yīng)活化能t℃時平衡常數(shù)N2(g)+O2(g)=2NO(g)?H＞0akJ?mol-1bJ?mol-1K14NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)?H＜0eJ?mol-1dJ?mol-1K2請寫出t℃時NH3被NO氧化生成無毒氣體的熱化學(xué)方程式_______(反應(yīng)熱用a、b、e、d代數(shù)式表示)。t℃該反應(yīng)的平衡常數(shù)為_______(用K1和K2表示)。請解釋該反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行_______。(2)一定溫度下，將2molN2和6molH2置于1L的恒容密閉容器中發(fā)生如下反應(yīng)：N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H＜0。測得不同條件、不同時間段內(nèi)合成氨反應(yīng)中N2的轉(zhuǎn)化率，數(shù)據(jù)如下：1小時2小時3小時4小時T130%50%80%80%T235%60%ab①上表中T1_______T2(“＞”“＜”或“=”表示)，其中a、b、80%三者的大小關(guān)系是_______(用含“＞”“＜”或“=”的關(guān)系式表示)。②研究表明，合成氨的速率與相關(guān)物質(zhì)的濃度關(guān)系為v=，k為速率常數(shù)。以下說法正確的是_______(填字母)A．升高溫度，k值增大B．T2℃時若容器內(nèi)混合氣體平均相對分子質(zhì)量為17且保持不變，則反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)C．將原容器中的NH3及時分離出來可使v增大D．合成氨達(dá)到平衡后，增大c(N2)可使正反應(yīng)速率在達(dá)到新平衡的過程中始終增大。③已知某溫度下該反應(yīng)達(dá)平衡時各物質(zhì)均為1mol，容器容積為1L，保持溫度和壓強(qiáng)不變，又充入3molN2后，平衡_______(填“向左移動”“向右移動”或“不移動”)?！敬鸢浮?NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g)?H=(e-d-5a+5b)kJ·mol-1該反應(yīng)?H＜0，?S＞0，所以?G＜0，可以自發(fā)進(jìn)行＜a=b＜80%ABC不移動【詳解】(1)依題意可得：N2(g)+O2(g)=2NO(g)?H=(a-b)kJ?mol-1①4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)?H=(e-d)kJ?mol-1②利用蓋斯定律，將反應(yīng)②-①×5，即得t℃時NH3被NO氧化生成無毒氣體的熱化學(xué)方程式為4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g)?H=(e-d-5a+5b)kJ·mol-1。t℃該反應(yīng)的平衡常數(shù)為=。因?yàn)閍＞b、e＜d，所以?H=(e-d-5a+5b)＜0，反應(yīng)物的氣體分子數(shù)小于生成物的氣體分子數(shù)，該反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，原因是該反應(yīng)?H＜0，?S＞0，所以?G＜0，可以自發(fā)進(jìn)行。答案為：4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g)?H=(e-d-5a+5b)kJ·mol-1；；該反應(yīng)?H＜0，?S＞0，所以?G＜0，可以自發(fā)進(jìn)行；(2)①因?yàn)橄嗤瑫r間內(nèi)，T2時反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率大，則反應(yīng)速率快，溫度高，所以上表中T1＜T2；由于正反應(yīng)為放熱反應(yīng)，溫度高時反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率低，所以a、b、80%三者的大小關(guān)系是a=b＜80%。②A．升高溫度，反應(yīng)速率加快，則v增大，所以k值增大，A正確；B．合成氨反應(yīng)中混合氣的總質(zhì)