化学选择性必修1第四节 化学反应的调控精品导学案

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02
预习导学
自主梳理
一、合成氨反应的限度
1.反应原理
已知在298 K 时，N2(g)+3 H2(g)⇌2 NH3(g) 的△H=−92.2 kJ⋅ml−1 ，△S=−198.2 J⋅K−1⋅ml−1 。
2.反应特点

① ② ③ ④ ⑤ ⑥
3.有利于合成氨的条件
a.外界条件：⑦ 温度、⑧ 压强，有利于化学平衡向生成氨的方向移动。
b.投料比：温度、压强一定时，N2 、H2 的体积比为⑨ 时平衡混合物中氨的含量最高。
二、合成氨反应的速率
1.提高合成氨反应速率的方法
① ② ③ ④
2.浓度与合成氨反应速率之间的关系
在特定条件下，合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系式为v=kc(N2)⋅c1.5(H2)⋅c−1(NH3) ，由反应速率与参与反应的物质浓度的关系式可知：⑤ N2 或H2 的浓度，⑥ NH3 的浓度，都有利于提高合成氨反应的速率。
三、合成氨生产的适宜条件
1.合成氨反应适宜条件分析
（1）选择合成氨生产条件时，既不能片面地追求高① ，也不应只追求高② ，而应该寻求③ 的反应条件。
（2）考虑原料的④ 、未转化的合成气（氮气和氢气）的⑤ 、⑥ 的综合利用等。
2.合成氨的适宜条件
【答案】
一、2.① 可逆 ② 减小 ③ ＜ ④ ＜ ⑤ ＜ ⑥ 能 3.a.⑦ 降低 ⑧增大 b.⑨ 1:3 。
二、1.① 升高 ② 增大 ③ 增大 ④ 催化剂 2.⑤ 增大 ⑥ 减小
三、1.（1）① 转化率 ② 反应速率 ③ 以较高的反应速率获取适当转化率
（2）④ 价格 ⑤ 循环使用 ⑥ 反应热 。2.（1）⑦ 700 K ⑧ 1:2.8 ⑨ 铁
预习检测
1．已知反应2NH3⇌N2+3H2，在某温度下的平衡常数为0.25，在此条件下，氨的合成反应N2+3H2⇌2NH3的平衡常数为
A．4B．2C．1D．0.5
【答案】A
【解析】反应2NH3⇌N2+3H2，在某温度下的平衡常数为0.25，在此条件下，其逆反应的平衡常数，故选A。
2．下列关于硫酸工业和合成氨工业说法错误的是
A．都采用了高压B．都使用了催化剂
C．生产流程中都有造气和净化D．都使用了热交换器
【答案】A
【解析】A．硫酸工业采用了催化剂加热条件，合成氨工业采用高温、高压、催化剂作用下反应，故A错误；
B．硫酸工业使用五氧化二钒作催化剂，合成氨工业使用铁触媒作催化剂，故B正确；
C．生产流程中都有造气和净化，防止杂质使催化剂中毒，降低催化效果，故C正确；
D．两个工业产生都是放热反应，两者都使用了热交换器，将放出的热量对原料进行热处理，可以降低成本，故D正确。
综上所述，答案为A。
3．在硫酸工业生产中，通过下列反应使SO2氧化成SO3： 2SO2(g) +O2(g) 2SO3(g) ΔH= -196.6kJ/ml。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
从化学反应速率、化学平衡及生产成本、产量等角度综合分析，在实际生产中有关该反应适宜条件选择的说法正确的是
A．SO2的转化率与温度成反比，故采用尽可能低的温度
B．该反应在450℃左右、1MPa (常压)下进行较为合适
C．SO2的转化率与压强成正比，故采用尽可能高的压强
D．为了提高的SO2的转化率，应使用合适的催化剂
【答案】B
【解析】A．由表格数据可知，SO2的转化率与温度成反比，降低温度平衡向正反应方向移动，但反应速率减小，不利于提高SO2的产量，故A错误；
B．在1MPa、450℃时SO3的平衡转化率（97.5%）就已经很高了，若继续增大压强，平衡虽正向移动，但效果并不明显，比其高压设备的高额造价，得不偿失，故B正确；
C．由表格数据可知，SO2的转化率与压强成正比，但采用高压，平衡虽正向移动，但效果并不明显，比其高压设备的高额造价，得不偿失，故C错误；
D．催化剂不能改变SO2的平衡转化率，故D错误；
故选B。
4．下列关于化学反应的调控措施说法不正确的是
A．硫酸工业中，为使黄铁矿充分燃烧，可将矿石粉碎
B．硝酸工业中，氨的氧化使用催化剂是为了增大反应速率，提高生产效率
C．合成氨工业中，为提高氮气和氢气的利用率，采用循环操作
D．对于合成氨的反应，如果调控好反应条件，可使一种反应物的转化率达到100%
【答案】D
【解析】A．硫酸工业中，将矿石粉碎可以增大反应物的接触面积，有利于黄铁矿的充分燃烧，故A正确；
B．硝酸工业中，氨的氧化使用催化剂，可以降低反应的活化能，增大反应速率，提高生产效率，故B正确；
C．合成氨工业中，分离出液氨的混合气体中含有的氮气和氢气采用循环操作，有利于提高氮气和氢气的利用率，故C正确；
D．合成氨反应为可逆反应，可逆反应不可能完全反应，所以调控反应条件不可能使反应物的转化率达到100%，故D错误；
故选D。
5．关于工业合成NH3的说法中不正确的是
A．适当加压可提高氨的产率
B．加入催化剂可以加快反应速率
C．选择400-500℃是因该温度下氨的平衡产率最高
D．将含N2和H2的原料气循环使用可以提高原料的转化率
【答案】C
【解析】合成氨的反应为： 。
A．合成氨是气体体积减小的反应，适当增加压强平衡正向移动，可提高氨的产率，A正确；
B．加入催化剂可以加快反应速率，B正确；
C．对于放热反应而言温度越低氨的平衡产率更高，选择400-500℃是综合考虑该温度下反应速率和氨的产率，C错误；
D．将含N2和H2的原料气循环使用可以提高原料的转化率，D正确；
故选C。
6．德国化学家哈伯发明了以低成本制造氨的方法，大大满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下列是哈伯法的流程图，其中为提高原料平衡转化率而采取的措施是
A．①②③④B．②③④C．②④⑤D．②⑤
【答案】C
【解析】合成氨的反应是气体体积减小的、放热的可逆反应。净化干燥的目的是提高产物纯度，不能提高转化率，①不符合；催化剂只改变反应速率，不影响平衡状态，不能提高转化率，③不符合；而②④⑤操作均使合成氨反应平衡向正反应方向移动，均能提高反应转化率；故选C。
探究提升
03
►环节一 工业合成氨适宜条件的选择
【情境材料】
自1784年发现氨以后，人们一直在研究如何利用化学方法由氮气和氢气合成氨，但直到1913年才实现了合成氨的工业化生产，经过研究人员的努力，几十年后建造了日产氨1 000吨的大型装置。
【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？
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？
3．从工业合成氨的工艺流程图中可知，工业合成氨时为什么要通过冷却及时分离出液氨？
4．催化剂对化学平衡移动没有影响，为什么在合成氨工业中要使用催化剂？
【答案】1．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，但压强越大需要的动力越大，对材料的强度和设备的制造要求越高，一般采用的压强为10 MPa～30 MPa。
2．不是。因为从平衡的角度考虑，低温有利于合成氨，但是温度过低反应速率很慢，需要很长时间才能达到平衡，所以实际生产中，采用的温度为400～500 ℃(在此温度时催化剂的活性最大)。
3．减少平衡混合气体中氨的浓度，使合成氨的平衡正向移动，提高反应物的转化率。
4．催化剂可加快反应速率，提高生产效率。
要点归纳
1．合成氨反应的适宜条件
在实际生产中，既要考虑氨的产量，又要考虑生产效率和经济效益，综合速率与平衡两方面的措施，得出合成氨的适宜条件：
(1)浓度：一般采用N2和H2的体积比1∶3，同时增大浓度，这是因为合成氨生产的原料气要循环使用。
(2)温度：合成氨是放热反应，降低温度虽有利于平衡向正反应方向移动，但温度过低，反应速率过慢，400～500 ℃左右为宜，此温度也是催化剂活性温度范围。
(3)压强：合成氨是体积缩小的可逆反应，压强增大，有利于氨的合成，但对设备要求也就很高，所需动力也越大，应选择适当压强，即10 MPa～30 MPa。
(4)催化剂：选用铁触媒，能加快反应速率，缩短达到平衡所需时间。
2．工业生产中选择适宜生产条件的原则
（1）从可逆性、反应前后气态物质系数的变化、焓变三个角度分析化学反应的特点。
（2）根据反应特点具体分析外界条件对速率和平衡的影响；从速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况，选出适宜的外界条件。
（1）合成氨反应中，为了提高原料转化率，常采用将未能转化的N2、H2循环使用的措施。
（2）工业生产中，必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技术条件。
典例精讲
【例1】（2023春·江苏徐州·高二统考期中）合成氨反应为。图1表示在一定温度下此反应过程中的能量变化。图2表示在的密闭容器中反应时的物质的量随时间的变化曲线。图3表示在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量，平衡时的质量分数的变化曲线。
下列说法正确的是
A．该反应为自发反应，由图1可得加入适当的催化剂，E和都减小
B．图2中内该反应的平均速率，从起其他条件不变，压缩容器的体积为，则的变化曲线为d
C．图3中，a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物的转化率最高的是b点
D．该反应平衡常数表达式为，图3中和表示温度，对应温度下的平衡常数为，则：
【答案】B
【解析】A．加入催化剂活化能E降低，但不影响焓变，△H不变，由图1可知，合成氨是焓减熵减过程，△G＜0反应自发进行，根据△G＝△H−T△S可知，该反应在低温下自发进行，故A错误；
B．由图2可知，0～10min内氮气的物质的量变化量为0.6ml−0.3ml＝0.3ml，，速率之比等于化学计量数之比，故v(H2)＝3v(N2)＝3×0.015ml/(L•min)＝0.045ml/(L•min)，11min压缩体积，压强增大，平衡向正反应移动，平衡时氮气的物质的量小于原平衡，故n(N2)的变化曲线为d，故B正确；
C．图3表示平衡时氨气含量与氢气起始物质的量关系，曲线上各点都处于平衡状态，故a、b、c都处于平衡状态，达平衡后，增大氢气用量，氮气的转化率增大，故a、b、c三点中，c的氮气的转化率最高，故C错误；
D．由图3可知，氢气的起始物质的量相同时，温度T1平衡后，氨气的含量更高，该反应为放热反应，降低温度平衡向正反应移动，故温度T1＜T2，温度越高化学平衡越低，故K1＞K2，故D错误；
故答案选B。
【例2】（2022秋·广东广州）为探究外界条件对反应： 的影响，以投料比开始反应，通过实验得到不同条件下反应达到平衡时Z的物质的量分数与压强及温度的关系，实验结果如图所示。下列判断正确的是
A．
B．a+bC．升高温度，、都增大，平衡常数减小
D．恒温恒容时，增大投料比，A的转化率增大
【答案】C
【解析】A．由图可知，压强相等时，温度升高，Z的物质的量分数减小，所以平衡逆向移动，所以反应放热，A错误；
B．由图可知，温度相同时，压强增大，Z的物质的量分数增大，所以平衡正向移动，说明，B错误；
C．由A可在知，反应放热，升高温度，平衡逆向移动，所以平衡常数K减小，C正确；
D．增大，相当于增加A，则A本身的转化率降低，D错误；
故选C。
【例3】（2023春·广东·高二惠州一中校联考阶段练习）甲醇脱氢法制HCOOCH3工艺过程涉及如下反应：
反应Ⅰ：2CH3OH(g)HCOOCH3(g)＋2H2(g) ΔH1=＋135.4 kJ·ml-1
反应Ⅱ：CH3OH(g) CO(g)＋2H2(g) ΔH2=＋106.0 kJ·ml-1
向容积为10 L的恒容密闭容器中通入1 ml CH3OH(g)发生上述反应，反应相同时间，测得CH3OH的转化率和HCOOCH3的选择性随温度变化如图所示。(已知：HCOOCH3的选择性=)
下列说法错误的是
A．HCOOCH3(g) 2CO(g)＋2H2(g) ΔH=+76.6 kJ·ml-1
B．实线代表的是CH3OH的转化率
C．553 K时，H2的体积分数为0.25
D．高于553 K时，虚线趋势下降可能是因为HCOOCH3分解
【答案】C
【解析】A．根据盖斯定律，反应Ⅱ的2倍减去反应Ⅰ得到 ，A正确；
B．反应Ⅰ、反应Ⅱ都是吸热反应，升高温度，平衡正向移动，转化率增大，因此实线代表的是的转化率，B正确；
C．553K时，实线为的转化率20.0%，虚线为的选择性（50.0%），则
故553 K时，H2的体积分数为，C错误；
D．根据图中分析虚线为的选择性，实线为的转化率，高于553 K时，虚线趋势下降可能是因为HCOOCH3分解，D正确；
故选C。
04
课堂总结
05
强化训练探究提升
一、单选题
1．（2022秋·广东梅州·高二校联考期中）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。有关反应的说法中不正确的是
A．实际生产中，、再循环使用提高原料利用率
B．实际生产中，为了提高反应速率，压强越高越好
C．在生产中，通入过量空气的目的是提高的转化率
D．实际生产中，选定400~500℃作为操作温度的主要原因是催化剂的活性最高
【答案】B
【解析】A．二氧化硫和氧气的反应为可逆反应，SO2和O2不能反应完，因此SO2和O2需再循环利用以提高原料利用率，A正确；
B．压强过大，设备可能无法承受太大的压强，适当增大压强可提高反应速率和转化率，B错误；
C．通入过量的空气，则反应平衡正向移动，SO2的转化率提高，C正确；
D．实际生产中，温度为400-500℃时，催化剂的活性最高，因此400-500℃作为操作温度，D正确；
故答案选B。
2．（2023秋·云南丽江·高二统考期末）下列关于工业合成氨的叙述中错误的是
A．在动力、设备、材料允许的条件下尽可能在高压下进行
B．温度越高越有利于工业合成氨
C．在工业合成氨中N2、H2的循环利用可提高其利用率，降低成本
D．将混合气体中的氨液化有利于合成氨反应
【答案】B
【解析】A．合成氨的正反应为气体体积缩小的反应，压强越大，反应物的转化率越高，则在动力、设备、材料允许的条件下尽可能在高压下进行，故A正确；
B．合成氨的正反应为放热反应，升高温度后不利于氨气的生成，故B错误；
C．合成氨中N2和H2的循环使用，可以提高原料气的利用率，降低成本，故C正确；
D．合成氨的反应中，将混合气体中的氨气液化，减小了生成物浓度，平衡向着正向移动，可以用平衡移动原理解释，故D正确；
故答案选B。
3．（2023春·江苏常州·高二统考期中）以、为原料合成涉及的反应如下：
反应Ⅰ：
反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
在5MPa下，按照投料，平衡时，CO和在含碳产物中物质的量分数及的转化率随温度的变化如图。下列说法正确的是
A．反应Ⅲ中反应物的总键能大于生成物的总键能
B．曲线代表CO在含碳产物中物质的量分数
C．该条件下温度越低，越有利于工业生产
D．图示270℃时，平衡体系中的体积分数约为66.6%
【答案】D
【解析】A．根据盖斯定律I-Ⅱ可得反应ⅢCO(g)+2H2(g)⇌CH3OH(g) ΔH3=-49kJ·ml-1-41kJ·ml-1=-90kJ·ml-1；ΔH=反应物的总键能-生成物的总键能，故反应Ⅲ中反应物的总键能小于生成物的总键能，A错误；
B．反应Ⅱ的正反应是吸热反应，生成物中有CO，温度升高，反应Ⅱ的平衡正向移动，CO的物质的量分数增大；反应Ⅲ的正反应是放热反应，反应物中有CO，温度升高，反应Ⅲ的平衡逆向移动，CO的物质的量分数也会增大，也就是说，温度升高，CO的产量变大，则CO在含碳产物的物质的量分数增大，故符合这个规律的是曲线n，B错误；
C．由图可知，温度在150℃时有利于反应Ⅰ进行，CH3OH的含量高，有利于提高CH3OH的产率，但并不是温度越低越好，因为温度太低反应速率太慢，C错误；
D．根据题意设起始量n(CO2)=1ml，n(H2)=3ml，平衡时甲醇和CO的物质的量相等，设CH3OH物质的量为 xml，则CO 的物质的量也为xml，270℃时CO2的转化率为25%，则平衡时CO2的物质的量为0.75ml，根据碳守恒：0.75+2x=1，解得x=0.125，根据氧守恒，水的物质的量为：2ml-0.75ml×2-0.125ml-0.125ml=0.25ml，根据氢守恒，氢气的物质的量为=2.5ml，则反应后总的物质的量0.75ml+0.125ml+0.125ml+2.5ml+0.25ml=3.75ml，则平衡体系中H2的体积分数为=66.7%，D正确；
答案选D。
4．（2023秋·河南·高二校联考期末）下列说法错误的是
A．合成氨反应采取循环操作主要是为了提高化学反应速率
B． 、 ，则
C．反应 ，能自发进行的原因是
D．一定温度下，对平衡体系缩小体积，再次达到平衡时不变
【答案】A
【解析】A．合成氨工业采用循环操作，主要是为了提高氮气和氢气的利用率，提高经济效益，A项错误；
B．因为 ，根据盖斯定律可得，所以，即，B项正确；
C．反应能自发进行，说明，因为，则，C项正确；
D．温度不变，不变，缩小体积，平衡逆向移动，由于K不变，则再次达到平衡时不变，D项正确；
故选A。
5．（2023春·云南·高二校联考阶段练习）工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯(HCOOCH3)：，在容积固定的密闭容器中，投入等物质的量CH3OH和CO，测得相同时间内CO的转化率随温度变化如图实线所示(图中虚线表示相同条件下CO的平衡转化率随温度的变化)。下列说法不合理的是
A．适当增大压强可增大甲醇的平衡转化率
B．c点反应速率
C．反应速率，平衡常数
D．生产时反应温度控制在80~85℃为宜
【答案】C
【解析】A．因为反应物气体分子数大于生成物气体分子数，所以适当增大压强可使平衡正向移动，从而增大甲醇的平衡转化率，A合理；
B．c点时，CO的转化率小于该温度下的平衡转化率，则平衡正向移动，反应速率，B合理；
C．因为e点时温度高于b点时温度，所以e点反应速率比b点快，即反应速率，但正反应为放热反应，温度越高，平衡常数越小，所以平衡常数，Ｃ不合理；
D．80~85℃时，CO的转化率已经达到95.5%以上，且反应速率较快，所以生产时反应温度宜控制在80~85℃，D合理；
故选C。
6．（2023秋·广东广州·高二统考期末）1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大太满足了当时日益增长的人口对粮食的需求。下图是合成氨生产流程示意图，下列说法不正确的是
A．“干燥净化”可以防止催化剂中毒
B．“压缩机加压”既提高了原料的转化率又加快了反应速率
C．“冷却”提高了原料的平衡转化率和利用率
D．“铁触媒”在生产过程中需使用外加热源持续加热
【答案】D
【解析】A．合成氨反应的原料中含有能使催化剂中毒的杂质，所以“干燥净化”可以防止催化剂中毒，故A正确；
B．合成氨反应是气体体积减小的反应，增大压强，化学反应速率加快，平衡向正反应方向移动，原料的转化率增大，所以“压缩机加压”既提高了原料的转化率又加快了反应速率，故B正确；
C．氨气易液化，冷却时氨气转化为液氨，生成物的浓度减小，平衡向正反应方向移动，原料的转化率增大，所以“冷却”提高了原料的平衡转化率和利用率，故C正确；
D．合成氨反应为放热反应，“铁触媒”在生产过程中可以通过反应放出的热量和热交换达到反应所需的温度，不需使用外加热源持续加热，故D错误；
故选D。
7．（2023秋·江苏南通·高二统考期末）工业上通常采用铁触媒、在和的条件下合成氨。合成氨的反应为。下列说法正确的是
A．的
B．采用的高温是有利于提高平衡转化率
C．采用的高压能增大反应的平衡常数
D．使用铁触媒可以降低反应的活化能
【答案】D
【解析】A． 正反向气体分子总数减小，，A错误；
B． 采用的高温是有利于提高催化剂活性、提供反应速率，正反应是放热反应，升温平衡左移、平衡转化率小，B错误；
C． 采用的高压能增大反应速率、能使平衡右移，但平衡常数只受温度影响，故增压不影响平衡常数， C错误；
D．使用铁触媒可以降低反应的活化能、加快反应速率，D正确；
答案选D。
8．（2022秋·山西大同·高二统考期中）在硫酸工业中，通过下列反应使氧化为： 。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。下列说法错误的是
A．从理论上分析，选择温度450-550℃，既利于平衡正向移动又利于提高反应速率
B．从理论上分析，为了使尽可能多地转化为，应选择的条件是450℃，10MPa
C．在实际生产中，为了降低成本采用常压条件，因为常压下的转化率已经很高了
D．在实际生产中，通入过量的空气，既利于平衡正向移动，又利于提高反应速率
【答案】A
【解析】A．该反应为放热反应，从理论上分析，温度越低越有利于平衡正向移动，但温度过低反应速率太小，且影响催化剂的催化活性，所以工业上选择温度450～550°C，主要原因是考虑催化剂的活性最佳，A错误；
B．由表格数据可知450℃，10MPa，二氧化硫的转化率达99.7％，从理论上分析，为了使尽可能多地转化为，应选择的条件是450℃，10MPa，B正确；
C．反应为气体体积缩小的反应，增大压强平衡正向移动，所以从理论上分析，选择高压，但常压下的转化率已经很高了，继续增大压强，虽然二氧化硫的平衡转化率会提高，但不明显，且会增加设备成本，增大投资和能量消耗，在实际生产中，为了降低成本采用常压条件，C正确；
D．空气的成本较低，在实际生产中，通入过量的空气，反应物浓度增大，反应速率加快，平衡正向移动，从而可提高成本较高的二氧化硫的转化率，D正确；
故答案选A。
9．（2023春·江苏连云港·高二统考期末）NO氧化成NO2的热化学方程式为。对于反应，下列说法正确的是
A．该反应的
B．使用高效催化剂能提升的平衡转化率
C．反应的平衡常数可表示为
D．其他条件相同，减小的平衡转化率上升
【答案】C
【解析】A．由于，所以的△H>0，该反应是气体增加的反应，所以△S>0，故A错误；
B．使用催化剂只能加快反应速率，不能提高平衡转化率，故B错误；
C．反应的平衡常数可表示为正确。故C正确；
D．其他条件相同，减小的平衡转化率下降，NO的平衡转化率上升，故D错误；
答案选C。
10．（2022秋·江西南昌·高二南昌县莲塘第一中学校考阶段练习）已知A(g)+B(g)C(g)+D(g)反应的平衡常数和温度的关系如下：
830℃时，向一个2L的密闭容器中充入0.2ml的A和0.8ml的B，反应4s时测得C的物质的量n(C)=0.04ml，下列说法正确的是
A．4s时c(B)为0.76ml•L－1
B．830℃达平衡时，A的转化率为80%
C．反应达平衡后，升高温度，平衡正向移动
D．降低温度，反应C(g)+D(g)A(g)+B(g)的平衡常数增大
【答案】B
【解析】A．反应4s时测得C的物质的量n(C)=0.04ml，则参加反应的B的物质的量为0.04ml，c(B)==0.38ml•L－1，A不正确；
B．830℃达平衡时，设参加反应A的物质的量为x，则可建立如下三段式：
则，x=0.16ml，A的转化率为=80%，B正确；
C．由分析可知，正反应为放热反应，则反应达平衡后，升高温度，平衡逆向移动，C不正确；
D．A(g)+B(g)C(g)+D(g)为放热反应，则反应C(g)+D(g)A(g)+B(g)为吸热反应，降低温度，平衡逆向移动，平衡常数减小，D不正确；
故选B。
11．（2022秋·山东青岛）在3个初始温度均为T℃的密闭容器中发生反应：2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g) △H<0。下列说法正确的是
A．a>1.6
B．b>0.8
C．平衡时v正(SO2)：v(Ⅰ)D．若起始时向容器Ⅰ中充入1.0mlSO2(g)、0.20mlO2(g)和4.0mlSO3(g)，则反应将向正反应方向进行
【答案】C
【解析】A．Ⅱ与Ⅰ初始投入量相同，Ⅱ为绝热恒容容器，该反应为放热反应，故Ⅱ随着反应的进行容器温度升高，平衡时相当于对Ⅰ容器升高温度，向逆方向移动，则平衡时SO3的物质的量比Ⅰ小，即a<1.6，故A错误；
B．对于Ⅰ中反应，开始时n（SO2）=2ml，n（O2）=1ml，平衡时n（SO3）=1.6ml，若容器Ⅲ反应是在恒温恒容下进行，其等效开始状态是n（SO2）=4ml，n（O2）=2ml，物质的量是Ⅰ的一倍，容器的容积也是Ⅰ的一倍，则二者为等效开始状态，平衡时各种物质的含量相同，则平衡时SO3的物质的量是3.2ml，但由于该反应的正反应是气体体积减小的反应，反应Ⅲ是在恒温恒压下进行，反应从逆反应方向开始，反应发生使气体的压强增大，为维持压强不变，相当于在Ⅰ平衡的基础上扩大容器的容积而导致减小压强，减小压强化学平衡逆向移动，因此反应Ⅲ中达到平衡时SO3的物质的量比1.6ml要少，即b<1.6，故B错误；
C．Ⅱ为绝热容器，随着反应的进行容器温度升高，温度升高反应速率加快，则平衡时的正反应速率：v(Ⅰ)D．反应三段式为
平衡常数K==80，容器Ⅰ中充入1.0ml SO2 (g)、0.2ml O2(g)和4.0ml SO3 (g)的浓度商Qc==80=K，达到平衡状态，反应不移动，故D错误；
故选C。
12．（2023春·江苏泰州·高二姜堰中学校考期中）丙烷经催化脱氢制丙烯的反应为C3H8(g)=C3H6(g)+H2(g)。600℃，将固定浓度的C3H8通入有催化剂的恒容反应器，逐渐提高CO2浓度，经相同时间，测得出口处C3H6、CO和H2浓度随初始CO2浓度的变化关系如图所示。下列说法不正确的是
A．丙烷脱氢制丙烯反应的化学平衡常数K=
B．c(H2)和c(C3H6)变化差异的原因：CO2+H2CO+H2O
C．其他条件不变，投料比c(C3H8)/c(CO2)越大，C3H8转化率越小
D．若体系只有C3H6、H2、CO和H2O生成，则出口处物质浓度c之间一定存在关系：2c(C3H6)=2c(H2)+c(CO)+2c(H2O)
【答案】D
【解析】A．根据化学平衡常数的定义式，丙烷脱氢制丙烯反应的化学平衡常数K=，A正确；
B．丙烷催化脱氢生成的氢气会与CO2反应生成CO和H2O，因此丙烯的浓度变化基本不受二氧化碳浓度的影响，而H2的浓度随着二氧化碳浓度的增大而趋于一个定值，B正确；
C．其他条件不变，投料比c(C3H8)/c(CO2)越大，说明丙烷的相对浓度越大，丙烷浓度增大使其转化率减小，C正确；
D．根据丙烷催化脱氢制丙烯的反应可知，生成的丙烯和氢气的物质的量相同，而CO2+H2CO+H2O，则有c(C3H6)=c(H2)+c(CO)+c(H2O)，D错误；
故答案选D。
二、填空题
13．（2022秋·陕西宝鸡·高二校考期中）I.CO2可用来生产燃料甲醇。CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g) ΔH2=- 49kJ·ml-1。在体积为1L的恒容密闭容器中，充入1mlCO2和2mlH2，一定条件下发生上述反应，测得的浓度随时间的变化如表所示：
(1)H2的平衡转化率= 。该条件下上述反应的平衡常数K= 。
(2)下列措施中能使平衡体系中增大且不减慢化学反应速率的是_______。
A．升高温度B．充入He(g)，使体系压强增大
C．再充入1mlH2D．将H2O(g)从体系中分离出去
(3)当反应达到平衡时，H2的物质的量浓度为c1，然后向容器中再加入一定量H2，待反应再一次达到平衡后，H2的物质的量浓度为c2，则c1 c2(填“>”、“＜”或“=”)。
(4)要提高CO2的转化率，可以采取的措施是 (填序号)。
A．加入催化剂 B．增大CO2的浓度 C．通入惰性气体 D．通入H2 E.分离出甲醇
(5)T℃时，向恒容密闭容器中充入CO2和H2，发生反应CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g) △H。在使用不同催化剂时，相同时间内测得CO2的转化率随温度的变化如下图所示。
则催化效果最佳的是催化剂 (填“I”、“II”或“III”)。如果a点已经达到平衡状态，则b点的v正 v逆(填“>”、“<”或“=”)，c点转化率比a点低的原因是 。
【答案】(1) 75% 4
(2)C
(3)＜
(4)DE
(5) Ⅰ ＞ 该反应放热，温度升高，平衡逆向移动
【解析】（1）根据表中数据，甲醇平衡时的浓度为0.5ml/L，依据反应方程式可知，达到平衡时，消耗氢气的浓度为0.5ml/L×3=1.5ml/L，氢气平衡时的转化率为×100%=75%，达到平衡时c(CH3OH)=c(H2O)=0.5ml/L，c(CO2)=(1ml/L－0.5ml/L)=0.5ml/L，c(H2)=(2ml/L－1.5ml/L)=0.5ml/L，平衡常数K==4；故答案为75%；4；
（2）A．该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向进行，甲醇的物质的量减小，二氧化碳物质的量增大，即升高温度，该比值减小，故A不符合题意；
B．恒容状态下，充入He(g)，体系压强增大，但组分浓度不变，化学平衡不移动，该比值不变，故B不符合题意；
C．再充入1ml氢气，浓度增大，反应速率加快，增加反应物浓度，平衡向正反应方向移动，甲醇物质的量增大，二氧化碳物质的量减小，该比值增大，故C符合题意；
D．将水蒸气从体系中分离出来，化学反应速率减慢，故D不符合题意；
故答案为C；
（3）达到平衡时，再通入氢气，虽然平衡向正反应方向移动，但氢气浓度比原平衡大，即c1＜c2；故答案为＜；
（4）A．加入催化剂，对化学平衡移动无影响，即CO2的平衡转化率不变，故A不符合题意；
B．增大CO2的浓度，平衡虽然向正反应方向移动，但CO2的转化率降低，故B不符合题意；
C．恒容状态下，通入惰性气体，虽然气体压强增大，但组分浓度不变，化学平衡不移动，即二氧化碳的转化率不变，故C不符合题意；
D．通入氢气，平衡向正反应方向移动，二氧化碳转化率增大，故D符合题意；
E．分离出甲醇，平衡向正反应方向移动，二氧化碳转化率增大，故E符合题意；
故答案为DE；
（5）根据图中可知，相同温度下，催化剂Ⅰ的催化效果最大，即催化效果最佳的是催化剂Ⅰ；a点达到平衡，加入催化剂，对化学平衡移动无影响，b点没有达到平衡，二氧化碳转化率增大，说明反应向正反应方向进行，即v正＞v逆；a点达到平衡，c点也是平衡点，但c点温度高于a点，该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向进行，二氧化碳转化率降低；故答案为Ⅰ；＞；该反应放热，温度升高，平衡逆向移动。
14．（2023春·上海徐汇·高二上海市第二中学校考阶段练习）化学科学家采用丙烯歧化法制取乙烯和丁烯的反应原理为 。向恒温反应器中加入一定量的，生成的物质的量与时间的关系如表所示：
(1) ；容器初始压强为p0 KPa；平衡压强= KPa。内的平均反应速率为 。
(2)该条件下，任写一个能说明上述反应达到化学平衡状态的证据 。
(3)将置于体积为恒容反应器，反应进行时丙烯的转化率与温度的关系如图：

①该反应的 0(填“>”或“<”)。
②时 (保留小数点后两位)。
③时若继续加入，再次达到平衡后，乙烯体积分数为 。
【答案】(1) 1.5 p0 0.12ml/(L·min)
(2)C2H4的物质的量不变、C2H4的体积分数不变，的生成速率等于的消耗速率等
(3) < 0.11 20%
【解析】（1）由表格数据可知，1.5min后C2H4物质的量没有发生变化，反应达到平衡，故20min时，C2H4物质的量不变仍为1.5ml，a=1.5；该反应是气体体积不变的反应，反应过程中压强不变，平衡压强=初始压强=p0；内的平均反应速率=2v(C2H4)= =0.12ml/(L·min)。
（2）上述反应达到化学平衡状态的证据有：C2H4的物质的量不变、C2H4的体积分数不变，的生成速率等于的消耗速率等。
（3）①由图可知，升高温度，丙烯的平衡转化率减小，说明平衡逆向移动，该反应是放热反应，<0；
②T3时刻反应达到平衡，且由图丙烯的平衡转化率为40%，
平衡常数K=；
③再加入2ml丙烯，
K=，解得x=0.4，故乙烯体积分数为=20%。
15．（2023秋·河南驻马店·高二统考期末）金属钛(Ti)在航空航天、医疗器械等工业领域有着重要用途。目前生产钛的方法之一是将金红石(TiO2)转化为TiCl4，再进一步还原得到钛。回答下列问题：
(1)TiO2转化为TiCl4有直接氯化法和碳氯化法。在1000℃时反应的热化学方程式及其平衡常数如下：
(i)直接氯化：TiO2(s)+2Cl2(g)=TiCl4(g)+O2(g) △H1=+172kJ•ml-1，Kp1=1.0×10-2
(ii)碳氯化：TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)=TiCl4(g)+2CO(g) △H2=-51kJ•ml-1，Kp2=1.2×1012Pa
①对于直接氯化反应：增大压强，平衡 移动(填“向左”“向右”或“不”)；温度升高，平衡转化率 (填“变大”“变小”或“不变”)。
②直接氯化的反应趋势远小于碳氯化，其原因是 。
(2)在1.0×105Pa，将TiO2、C、Cl2按物质的量比1∶2.2∶2进行反应。体系中气体平衡组成比例(物质的量分数)随温度变化的理论计算结果如图所示。
①反应C(s)+CO2(g)CO(g)的平衡常数Kp(1400℃)= Pa(≈8.5)。
②图中显示，在200℃平衡时TiO2几乎完全转化为TiCl4，但实际生产中反应温度却远高于此温度，其原因是 。
(3)TiO2直接氯化和碳氯化都属于“气—固”反应，工业生产中有利于“气—固”充分接触的措施是 。
【答案】(1) 不 变大 直接氯化的体系是气体分子数不变、且是吸热过程，而碳氯化反应气体分子数增加，△H小于0，是熵增、放热过程，熵判据与焓判据均是自发过程
(2) 850 为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品，提高效益
(3)将固体粉碎后加入反应容器，鼓入Cl2吹起固体反应物，使固体粉末“沸腾”
【解析】（1）①对于直接氯化反应，反应后气体分子数不变，依据勒夏特列原理，增大压强，平衡往气体分子数减少的方向移动，即平衡不移动；该反应是吸热反应，温度升高，平衡往吸热方向移动，即向右移动，则平衡转化率变大；
②碳氯化的反应趋势远大于直接氯化，因为碳氯化反应气体分子数增加，∆H小于0，是熵增、放热过程，熵判据与焓判据均是自发过程，而直接氯化的体系气体分子数不变、且是吸热过程；
（2）①从图中可知，1400℃，体系中气体平衡组成比例CO2是0.05，TiCl4是0.35，CO是0.6，Cl2是0，反应C(s)+CO2(g)=CO(g)的平衡常数Kp(1400℃)===850；
②实际生产中需要综合考虑反应的速率、产率等，以达到最佳效益，实际反应温度远高于200℃，就是为了提高反应速率，在相同时间内得到更多的TiCl4产品，提高效益。
（3）固体颗粒越小，比表面积越大，反应接触面积越大。有利于TiO2 – C“固-固”接触，可将两者粉碎后混合，同时鼓入Cl2吹起固体反应物，使固体粉末“沸腾”，增大接触面积。
16．（2023春·广东深圳·高二深圳市龙华中学校考期中）工业利用、催化合成氨实现了人类“向空气中要面包”的梦想。
(1)原料气(含、、CO)中的CO能被催化剂吸附，需经过铜氨液处理除去，反应为： 。
①除去原料气中CO的理由是 。
②为提高CO吸收率，应选择的条件为 。
A．高温高压 B．高温低压 C．低温高压 D．低温低压
③中的配体为
(2)研究发现铁催化剂表面上合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在铁催化剂表面上的物种用*标注。
合成氨反应：的 (用图中字母表示)。
(3)反应的标准平衡常数可表达为：，其中为标准压强(0.1MPa)，、和分别为各组分的平衡分压(分压=总压×物质的量分数)。若和起始物质的量之比为1∶3，反应在恒温、恒压(10MPa)下进行，平衡时转化率为50%，则 (写出计算过程，结果保留两位有效数字)。
【答案】(1) 防止催化剂中毒 C NH3、CO
(2)-(a-b)
(3)0.00053
【解析】（1）①原料气(含、、CO)中的CO能被催化剂吸附，为防止催化剂中毒，需除去原料气中CO；
② ，正反应放热，降低温度平衡正向移动，正反应气体系数和减小，增大压强平衡正向移动，为提高CO吸收率，应选择的条件为低温高压，故选C。
③中NH3、CO与Cu+形成配位键，所以配体为NH3、CO；
（2）①根据图示，生成1ml氨气放热(a-b)kJ，合成氨反应：的-(a-b)。
（3）
0.00053。
课程标准
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、生活和科学研究中的重要作用。
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作用。
1．能从宏观与微观结合的视角，运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律，分析评估化学反应条件的选择和优化。
2．能从限度、速率、平衡等角度对化学反应和化工生产条件进行综合分析，解决生产、生活中的化学问题，形成节约成本、循环利用、保护环境等观念。
影响因素
选择条件
（1）温度
反应温度控制在⑦ 左右
（2）物质的量
N2 、H2 投料比⑧
（3）压强
1×107∼1×108Pa （低压、中压和高压）
（4）催化剂
选择⑨ 作催化剂
（5）浓度
使气态NH3 变成液态NH3 并及时分离出去，同时补充N2 、H2
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
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
无
加合适的催化剂
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，尽量采取高温并考虑催化剂的活性
压强
高压(有气体参加)
Δνg＜0
高压
在设备条件允许的前提下，尽量采取高压
Δνg＞0
低压
兼顾速率和平衡，选取适宜的压强
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/℃
700
900
830
1000
1200
平衡常数
1.7
1.1
1.0
0.6
0.4
容器编号
容器类型
初始体积
起始物质的量/ml
平衡时SO3物质的量/ml
SO2
O2
SO3
Ⅰ
恒温恒容
1.0L
2
1
0
1.6
Ⅱ
绝热恒容
1.0L
2
1
0
a
Ⅲ
恒温恒压
2.0L
0
0
4
b
时间/
0
3
5
10
15
浓度/ml/L
0
0.3
0.45
0.5
0.5
反应时间/min
0
5
10
15
20
25
的物质的量
0
0.8
1.2
1.5
1.5