人教版 选择性必修1 化学反应原理 第四节　化学反应的调控(01).DOCX

1、第四节第四节化学反应的调控化学反应的调控 【课程标准要求】 1.认识化学反应速率和化学平衡的综合调控在生产、生活和科学研究领域中的重 要作用。 2.知道催化剂可以改变反应历程，对调控反应速率具有重要意义。 3.能运用温度、浓度、压强和催化剂对化学反应速率的影响规律解释生产、生活、 实验室中的实际问题，能讨论化学反应条件的选择和优化。 4.以工业合成氨为例，能从限度、速率等角度对化学反应和化工生产条件进行综 合分析。 一、合成氨反应的原理分析 1.合成氨反应的特点 合成氨反应：N2(g)3H2(g)2NH3(g)。已知 298 K 时：H92.4 kJ/mol， S198.2 Jmol 1K1。

2、 (1)可逆性：反应为可逆反应。 (2)体积变化：正反应是气体体积减小的反应。 (3)焓变：H0，熵变S0。 (4)自发性：常温(298 K)下，HTS0，能自发进行。 2.合成氨原理分析 根据合成氨反应的特点，以增大合成氨的反应速率，提高平衡混合物中氨的含量 为目的分析： (1)增大合成氨反应速率可采取的措施有升高温度、增大压强、增大反应物浓度及 使用催化剂等。 (2)提高平衡混合物中氨的含量可采取的措施有降低温度、增大压强、增大反应物 浓度等。 【微自测】 1.判断下列说法的正误(正确的打“”，错误的打“”) (1)工业合成氨的反应是放热反应，任何温度下都能自发进行() (2)1 mol

3、N2与足量的 H2在一定条件下合成氨，充分反应后能得到 2 mol 氨气() (3)合成氨的反应，只有在催化剂的条件下才能增加转化率() (4)工业合成氨时，充入的 N2越多，越有利于 NH3的合成() 二、合成氨工业生产中反应条件的控制 1.压强 (1)理论分析和对实验数据的分析表明，合成氨时压强越大越好，压强越大，对材 料的强度和设备要求越高，需要的动力越大，将会大大增加生产投资，降低综合 经济效益。 (2)目前，我国的合成氨厂一般采用的压强为 1030_MPa。 2.温度 (1)根据平衡移动原理，合成氨应该采用低温(填“低温”或“高温”)以提高平衡 转化率。温度降低，化学反应速率减小，达

4、到平衡所需时间变长，经济效益下降。 (2)在合成氨实际生产中，一般采用的温度为 400500_。 3.催化剂 (1)通常采用加入催化剂的方法，改变反应历程，降低反应的活化能，使反应物在 较低温度时能较快地进行反应。 (2)合成氨工业中普遍使用铁触媒作催化剂，在 500 左右时活性最大。为防止催 化剂中毒，原料气必须经过净化。 4.浓度 (1)采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液态氨后及时从平衡混合物中分离出去， 以促使平衡向生成氨的方向移动。 (2)将分离 NH3后的原料气循环利用，并及时补充 N2和 H2，使反应物保持一定的 浓度，以利于合成氨反应。 【微自测】 2.合成氨时既要提高氨的产率，

5、又要增大反应速率，可采取的办法是() 减压加压升温降温及时从平衡混合物中分离出 NH3充入 N2或 H2加催化剂减小 N2或 H2的物质的量 A.B. C.D. 答案C 解析增大压强、降低温度、及时从平衡混合物中分离出 NH3、充入 N2或 H2均 能提高氨的产率；增大压强、升高温度、充入 N2或 H2、加催化剂均能增大反应 速率，故符合题意，即 C 项正确。 三、化学反应的调控 1.影响化学反应进行的因素 (1)内因：参加反应的物质组成、结构和性质等本身因素。 (2)外因：有温度、压强、浓度、催化剂等反应条件。 2.化学反应的调控 (1)化学反应的调控，就是通过改变反应条件使一个可能发生的反

6、应按照某一个方 向进行。 (2)在实际生产中常常要结合设备条件、安全操作、经济成本等情况，综合考虑影 响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找一个适宜的生产条件。 (3)要根据环境保护及社会效益等方面的规定和要求做出分析、权衡利弊，才能实 施生产。 【微自测】 3.合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量的 CO 的混合气体)在进入合成塔前常用 醋酸二氨合铜溶液来吸收原料气中的 CO，其反应是Cu(NH3)2AcCO NH3Cu(NH3)3AcCO(H0) (1)必须除去原料气中 CO 的原因是_； (2)醋酸二氨合铜()吸收 CO 的生产适宜条件是_ _； (3)吸收 CO 后的醋酸铜氨溶液经过适

7、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适宜条件是_。 答案(1)防止催化剂中毒(2)低温、高压(3)高温、低压 解析(1)除去一氧化碳防止催化剂中毒； (2)Cu(NH3)2Ac(aq)CONH3Cu(NH3)3AcCO(aq)H0，由反应可知， 该反应为气体体积减小的放热反应，所以加压和采取较低的温度可使平衡向正反 应方向移动，有利于 CO 的吸收； (3)要使吸收 CO 后的醋酸铜氨溶液经过适当处理后再生，恢复其吸收 CO 的能力 以供循环使用，只要使平衡向逆反应方向移动即可，逆反应方向为气体体积增大 的吸热反应，所以在高温低压下使平衡逆向移动。 一、

8、工业合成氨适宜条件的分析一、工业合成氨适宜条件的分析 【活动探究】 下表中的数据是在不同温度、压强下，合成氨反应达到平衡时，反应混合物中氨 含量的变化情况： 温度/ 氨的含量/% 0.1 MPa10 MPa20 MPa30 MPa60 MPa100 MPa 20015.381.586.489.995.498.8 3002.2052.064.271.084.292.6 4000.4025.138.247.065.279.8 5000.1010.619.126.442.257.5 6000.054.509.1013.823.131.4 (1)压强对工业合成氨的影响如下图所示： 400 下平衡时氨的

9、体积分数随压强的变化示意图 压强对合成氨的反应速率和原料的转化率有何影响？ 提示：增大压强能增大合成氨的反应速率，使合成氨的平衡正向移动，能提高原 料的转化率和平衡混合物中氨的体积分数。 合成氨工业中压强是否越大越好？为什么？ 提示：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，但压强增大需要的动力越大，对材料的强度和设备制造要求提高，增加了生 产投资、降低了综合经济效益。 依据上述材料中的数据判断，合成氨工业采用的压强是多少？ 提示：1030 MPa。 (2)温度对工业合成氨的影响如下图所示： 10 MPa 下平衡时氨的体积分数随温度的变化示意图 温度对合成氨的反应速

10、率和原料的转化率有何影响？ 提示：升高温度能加快合成氨的反应速率，但升高温度能使合成氨的平衡逆向移 动，降低了反应物的转化率和平衡混合气体中的氨的体积分数。 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？目 前工业合成氨采用的温度是多少？ 提示：不是；低温尽管对合成氨的产率有利但温度越低反应速率越较慢，达平衡 所需时间变长，经济效益降低；目前工业合成氨采用的温度为 400500 。 (3)催化剂对工业合成氨的影响。 工业合成氨时加入催化剂为什么能加快化学反应速率？ 提示：加入催化剂，能降低反应的活化能，提高了活化分子的百分比，有效碰撞 次数增多，反应速率加快。 催化剂对合成

11、氨的化学平衡有何影响？ 工业合成氨选用 400500 高温的原因除加快反应速率之外的原因是什么？ 提示： 催化剂对合成氨的化学平衡无影响； 铁触媒在 400500 范围内的催化活 性最大。 【核心归纳】 1.合成氨工业中生产条件的控制 2.化工生产适宜条件选择的一般原则 条件原则 从化学反应速率分析既不能太快，又不能太慢 从化学平衡移动分析尽可能使化学平衡向生成所需产物的方向移动 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、高压的能力等 从催化剂的使用活性分 析 注意催化剂的活性对温度的限制 【实践应用】 1.工业上合成

12、氨一般采用 700 K 左右的温度，其原因是() 适当提高合成氨的速率提高 H2的转化率提高氨的产率催化剂在 700 K 时活性最大 A.B. C.D. 答案D 解析在 700 K 时，可适当提高合成氨的反应速率，且在该温度下，铁触媒的活 性最大。 2.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

13、(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。 二、合成氨的工艺流程及化工生产中反应条件的优化二、合成氨的工艺流程及化工生产中反应条件的优化 【核心归纳】 1.合成氨生产的工艺流程 (1)生产流程 (2)流程分析 原料气干燥、净化：除去原料气中的水蒸气及其他气体杂质，防止与催化剂接 触时，导致催化剂“中毒”而降低或丧失催化活性。 压缩机加压：增大压强。 热交换：合成氨反应为放热反应，反应体系温度逐渐升高，为原料气反应提供 热量，故热交

14、换可充分利用能源，提高经济效益。 冷却：生成物 NH3的液化需较低温度，采取迅速冷却的方法，可使气态氨变成 液氨后及时从平衡混合物中分离出来，以促使平衡向生成 NH3的方向移动。 循环使用原料气： 因合成氨反应为可逆反应， 平衡混合物中含有原料气， 将 NH3 分离后的原料气循环利用，并及时补充 N2和 H2，使反应物保持一定的浓度，以 利于合成氨反应，提高经济效益。 2.化工生产中化学反应条件的优化 (1)化学反应条件选择的基本原则 化学反应速率和化学平衡的调控在生活、生产中起着重要作用，在实际生产中应 当运用对立统一规律，综合化学反应速率和化学平衡规律，既考虑反应进行的快 慢，又考虑反应的

15、限度，在这个过程中还要坚持以下三个原则： 既要注意外界条件对化学反应速率和化学平衡影响的一致性，又要注意对二者 影响的矛盾性。 既要注意温度、催化剂对化学反应速率影响的一致性，又要注意催化剂的活性 对温度的要求。 既要注意理论上的需要，又要考虑实际生产(如设备条件、安全操作、经济成本 等)的可能性。 (2)化学反应条件优化的基本思路 从可逆性、反应前后气体体积的变化、焓变、反应的方向四个角度分析反应的 特点。 根据反应特点具体分析外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响；从化学反 应速率和化学平衡的角度综合分析， 再充分考虑实际情况， 选择适宜的外界条件。 【实践应用】 1.下图为工业合成氨的流

16、程图，下列有关说法不正确的是() A.步骤中“净化”可以防止催化剂“中毒” B.步骤中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以增大反应速率 C.步骤均有利于提高原料的平衡转化率 D.液态 NH3除可生产化肥外，还可作制冷剂 答案C 解析步骤中“净化”可以除去原料气中的杂质气体，防止杂质气体降低催化 剂的催化效果， A 项正确； 合成氨反应是气体分子数减小的反应， 则步骤中“加 压”可使平衡正向移动，即可提高原料转化率，增大压强，可以使反应物浓度增 大，则可增大反应速率，B 项正确；步骤为“催化反应”，催化剂只能改变反 应速率，不能使平衡移动，故不能改变平衡转化率，C 项错误；氨是制备氮肥的 原料

17、，液氨汽化时吸收热量，可以作为制冷剂，D 项正确。 2.据报道，在 300 、70 MPa 下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实：2CO2(g) 6H2(g)CH3CH2OH(g)3H2O(g)。下列叙述错误的是() A.使用 CuZnFe 催化剂可大大提高生产效率 B.反应需在 300 下进行可推测该反应一定是吸热反应 C.充入大量 CO2气体可提高 H2的转化率 D.从平衡混合气体中分离出 CH3CH2OH 和 H2O 可提高 CO2和 H2的利用率 答案B 解析使用催化剂可加快反应速率，从而提高生产效率，A 项正确；加热可以加 快化学反应速率，放热反应也可能在加热条件下进行，B 项错误；

18、充入大量 CO2 气体可使平衡正向移动，提高 H2的转化率，C 项正确；从平衡混合气体中分离出 CH3CH2OH 和 H2O 可促使平衡正向移动，从而提高 CO2和 H2的利用率，D 项正 确。 核心体系建构 1.下列叙述符合工业合成氨生产实际的是() A.V2O5做催化剂 B.NH3循环利用 C.将 N2和 H2从体系中分离出去 D.反应温度由催化剂决定 答案D 解析A.工业合成氨生产中一般选择铁触媒做催化剂，故 A 错误；B.生产过程中 将氨气从混合气体中分离出去后得到的 N2和 H2可以循环利用，故 B 错误；C.从 体系中分离出去的是 NH3、不是 N2、H2，故 C 错误；D.催化剂

19、在一定温度下活性 最大，催化效率最高，反应温度由催化剂决定，故 D 正确。 2.工业上用氮气和氢气合成氨： N23H2高温、高压 催化剂 2NH3H0， 从反应速率和 化学平衡两方面看，合成氨的适宜条件一般为压强：1030 MPa，温度：700 K 左右，催化剂：铁触媒。下列有关合成氨工业的叙述不正确的是() A.使用铁触媒，可使氮气和氢气混合气体之间的反应在较低温度下取得较高的反 应速率 B.工业上选择上述条件下合成氨，可以使氮气全部转化为氨 C.上述化学平衡的移动受到温度、反应物的浓度、压强等因素的影响 D.温度升高，不利于提高氮气的转化率 答案B 解析A.铁触媒是该反应的催化剂，使用铁触

20、媒，可使氮气和氢气混合气体之间 的反应在较低温度下取得较高的反应速率，A 正确；B.合成氨的反应是可逆反应， 反应物的平衡转化率不可能达到 100%，B 错误；C.改变温度、反应物浓度、压强 均可使合成氨正逆反应速率不同倍增大、 减小， 故上述化学平衡的移动受到温度、 反应物的浓度、压强等因素的影响，C 正确；D.合成氨反应是放热反应，升高温 度，平衡逆向移动，故温度升高，不利于提高氮气的转化率，D 正确。 3.如图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率采取的措施是() A.B. C.D. 答案C 解析工业合成氨的化学方程式为 N23H2 催化剂 高温、高压2NH3，是可逆反应，反应 后气

21、体体积减小，反应放热；依据合成氨的流程图，其中加压，平衡向气体体积 减小的方向进行，提高反应物的转化率；液化分离出氨气，促进平衡正向进行， 提高反应物的转化率；氮气和氢气的循环使用，也可提高原料的转化率。 4.下表所列实验数据是在不同温度和压强下达到平衡状态时，混合物中 NH3的含 量(体积分数)的变化情况投料比 V(N2)V(H2)13。 NH3的含量/%压强/MPa 温度/ 0.110203060100 20015.381.586.489.995.498.8 3002.252.064.271.084.292.6 4000.425.138.247.065.279.8 5000.110.619

22、.126.442.257.5 6000.054.59.113.823.131.4 (1)比较 200 和 300时的数据，可判断出升高温度，平衡向_(填“正 反应”或“逆反应”)方向移动，合成氨的正反应为_(填“吸热”或“放 热”)反应。 (2)根据平衡移动原理，合成氨的适宜条件是_(填序号)。 A.高温、高压B.高温、低压 C.低温、高压D.低温、低压 (3)500 、30 MPa 时，N2的转化率为_ 。 (4)工业中实际生产氨时，考虑到浓度对化学平衡及反应速率的影响，常采取的措 施有： _。 答案(1)逆反应放热 (2)C(3)41.77% (4)加入过量 N2(或 H2)(或及时从平衡

23、体系中移走 NH3) 解析(1)表中数据表明，恒压时，升高温度，NH3的含量减小，说明平衡向逆反 应方向移动，则正反应为放热反应。 (2)由反应 N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0 C.属于可逆反应 D.在恒容容器中反应，压强逐渐减小 答案B 解析工业合成氨反应为 N2(g)3H2(g)2NH3(g)H92.4 kJ/mol，该反 应为放热反应，A 项正确；该反应为气体分子数减小的反应，则S0，B 项错误； H2和 N2合成 NH3的反应为可逆反应，C 项正确；建立平衡的过程中，气体分子 数逐渐减小，容器内压强逐渐减小，D 项正确。 2.工业生产氨气的适宜条件中不包括() A.用浓硫酸吸

24、收产物 B.用铁触媒作催化剂 C.温度为 400500 D.压强为 1030 MPa 答案A 解析工业生产中，要求反应速率快，转化率高，从反应速率方面考虑应选择高 效催化剂、升高温度，从转化率方面考虑应选择较高的压强，所以 B、C、D 都 是工业生产氨气的适宜条件。 3.对于合成氨反应，达到平衡后，以下分析正确的是() A.升高温度，对正反应的反应速率影响更大 B.增大压强，对正反应的反应速率影响更大 C.减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大 D.加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大 答案B 解析A 项，合成氨反应的正反应是放热反应，升高温度，正、逆反应的反应速 率都增大，但是温度对吸

25、热反应的速率影响更大，所以对该反应来说，对逆反应 的反应速率影响更大，错误；B 项，合成氨的正反应是气体体积减小的反应，增 大压强，对正反应的反应速率影响更大，正确；C 项，减小反应物浓度，使正反 应的速率瞬间减小，由于生成物的浓度没有变化，所以逆反应速率瞬间不变，然 后逐渐减小，故减小反应物浓度，对正反应的反应速率影响更大，错误；D 项， 加入催化剂，对正、逆反应的反应速率的影响相同，错误。 4.下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是() A.使用铁触媒，使 N2和 H2混合气体有利于合成氨 B.高压比常压更有利于合成氨的反应 C.500 左右比室温更有利于合成氨的反应 D.合

26、成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率 答案B 解析催化剂不影响化学平衡，A 项错误；合成氨反应是放热反应，在低温下转 化率高，合成氨工业采用 500 左右的温度是综合考虑了反应速率、转化率及催 化剂的活性， C 项错误； 采用循环操作提高原料利用率不能用勒夏特列原理解释， D 项错误。 5.对于合成氨反应 N2(g)3H2(g)2NH3(g)H0， 下列研究结果和示意图相 符的是() 选项ABCD 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 答案C 解析A 项，由于 p1条件先达到平衡，故 p1p2，由 p1p2，减小压强

27、，化学平 衡左移，NH3的体积分数应降低，错误；B 项，由于此反应H0，故升温平衡 左移，N2的转化率降低，错误；C 项，增大 N2的量，会使正反应速率瞬间增大， 使化学平衡右移，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，错误。 6.德国化学家哈伯在合成氨方面的研究促进了人类的发展。合成氨的工业流程如 图，下列说法错误的是() A.增大压强既可以加快反应速率，又可以提高原料转化率 B.升高温度既可以加快反应速率，又可以提高平衡转化率 C.冷却过程中采用热交换有助于节约能源 D.原料循环使用可提高其利用率 答案B 解析增大压强可以加快合成氨的反应速率，平衡正向移动，可以提高

28、原料转化 率，A 正确；合成氨反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，降低平衡转化率， B 错误；冷却过程中采用热交换有助于节约能源，C 正确；原料循环使用，可提 高其利用率，D 正确。 7.下列有关合成氨工业的说法中正确的是() A.铁作催化剂可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动 B.升高温度可以加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动 C.增大压强能缩短到达平衡状态所用的时间 D.合成氨采用的压强是 11073107Pa，因为该压强下铁触媒的活性最高 答案C 解析催化剂可以改变反应速率，但不能使平衡移动，只能缩短反应达到平衡所 需的时间，A 项错误；升高温度可以加快反应

29、速率，但合成氨反应是放热反应， 因此升高温度不利于化学平衡向合成氨的方向移动，B 项错误；增大压强反应速 率加快，C 项正确；催化剂的活性取决于温度的高低，而非取决于压强的大小， D 项错误。 8.某温度下，对于反应 N2(g)3H2(g)高温、高压 催化剂 2NH3(g)H92.4 kJ/mol。 N2的平衡转化率()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 mol 氮气、3 mol 氢气，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 变为 B 时，平衡常数 K(A)K(B) C.上述反应在达到平衡后，增大压强，H2的转化率增大

30、 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 mol N2和 3 mol 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。 9.相同温度下，有体积相同的甲、乙两个容器，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

31、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：乙甲 D.平衡混合气体中 H2的体积分数：乙甲 答案D 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是甲的 2 倍(如图甲、虚拟乙)，再将虚拟乙 容器的体积压缩至与甲相等(如图乙)，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 项正确、D 项错误；平衡时，乙中 N2、H2、NH3的浓度分别比甲中 N2、H2、NH3 浓度大，但乙中 N2、H2的浓度要分别小于甲中 N2、H2浓度的 2 倍，而乙

32、中 NH3 的浓度要大于甲中 NH3浓度的 2 倍，故 B 项正确。 10.在一定条件下，对于在密闭容器中进行的合成氨的反应，下列说法不正确的是 () A.当氮气和氢气投料比(物质的量之比)为 13 时，达到平衡时氨的体积分数最大 B.增加铁触媒的接触面积，能提高合成氨工厂的年产量 C.达到平衡时，氢气和氨气的浓度比一定为 32 D.分别用氮气和氢气来表示合成氨反应的反应速率时，数值大小不相同 答案C 解析当氮气和氢气投料比为 13 时，v(N2)v(H2)13，两种原料的转化率 相同，故达到平衡时氨的体积分数最大，A 正确；增加铁触媒的接触面积，加快 反应速率，可以提高合成氨工厂的年产量，B

33、 正确；平衡时，H2和 NH3的浓度比 不一定为 32，C 错误；同一反应中，反应速率之比等于对应物质的化学计量数 之比，因氮气和氢气的化学计量数不同，则反应速率的数值不同，D 正确。 11.1905 年德国化学家哈伯发明了合成氨的方法，他因此获得了 1918 年度诺贝尔 化学奖。哈伯法合成氨需要 2050 MPa 的高压和 500 的高温下，用铁作催化 剂，且氨的产率为 10%15%。2005 年美国俄勒冈大学的化学家使用了一种名为 transFe(DMeOPrPE)2Cl2的铁化合物催化剂，在常温常压下合成出氨，反应可表示 为 N23H22NH3，下列有关说法正确的是() A.不同的催化剂

34、对化学反应速率的影响均相同 B.哈伯法合成氨是吸热反应，新法合成氨是放热反应 C.新法合成能在常温下进行是因为不需要断裂化学键 D.新法合成与哈伯法相比不需要在高温条件下，可节约大量能源，极具发展远景 答案D 解析A.不同的催化剂催化机理不同，效果也不同，但在其他条件相同时，转化 率相同，A 错误；B.新法合成与哈伯法合成都是反应物总能量大于生成物总能量， 因此两个反应都是放热反应，只是新法降低了反应所需的能量，减少反应过程中 的能源消耗，B 错误；C.新法实际上是降低了反应所需的能量，旧化学键断裂、 新化学键也要同时生成，反应的本质与使用哪种催化剂无关，C 错误；D.高温条 件需要大量能源，

35、用 transFe(DMeOPrPE)2Cl2作催化剂，在常温常压下合成出氨， 减少能源消耗， 所以新法合成与哈伯法相比不需要在高温条件， 可节约大量能源， 极具发展远景，D 正确。 12.(拔高题)科研工作者结合实验与计算机模拟来研究钌催化剂表面不同位点上合 成氨反应历程，如图所示，其中实线表示位点 A 上合成氨的反应历程，虚线表示 位点 B 上合成氨的反应历程，吸附在催化剂表面的物种用*标注。下列说法错误 的是() A.由图可以判断合成氨反应H0 B.图中过程在高温下更容易发生 C.整个反应历程中活化能最大的步骤是 2N*3H22N*6H* D.钌催化剂为固体催化剂，其表面积大小会影响催化

36、效果 答案C 解析A.据图可知，始态*N23H2的相对能量为 0 eV，生成物*2NH3的相对 能量约为1.8 eV，反应物的能量高于生成物，所以放热反应，故 A 正确；B.由 图可知，图中过程是 H2转化成 H 原子的过程，需要吸收能量，所以在高温下 更易发生，故 B 正确；C.由图像可知，整个反应历程中 2N*3H22N*6H* 活化能几乎为零，为最小，故 C 错误；D.表面积越大接触面积越大，催化效果越 好，故 D 正确。 二、非选择题(本题包括 3 小题) 13.2018 年是哈伯因发明用氮气和氢气合成氨的方法而获得诺贝尔奖 100 周年。 N2和 H2生成 NH3的反应为 1 2N

37、2(g)3 2H 2(g)NH3(g)H(298 K)46.2 kJ/mol，在 Fe 的催化作用下的反应历程如下(*表示吸附态)： 化学吸附：N2(g)2N*；H2(g)2H*。 表面反应：N*H*NH*；NH*H*NH2*；NH2*H*NH3*。 脱附：NH3*NH3(g)。 其中， N2的吸附分解反应活化能高、 反应速率慢， 决定了合成氨的整体反应速率。 请回答下列问题： (1)有利于提高合成氨平衡产率的条件有_。 A.低温B.高温C.低压D.高压 E.催化剂 (2)实际生产中， 常用铁触媒作催化剂， 控制温度为 773 K 左右， 压强为 3.0107Pa 左右，原料气中 N2和 H2

38、物质的量之比为 12.8。分析说明原料气中 N2过量的两 个理由_； _。 (3)关于合成氨工艺的下列理解，正确的是_。 A.合成氨反应在不同温度下的H 和S 都小于零 B.当温度、压强一定时，在原料气(N2和 H2的比例不变)中添加少量惰性(不参加 反应)气体，有利于提高平衡转化率 C.NH3易液化，不断将液氨移去，有利于反应正向进行 D.分离空气可得 N2，通过天然气和水蒸气转化可得 H2，原料气须经过净化处理， 以防止催化剂中毒和发生安全事故 答案(1)AD (2)原料气中 N2相对易得， 适度过量有利于提高 H2的转化率N2的吸附分解是决 定反应速率的步骤，适度过量有利于提高整体反应速

39、率 (3)ACD 解析(1)1 2N 2(g)3 2H 2(g)NH3(g)H(298 K)46.2 kJ/mol 是反应后气体 体积减小的放热反应，低温有利于平衡正向移动，提高平衡产率，A 正确、B 错 误；低压平衡逆向移动，不利于提高平衡产率，C 错误、D 正确；催化剂只改变 反应速率，不改变化学平衡状态，不能提高平衡产率，E 错误。 (2)原料气中 N2相对易得，增加氮气的量有利于提高 H2的转化率；N2的吸附分解 是决定反应速率的步骤，氮气适度过量有利于提高整体反应速率。 (3)1 2N 2(g)3 2H 2(g)NH3(g)H(298 K)46.2 kJ/mol 是反应后气体体积减小

40、 的放热反应，该反应在不同温度下的H 和S 都小于零，A 正确：当温度、压强 一定时，在原料气(N2和 H2的比例不变)中添加少量惰性气体，总压强增大，反应 物和生成物的浓度不变，平衡不移动，不能提高平衡转化率，B 错误；NH3易液 化，不断将液氨移去，有利于反应正向进行，C 正确；合成氨的反应在合成塔中 发生，原料气中的 N2是从空气中分离得到的，原料气须经过净化处理，以防止催 化剂中毒和发生安全事故，D 正确。 14.工业上生产硫酸时，利用催化氧化反应将 SO2转化为 SO3是一个关键步骤。不 同压强和温度下，反应达到平衡时，SO2的转化率如表所示(原料气各成分的体积 分数为 SO2：7%

41、O2：11%N2：82%)。 转化率/%压强/MPa 0.10.5110 温度/ 40099.299.699.799.9 50093.596.997.899.3 60073.785.889.596.4 (1)SO2的氧化反应是_(填“吸热”或“放热”)反应。 (2) 根 据 表 中 信 息 ， 你 认 为 工 业 上 将 SO2转 化 为 SO3的 适 宜 条 件 是 _。 (3)选择适宜的催化剂，是否可以提高 SO2的转化率？_(填“是”或 “否”)。 (4)若保持温度和容积不变，平衡后通入氧气，再达平衡时则 SO2的浓度 _(填“增大”或“减小”)。 (5)若保持温度和压强不变，平衡后通入

42、 He，SO3的含量_(填“增大”或 “减小”)。 答案(1)放热(2)1 MPa、400500 (3)否(4)减小(5)减小 解析(1)由表中数据可知，压强一定时，升高温度，SO2的平衡转化率降低，说 明升高温度， 平衡逆向移动， 因此二氧化硫的氧化反应是放热反应； (2)400500 时，SO2的转化率都比较高，适当升高温度虽然会牺牲一些 SO2的转化率，但是 可以显著增大反应速率；压强越大，SO2的转化率越高，但是 10 MPa 对生产设备 的要求较高，生产成本也会增大，产生的额外收益却不高，因此选 1 MPa 即可； (3)催化剂不能使平衡移动，因此不能提高 SO2的转化率；(4)通入

43、氧气相当于提高 反应物的浓度，平衡正向移动，因此二氧化硫的浓度减小；(5)保持压强不变充入 氦气，容器的容积增大，各气体的浓度减小，平衡向气体分子数增大的方向移动， 即逆向移动，因此三氧化硫的含量减小。 15.科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。曾有实验报道： 在常温、常压、光照条件下，N2在催化剂(掺有少量 Fe2O3的 TiO2)表面与水发生 反应，生成的主要产物为 NH3。进一步研究 NH3生成量与温度的关系，部分实验 数据见下表(光照、N2压强 1.0105Pa、反应时间 3 h)： T/K303313323353 NH3生成量/(10 6 mol)4.85.96.0

44、2.0 相应的热化学方程式如下： N2(g)3H2O(l) 催化剂 2NH3(g)3 2O 2(g) H765.2 kJ/mol 回答下列问题： (1)与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应速率慢。请提出可 提高其反应速率且增大 NH3生成量的建议： _ _。 (2)工业合成氨的反应为 N2(g)3H2(g)高温、高压 催化剂 2NH3(g)。 设在容积为 2.0 L 的密 闭容器中充入 0.60 mol N2(g)和 1.60 mol H2(g)，反应在一定条件下达到平衡时， NH3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为4 7。 计算： 该条件下 N2

45、的平衡转化率_。 该 条 件 下 反 应 2NH3(g) 高温、高压 催化剂 N2(g) 3H2(g) 的 平 衡 常 数 为 _。 答案(1)升温、增大 N2浓度、不断移出生成物 (2)66.7%5.010 3 解析(2)设反应过程消耗 x mol N2(g)。 平衡时反应体系总物质的量(0.60 x)(1.603x)2x mol(2.202x)mol NH3(g)的物质的量分数为 2x(2.202x)4 7 解得，x0.40，N2的平衡转化率为0.40 mol 0.60 mol100%66.7%。 设此时反应 2NH3(g)高温、高压 催化剂 N2(g)3H2(g)的平衡常数为 K。平衡时，c(NH3) 20.40 mol2.0 L0.40 molL 1， c(N2)(0.600.40)mol2.0 L0.10 molL1， c(H2)(1.6030.40)mol2.0 L0.20 molL 1，K5.0103。