化學反應的調控 （解析版）-2024年人教版新高二化學暑假講義+習題

第12講化學反應的調控

￡顏羽目標

i.通過工業(yè)合成氨適宜條件的選擇與優(yōu)化，認識化學反應速率和化學平衡的綜合調控在生產(chǎn)、生活和科學研

究中的重要作用。

2.在合成氨適宜條件的討論中，形成多角度分析化學反應和化工生產(chǎn)條件的思路，體會化學反應原理的應用

價值。

笈知識喜航

自發(fā)性

合成氨反應的特點-

可逆性

合成氨條

原理分析

件的理論

選擇提高反應速率的條件是

升高溫度、增大壓強

數(shù)據(jù)分析一

提高平衡混合物中氨的含量的

條件是降低溫度.增大壓強

壓強越大越好

低溫有利于提高原料的平

衡轉化率

問題討論催化劑改變反應歷程，降低反

應的活化能，使反應物在較低

溫度時能較快地發(fā)生反應

分離出氨以促使平衡向生成氨的方向移動

壓強：

工業(yè)合成10-30MPa

氨的適宜工業(yè)合成溫度：400500℃

氨的適宜

條件使用鐵觸媒作催化劑

條件

液化氨并及時分離，補

充原料氣并循環(huán)利用

合成氨的工藝流程

選擇工業(yè)合成適宜條件的原則

一、合成氨條件的理論選擇

1.合成氨反應的特點

合成氨反應：N2(g)+3H2(g)=2NH3(g)。已知298K時:AH=-92.4kJ-mol-1,A5=-198.2J-moP^K-1.

(1)自發(fā)性：常溫(298K)下，、H—TkS<0,能自發(fā)進行。

(2)可逆性：反應為可逆反應。

(3)燧變：AS<0,正反應是氣體體積縮小的反應。

(4)焰變：AH<0,是放熱反應。

2.原理分析

根據(jù)合成氨反應的特點，利用我們學過的影響反應速率的因素和勒夏特列原理分析應如何選擇反應條件,

以增大合成氨的反應速率、提高平衡混合物中氨的含量，請?zhí)顚懴卤怼?/p>

條件提高反應速率提高平衡轉化率

壓強增大壓強增大壓強

溫度升高溫度降低溫度

催化劑使用無影響

濃度增大反應物濃度增大反應物濃度,降低生成物濃度

3.數(shù)據(jù)分析

根據(jù)課本表2-2在不同溫度和壓強下(初始時N2和H2的體積比為1：3),平衡混合物中氨的含量實驗數(shù)據(jù)分

析，提高反應速率的條件是丑高溫度、增大壓強;提高平衡混合物中氨的含量的條件是降低溫度、增大壓

強。二者在溫度這一措施上是不一致的。實驗數(shù)據(jù)的分析與理論分析的結論是一致的。

二、工業(yè)合成氨的適宜條件

1.問題討論

⑴壓強

①原理分析：壓強越大越好。

②選用條件：目前，我國合成氨廠一般采用的壓強為10?股MPa。

③合成氨時不采用更高壓強的理由：壓強越大，對材料的強度和設備的制造要求就越高，需要的動力也越

大，這將會大大增加生產(chǎn)投資，并可能降低綜合經(jīng)濟效益。

(2)溫度

①原理分析：低溫有利于提高原料的平衡轉化率。

②選用條件：目前，在實際生產(chǎn)中一般采用的溫度為400?500

③不采用低溫的理由：溫度降低會使化學反應速率減小，達到平衡所需時間變長，這在工業(yè)生產(chǎn)中是很不

經(jīng)濟的。

合成氨反應一般選擇400-500。。進行的又一重要原因為鐵觸媒在500℃左右時的活性最大。

(3)催化劑

①原理分析：即使在高溫、高壓下，N2和H2的化合反應仍然進行得十分緩慢。

②選用條件：通常采用加入以鐵為主體的多成分催化劑,又稱鐵觸媒。

③選擇催化劑的理由:改變反應歷程，降低反應的活化能，使反應物在較低溫度時能較快地發(fā)生反應。

另外，為了防止混有的雜質使催化劑“中毒”，原料氣必須經(jīng)過凈化。

(4)濃度

①原理分析：在500℃和30MPa時，合成氨平衡混合物中NH3的體積分數(shù)也只有26.4%,即平衡時N?和

H2的轉化率仍不夠高。

②采取的措施：采取迅速冷卻的方法,使氣態(tài)氨變成液氨后及時從平衡混合物中分離出去；應將NH3分離

后的原料氣循環(huán)使用,并及時補充N2和H2,使反應物保持一定的濃度。

③采取該措施的理由：分離出NHa以促使平衡向生成NH3的方向移動,此外原料氣的循環(huán)使用并及時補充

原料氣，既提高了原料的利用率,又提高了反應速率,有利于合成氨反應。

2.工業(yè)合成氨的適宜條件

外部條件工業(yè)合成氨的適宜條件

壓強10-30MPa

溫度400?500℃

催化劑使用鐵觸媒作催化劑

濃度液化氨并及時分離，補充原料氣并循環(huán)利用m(N2)：W(H2)=1：2.8]

3.合成氨的工藝流程

液態(tài)NthNH3+N2+H2

4.選擇工業(yè)合成適宜條件的原則

(1)考慮參加反應的物質組成、結構和性質等本身因素。

(2)考慮影響化學反應速率和平衡的溫度、壓強、濃度、催化劑等反應條件。

(3)選擇適宜的生產(chǎn)條件還要考慮設備條件、安全操作、經(jīng)濟成本等情況。

(4)選擇適宜的生產(chǎn)條件還要考慮環(huán)境保護及社會效益等方面的規(guī)定和要求。

5.選擇化工生產(chǎn)適宜條件的分析角度

分析角度原則要求

從化學反應速率分析既不能過快，又不能太慢

既要注意外界條件對速率和平衡影響的一致性，又要注意二者影響的矛

從化學平衡移動分析

盾性

從原料的利用率分析增加易得廉價原料，提高難得高價原料的利用率，從而降低生產(chǎn)成本

從實際生產(chǎn)能力分析如設備承受高溫、高壓能力等

從催化劑的使用活性分析注意催化劑的活性對溫度的限制

考點01合成氨條件的選擇

【例1】下列有關合成氨工業(yè)的說法中，正確的是（）

A.從合成塔出來的混合氣體中，其中NH3只占15%,所以合成氨廠的產(chǎn)率都很低

B.由于氨易液化，N2、也在實際生產(chǎn)中可循環(huán)使用，所以總體來說合成氨的產(chǎn)率很高

C.合成氨工業(yè)的反應溫度控制在400?500℃,目的是使化學平衡向正反應方向移動

D.合成氨廠采用的壓強越大，產(chǎn)率越高，無需考慮設備、條件

【答案】B

【解析】合成氨的反應在適宜的生產(chǎn)條件下達到平衡時，原料的轉化率并不高，但將生成的NH3分離，再

將未反應的N2、比循環(huán)利用，可使氨的產(chǎn)率較高，A項錯誤、B項正確；合成氨工業(yè)選擇400?500℃的溫

度，主要從反應速率和催化劑活性兩方面考慮，合成氨的反應是放熱反應，低溫才有利于平衡向正反應方

向移動，C項錯誤；不論從反應速率還是化學平衡考慮，高壓更有利于合成氨，但壓強太大，對設備、動力

的要求更高，因此選擇10?30MPa,D項錯誤。

【變式1-1］下列有關合成氨工業(yè)的說法中正確的是（）

A.鐵作催化劑可加快反應速率，且有利于化學平衡向合成氨的方向移動

B.升高溫度可以加快反應速率，且有利于化學平衡向合成氨的方向移動

C.增大壓強能縮短到達平衡狀態(tài)所用的時間

D.合成氨采用的壓強是1x107?3xl07pa,因為該壓強下鐵觸媒的活性最高

【答案】C

【解析】催化劑可以改變反應速率，但不能使平衡移動，只能縮短反應達到平衡所需的時間，A項錯誤；

升高溫度可以加快反應速率，但合成氨反應是放熱反應，因此升高溫度不利于化學平衡向合成氨的方向移

動，B項錯誤；增大壓強反應速率加快，C項正確；催化劑的活性取決于溫度的高低，而非壓強的大小，D

項錯誤。

考點02以合成氨為背景的綜合題

【例2】對于合成氨反應，達到平衡后，以下分析正確的是()

A.升高溫度，對正反應的反應速率影響更大

B.增大壓強，對正反應的反應速率影響更大

C.減小反應物濃度，對逆反應的反應速率影響更大

D.加入催化劑，對逆反應的反應速率影響更大

【答案】B

【解析】A項，合成氨反應的正反應是放熱反應，升高溫度，正、逆反應的反應速率都增大，但是溫度對

吸熱反應的速率影響更大，所以對該反應來說，升高溫度對逆反應的反應速率影響更大，錯誤；B項，合成

氨的正反應是氣體體積減小的反應，增大壓強，對正反應的反應速率影響更大，正確；C項，減小反應物濃

度，正反應速率瞬間減小，由于生成物的濃度沒有變化，所以逆反應速率瞬間不變，然后逐漸減小，故減

小反應物濃度，對正反應的反應速率影響更大，錯誤；D項，加入催化劑，對正、逆反應的反應速率影響

相同，錯誤。

【變式2-1】合成氨工業(yè)對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展具有重要的意義。對于密閉容器中的反應N2(g)+

3H2(g)2NH3(g)AH<0,673K>30MPa下，”(Nlh)和〃(區(qū))隨時間的變化關系如圖所示。下列說法正確

A.c點處反應達到平衡

B.d點9時刻)和e點S時刻)處"g)不同

C.其他條件不變，773K下反應至。時刻，”(H2)比圖中的d點的值要大

D.a點的正反應速率比b點的小

【答案】C

【解析】c點是氫氣和氨氣物質的量相等的點，該點以后，氫氣的量還在減少，氨氣的量還在增加，故c點

沒有達到平衡，A項錯誤；力和力兩個時刻反應均處于平衡狀態(tài)，體系中各物質的物質的量不再變化，故d、

e兩點氮氣的物質的量相等，B項錯誤；773K>673K,工業(yè)合成氨為放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，

氫氣的物質的量增大，C項正確；反應達到平衡前，a點反應物濃度大于b點，因此a點的正反應速率比b

點的大，D項錯誤。

考點03化學反應的調控

【例3】某工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)生反應：2A(g)+B(g)M(g)AH<0。下列有關該工業(yè)生產(chǎn)的說法正確的是()

A.工業(yè)上合成M時，一定采用高壓條件，因為高壓有利于M的生成

B.若物質B廉價易得，工業(yè)上一般采用加入過量的B以提高A和B的轉化率

C.工業(yè)上一般采用較高溫度合成M,因溫度越高，反應物的轉化率越高

D.工業(yè)生產(chǎn)中常采用催化劑，因為生產(chǎn)中使用催化劑可提高M的日產(chǎn)量

【答案】D

【解析】加入過量B只能提高A的轉化率，B的轉化率降低；溫度升高，平衡逆向移動，反應物的轉化率

降低；使用催化劑可降低反應的活化能，提高反應速率。

【變式3-1】工業(yè)合成氨的反應為N2（g）+3H2（g）2NH3（g）AH<0,該反應應采取的適宜條件是（）

A.低溫、高壓、催化劑

B.適宜的溫度、高壓、催化劑

C.低溫、常壓、催化劑

D.適宜的溫度和壓強、催化劑

【答案】D

【解析】降溫，平衡右移，但反應速率太慢，從反應速率和催化劑的活性考慮，溫度選在700K左右；增

大壓強，平衡右移，但壓強太大，對設備要求很高，所以也要選擇適宜的壓強；催化劑能增大反應速率，

要選擇催化劑，故D項符合題意。

￡遒關檢測

1.合成氨工業(yè)中N2（g）+3H2（g）U2NH3（g）,選擇適宜的壓強時，不需要考慮的因素是

A.反應速率B.平衡移動C.設備成本D.催化劑活性

【答案】D

【解析】A.該反應為有氣體參與的反應，因此增大壓強，各物質的濃度增大，反應速率加快，提高氨氣的

生成速率，這是需要考慮的因素，故A不選；

B.該反應為反應前后氣體的總量發(fā)生變化的反應，因此增大壓強，平衡右移，有利于氨高氨氣的生成，這

是需要考慮的因素，故B不選；

C.增大壓強，需要設備耐壓能力要大，就要考慮到制造耐壓設備的成本，這是需要考慮的因素，故C不選；

D.催化劑的活性與溫度有關，與壓強沒有關系，選擇適宜的壓強時，不需要考慮催化劑的活性，故D可

選；

故選D。

2.氨是一種重要的化工原料，主要用于化肥工業(yè)，也廣泛用于硝酸、純堿、制藥等工業(yè)；合成氨反應N2（g）

+3H2（g）.'2NH3（g）AH=-92.4kJ/moL下列有關合成氨反應的說法正確的是

A.高溫條件下該反應可以自發(fā)

B.反應的AH=E（N-N）+3E（H-H）-6E（N-H）（E表示鍵能）

C.反應中每消耗1molH2轉移電子的數(shù)目約等于2x6.02x1023

D.該反應采用高溫高壓條件是為了增大H2的平衡轉化率

【答案】C

【解析】A.該反應氣體體積減小，是燃減的過程，即AS<0,當AG=AW-TA5<0時反應可以自發(fā)進行，

則低溫條件下該反應可以自發(fā)，A錯誤；

B.N2中氮原子間形成氮氮三鍵，則反應的M=E(NmN)+3E(H-H)-6E(N-H)(E表示鍵能)，B錯誤；

C.反應中每消耗ImolHz轉移電子的數(shù)目為2NA,約等于2X6.02X1023,c正確；

D.該反應是放熱反應，升高溫度，平衡逆向移動，不能增大H2的平衡轉化率，但采用高溫主要是考慮化

學反應速率和催化劑的活性；該反應氣體體積減小，增大壓強，平衡正向移動，可以增大H2的平衡轉化率，

D錯誤；

故選C。

3.合成氨解決了地球上因糧食不足而導致的饑餓和死亡問題，下列有關工業(yè)合成氨的說法錯誤的是

A.反應物是N?和H?B.過程屬于生物固氮

C.反應屬于可逆反應D.反應條件是高溫、高壓、催化劑

【答案】B

【解析】A.工業(yè)合成氨的原料是N2和,故A正確；

B.工業(yè)合成氨屬于人工固氮，故B錯誤；

C.工業(yè)合成氨N2+3H2=NH3是一個可逆反應，故C正確；

D.為了有利于合成氨，選擇了500℃左右的高溫，20MPa-50MPa的高壓，同時使用鐵觸媒做催化劑，故D

正確；

故選：B?

1

4.工業(yè)合成氨：N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)AH=-92.4kJ-mo?,一般采用700K左右的溫度，其原因是

①提高H2的平衡轉化率②適當提高氨的合成速率③提高氨的產(chǎn)率④催化劑在700K左右時活性最大

A.只有①B.②④C.②③④D.①②

【答案】B

1

【解析】工業(yè)合成氨：N2(g)+3H2(g),2NH3(g)AH=-92.4kJ.mol-,該反應是放熱的可逆反應，要使平衡

向正反應方向移動，應降低溫度，但溫度過低反應速率過小，不利于工業(yè)生成效益；溫度越高，反應速率

越大，所以應適當升高溫度，使反應速率增大。使用催化劑也能增大反應速率，但在700K左右時催化劑的

活性最大，所以選擇采用700K左右的溫度。故選擇②④，故答案選B。

5.工業(yè)上用乙烯和水蒸氣合成乙醇的原理為CH2=CH2(g)+H2(3(g)；,CH3cH20H(g)。如圖是乙烯的轉化

溫度/℃

A.該反應的正反應為吸熱反應

B.工業(yè)上采用的壓強為7MPa左右，溫度為250℃左右這是綜合考慮反應速率和乙醇的產(chǎn)率等因素的結果

C.相同溫度下，壓強越大，乙烯的轉化率越大，平衡常數(shù)越大

D.給予足夠的壓強和適當?shù)臏囟龋蓪崿F(xiàn)乙烯的轉化率為100%

【答案】B

【解析】A.根據(jù)圖象得到，升高溫度，乙烯的轉化率降低，說明平衡逆向移動，即逆向是吸熱反應，則該

反應的正反應為放熱反應，故A錯誤；

B.工業(yè)上采用的壓強為7MPa左右，溫度為250℃左右這是綜合考慮反應速率和乙醇的產(chǎn)率、壓強對設備

要求等因素的結果，故B正確；

C.相同溫度下，壓強越大，乙烯的轉化率越大，但平衡常數(shù)不變，平衡常數(shù)只與溫度有關，故C錯誤；

D.該反應是可逆反應，因此乙烯的轉化率不可能為100%,故D錯誤。

綜上所述，答案為B。

6.下列有關合成氨工業(yè)的說法正確的是

A.從合成塔出來的混合氣體中，NH3只占15%,所以合成氨工業(yè)的效率都很低

B.由于氨易液化，容易分離，N2、a在實際生產(chǎn)中可循環(huán)利用，所以總體來說氨的產(chǎn)率較高

C.合成氨工業(yè)的反應溫度控制在700K左右，目的是使化學平衡向正反應方向移動

D.合成氨工業(yè)采用鐵做催化劑，是為了提高反應物的轉化率

【答案】B

【解析】A.合成氨反應在適宜的生產(chǎn)條件下達到平衡時，雖然原料的轉化率不高，但將生成的NH3分離出

去后，再將未反應的N2、H2循環(huán)利用，可提高氨的產(chǎn)率，故A錯誤；

B.由于氨易液化，容易分離，N2、H2在實際生產(chǎn)中可循環(huán)利用，所以總體來說氨的產(chǎn)率較高，故B正確；

C.合成氨反應正向放熱，低溫才有利于平衡向正反應方向移動，合成氨工業(yè)中選擇700K左右的溫度，主

要是從反應速率和催化劑活性兩方面考慮，故C錯誤；

D.使用催化劑不能使平衡發(fā)生移動，不影響轉化率，故D錯誤。

綜上所述，答案為B。

7.下列敘述符合工業(yè)合成氨生產(chǎn)實際的是

A.V2O5做催化劑B.NH3循環(huán)利用

C.將N2和H2從體系中分離出去D.反應溫度由催化劑決定

【答案】D

【解析】A.工業(yè)合成氨生產(chǎn)中一般選擇鐵做催化劑，故A錯誤；

B.生產(chǎn)過程中將氨氣從混合氣體中分離出去后得到的N2和H2可以循環(huán)利用，故B錯誤；

C.將N2和H2從體系中分離出去，平衡逆向移動，不利于合成氨，不符合生產(chǎn)實際，故C錯誤；

D.催化劑在一定溫度下活性最大，催化效率最高，反應溫度由催化劑決定，故D正確。

綜上所述，答案為D。

8.工業(yè)合成氨的反應為N式g）+3Hz（g）=2NH3（g）AH<0,該反應應采取的適宜條件是

A.低溫、高壓、催化劑B.適宜的溫度、高壓、催化劑

C.低溫、常壓、催化劑D.適宜的溫度和壓強、催化劑

【答案】D

【解析】降溫，平衡右移，但反應速率太慢，從反應速率和催化劑的活性考慮，溫度選在700K左右增大壓

強，平衡右移，但壓強太大，對設備要求很高，所以也要選擇適宜的壓強；催化劑能增大反應速率，要選

擇催化劑。

即采取的適宜條件是：適宜的溫度和壓強、催化劑。

答案選D。

9.下列生活和生產(chǎn)中的做法或事實，與調控反應速率無關的是（）

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

【解析】A.牛奶放在冰箱中冷藏，降低了溫度，反應速率降低，A正確;

B.使用加酶洗衣粉洗滌衣物，相當于使用了催化劑，加快反應速率，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，使平衡正向進行，與速率無關，D錯誤；

故選D。

10.不符合工業(yè)合成氨生產(chǎn)實際的是

A.鐵觸媒作催化劑B.N2、壓循環(huán)使用

C.NH3液化分離D.反應在常壓下進行

【答案】D

【解析】A.為加快反應速率，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、田循環(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行，C正確；

D.合成氨反應在常壓下不能進行，D錯誤；答案選D。

11.1905年德國化學家哈伯發(fā)明了合成氨的方法，他因此獲得了1918年度諾貝爾化學獎。哈伯法合成氨需

要20-50Mpa的高壓和500℃的高溫下，用鐵作催化劑，且氨的產(chǎn)率為10%?15%。2005年美國俄勒岡大

學的化學家使用了一種名為transFe(DMeOPrPE)2Cl2的鐵化合物作催化劑，在常溫常壓下合成出氨，反應可

表示為N2+3H2=2NH3,下列有關說法正確的是()

A.不同的催化劑對化學反應速率的影響均相同

B.哈伯法合成氨是吸熱反應，新法合成氨是放熱反應

C.新法合成能在常溫下進行是因為不需要斷裂化學鍵

D.新法合成與哈伯法相比不需要在高溫條件下，可節(jié)約大量能源，極具發(fā)展愿景

【答案】D

【解析】A.不同的催化劑催化機理不同，效果也不同，但在其他條件相同時，轉化率相同，A錯誤；

B.新法合成與哈伯法合成都是反應物總能量大于生成物總能量，因此兩個反應都是放熱反應，只是新法降低

了反應所需的能量，減少反應過程中的能源消耗，B錯誤；

C.新法實際上是降低了反應所需的能量，舊化學鍵要斷裂、新化學鍵也要同時生成，反應的本質與使用哪種

催化劑無關，C錯誤；

D.高溫條件需要大量能源，用transFe(DMeOPrPE)2C12作催化劑，在常溫常壓下合成出氨，減少能源消耗，

所以新法合成與哈伯法相比不需要在高溫條件下，可節(jié)約大量能源，極具發(fā)展遠景，D正確；

故合理選項是D。

12.合成氨時既要使合成氨的產(chǎn)率增大，又要使反應速率加快，可采取的方法是()。

①減壓；②加壓；③升溫；④降溫；⑤及時從平衡混合氣中分離出NH3；⑥補充N2或H2；⑦加催化劑；⑧

減小N2或H2的量

A.③④⑤⑦B.②④⑥C.僅②⑥D.②③⑥⑦

【答案】C

【解析】合成氨的反應為N2(g)+3H2(g).史露J巴“2NH3(g),該反應的特點為：正反應放熱且氣

體分子數(shù)減??；

①減壓，反應速率減慢，平衡逆向移動，NH3的產(chǎn)率減小，①不可采??；

②加壓，反應速率加快，平衡正向移動，NH3的產(chǎn)率增大，②可采??；

③升溫，反應速率加快，平衡逆向移動，NH3的產(chǎn)率減小，③不可采??；

④降溫，反應速率減慢，平衡正向移動，NH3的產(chǎn)率增大，④不可采?。?/p>

⑤及時從平衡混合氣中分離出NR,反應速率減慢，平衡正向移動，NH3的產(chǎn)率增大，⑤不可采取；

⑥補充N2或H2,反應速率加快，平衡正向移動，NH3的產(chǎn)率增大，⑥可采??；

⑦加催化劑，反應速率加快，但平衡不移動，NH3的產(chǎn)率不變，⑦不可采??；

⑧減小N2或H2的量，反應速率減慢，平衡逆向移動，NH3的產(chǎn)率減小，⑧不可采?。?/p>

可采取的是②⑥，答案選C。

13.合成氨反應為N2(g)+3H式g).-2NH3(g)AH=-92.4kJ?moL。下列有關該反應的說法正確的是

A.催化劑增大了正、逆反應的活化能

B.升高溫度，該反應的平衡常數(shù)增大

C.正反應的活化能小于逆反應的活化能

D.反應在高溫、高壓和催化劑條件下進行可提高的平衡轉化率

【答案】C

【解析】A.催化劑降