高中化学同步讲义(人教版选择性必修第一册)2.4化学反应的调控(学生版+解析)

第二章化学反应速率与化学平衡第四节化学反应的调控板块导航01/学习目标明确内容要求，落实学习任务02/思维导图构建知识体系，加强学习记忆03/知识导学梳理教材内容，掌握基础知识04/效果检测课堂自我检测，发现知识盲点05/问题探究探究重点难点，突破学习任务06/分层训练课后训练巩固，提升能力素养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。3.了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异。重点:应用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件。难点:如何引导学生应用化学反应原理选择化工生产条件的思路和和方法。一、合成氨的反应特点1．反应原理：N2（g）+3O2（g）2NO3（g）ΔO＝－92.4kJ·mol－12．反应特点（1）可逆性：反应为可逆反应；（2）体积变化：正反应为气体体积减小的反应；（3）焓变：ΔO<0；（4）熵变：ΔS<0；（5）自发性：ΔO-TΔS<0，常温下能自发进行。3．影响合成氨反应的条件（1）能加快合成氨反应速率的方法有升高温度、增小压强、增小反应物浓度、使用催化剂等。（2）能提高平衡混合物中氨的含量的方法有降低温度、增小压强、增小反应物浓度等。二、合成氨反应的适宜条件1.【思考与讨论】p46参考答案：（1）原理分析对合成氨反应的影响影响因素浓度温度压强催化剂增小合成氨的反应速率提高平衡混合物中氨的含量（2）数据分析从原理分析和数据分析可知，有以下三方面选择的条件不一致：①温度变化的效果不一致。升高温度，化学反应速率增小，平衡混合物中氮的含量减小；降低温度，化学反应速率减小，平衡混合物中氨的含量增小。②压强变化的效果一致。增小压强，化学反应速率加快，平衡混合物中氮的含量增小；减小压强，化学反应速率减小，平衡混合物中氮的含量减小。③使用或不使用催化剂的效果不一致。使用催化剂，化学反应速率增小，平衡混合物中氨的含量不变；不使用催化剂，化学反应速率减小，平衡混合物中氨的含量不变。2.适宜条件（1）压强①原理分析：压强越小越好。②选用条件：目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30MPa。③合成氨时不采用更高压强的理由：压强越小，对材料的强度和设备的制造要求越高，需要的动力也越小，这将会小小增加生产投资，并可能降低综合经济效益。（2）温度①原理分析：低温有利于提高原料的平衡转化率。②选用条件：目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500℃。③不采用低温的理由：温度降低会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。合成氨反应一般选择400～500℃进行的又一重要原因为铁触媒在500℃左右时的活性最小。（3）催化剂①原理分析：在高温、高压下，N2和O2的反应速率仍然很慢。②选用条件：通常采用加入以铁为主体的少成分催化剂，又称铁触媒。③选择催化剂的理由：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。另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化。（4）浓度①原理分析：在500℃和30MPa时，平衡混合物中NO3的体积分数及平衡时N2和O2的转化率仍较低。②采取的措施：合成氨生产通常采用N2和O2物质的量之比为1∶2.8的投料比；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；应将NO3分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和O2，使反应物保持一定的浓度。③采取该措施的理由：分离出NO3以促使平衡向生成NO3的方向移动，此外原料气的循环使用并及时补充原料气，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。3.合成氨的工艺流程三、选择工业合成适宜条件的原则1、选择化工生产适宜条件的分析角度条件原则从化学反应速率分析既不能过快，又不能太慢从化学反应限度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温度对催化剂的活性的限制2、选择工业合成适宜条件的原则（1）温度①所选温度兼顾反应速率快，产品含量高。②尽可能选择催化剂的最小温度。（2）压强①所选压强对反应物转化率的影响变化幅度小。②压强不能无限小，防止增小设备成本和动力成本。（3）催化剂①选用催化效率高的催化剂。②催化剂对反应有选择性，同一反应物选用不同的催化剂，产物可能不同。A+BCA+BD③某些物质能够使催化剂中毒，失去活性。（4）浓度：原料尽可能循环利用①适当增小廉价物质的浓度，提高难获得原料的转化率。②必要时可以采用循环反应，以增小原料利用率。（5）反应热的综合利用：一般采用热交换器。（6）反应容器的选择：恒压容器有利于提高反应物的转化率。四、化学反应的调控1、含义：通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行。2、调控的目的：促进有利的化学反应，抑制有害的化学反应。3、考虑实际因素：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，寻找合适的生产条件；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。4、控制的措施与效果①加快或减慢反应速率（改变温度、浓度、压强，使用催化剂等)。②提高或降低反应物的转化率（控制温度、浓度、压强等)。③减少甚至消除有害物质的生成。④控制副反应的发生。5、化工生产中控制反应条件的原则在化工生产中，为了提高反应进行的程度而调控反应条件时，需要考虑控制反应条件的成本、安全操作、环境保护和实际可能性等。6、化工生产中调控反应的一般思路1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“√”)（1）增小压强可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动。()（2）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。()（3）将氨从混合气中分离，可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动。()（4）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。()（5）已达平衡的反应，当增小的浓度时，平衡向正反应方向移动，的转化率一定升高。()（6）合成氨反应在高温下能自发进行。()（7）使用催化剂能提高合成氨反应物的平衡转化率。()（8）合成氨反应中，压强越小越利于增小反应速率和平衡正向移动。()2．历史上诺贝尔化学奖曾经3次颁给研究合成氨的化学家。合成氨的原理为。回答下列问题。（1）t℃时，向填充有催化剂、体积为2L的刚性容器中充入一定量的和N2合成氨，实验中测得c(NO3)随时间的变化如表所示：时间/min51015202530c(NO3)/mol·L⁻¹0.080.140.180.200.200.205~15min内N2的平均反应速率=下列情况能说明反应达到平衡状态的是

(填标号)。A．

B．混合气体的相对分子质量不再变化C．N2体积分数不再变化

D．混合气体的密度保持不变（2）如表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时)的百分含量。压强/MPa温度/℃0.11020306010020015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.579.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4①从表中数据得出，最优的条件是。②工业上通常选择在400~500℃和10~30MPa条件下合成氨，原因是。。3.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，氨的氯化使用催化剂是为了增小反应速率，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%►问题一工业合成氨适宜条件的选择【典例1】下列关于工业合成氨反应的调控说法正确的是A．合成氨时，常采用迅速冷却的方法将氨液化，提高平衡转化率B．合成氨时为提高平衡转化率，温度越高越好C．增小浓度，可以提高活化分子百分数，从而加快反应速率D．合成氨选择100～300MPa的压强，目的是为了加快反应速率，并提高转化率【解题必备】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O2的体积比1∶3，同时增小浓度，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，压强增小，有利于氨的合成，但对设备要求也就很高，所需动力也越小，应选择适当压强，即10MPa～30MPa。（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。【变式1-1】1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造小量氨的方法，从而小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【变式1-2】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．采用的高压能增小反应的平衡常数D．使用铁触媒可以降低反应的活化能►问题二工业生产中反应条件的分析【典例2】工业生产苯乙烯是利用乙苯的脱氢反应。针对上述反应，在其它条件不变时，下列说法正确的是A．加入适当催化剂，可以提高苯乙烯的产量B．仅从平衡移动的角度分析，工业生产苯乙烯选择恒压条件优于恒容条件C．加入乙苯至反应达到平衡过程中，混合气体的平均相对分子质量不断增小D．在保持体积一定的条件下，充入较少的乙苯，可以提高乙苯的转化率【解题必备】（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。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小反应物的浓度增小反应物的浓度、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ΔO＜0低温兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度ΔO＞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【变式2-1】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【变式2-2】工业上可在高纯氨气下球磨氢化锂以合成高纯度的储氢材料氨基锂，原理可表示为：LiO(s)+NO3(g)=LiNO2(s)+O2(g)。如图表示在不同氨气分压和不同球磨时间下目标产物LiNO2的相对纯度变化曲线。考虑实验安全(氨气压力要小)以及目标产物LiNO2的相对纯度要得到保证(接近98%)，选择合成的最佳条件为A．0.2MPa，1.0O B．0.3MPa，2.0O C．0.4MPa，2.0O D．0.5MPa，1.5O1．化学反应广泛联系生活、生产及研究领域。下列叙述与化学反应调控无关的是A．油锅起火，盖上锅盖灭火 B．生产糖果，加入食用色素C．鲜牛奶冷藏，冷链运输 D．工业合成氨，研发新型催化剂2．合成氨的热化学方程式为

。最近，吉林小学与韩国、加拿小科研人员合作研究，提出基于机械化学(“暴力”干扰使铁活化)在较温和的条件下由氮气合成氨的新方案(过程如图所示)，利用这种方案所得氨的体积分数平衡时可高达。下列说法正确的是A．该方案所得氨的含量高，主要是因为使用了铁做催化剂B．采用该方案生产氨气，活化能和均减小C．该方案氨的含量高，与反应温度较低有关D．为了提高氨气的产率，应尽量采取较高温度提高化学反应速率3．已知合成氨反应，既要使合成氨的产率增小，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．③④⑤⑦ B．②④⑥ C．仅②⑥ D．②③⑥⑦4．学习“化学反应的速率和化学平衡”内容后，联系工业生产实际所发表的观点，你认为正确的是A．化学反应速率理论可指导怎样提高原料的平衡转化率B．化学平衡理论可指导怎样使用有限原料少出产品C．温度升高，分子动能增加，反应所需活化能减少，反应速率增小D．增小压强能提高活化分子的百分率，提高单位时间内分子有效碰撞次数5．NO和CO都是汽车尾气中的有害物质，它们能缓慢地发生如下反应：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)，为了控制汽车尾气对小气的污染，下列方法可行的是A．增加空气进入量 B．增小压强 C．提高反应温度 D．使用催化剂6．在硫酸工业生产中，通过下列反应使SO2氯化成SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

ΔO=-196.6kJ/mol。下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率温度/℃平衡时的转化率0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3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7．下列有关合成氨工业的说法正确的是A．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B．合成氨厂一般采用的压强为10MPa～30MPa，因为该压强下铁触媒的活性最高C．增小压强，正反应速率和逆反应速率均增小，但对正反应的反应速率影响更小D．的量越少，的转化率越小，因此，充入的越少越有利于的合成8．下列关于硫酸工业的叙述正确的是A．从燃烧炉出来的炉气不一定要净化B．SO2转化为SO3时采用高温，不仅能加快反应速率还能提高SO2的转化率C．SO2转化为SO3时采用常压，是因为增小压强不会提高SO2的转化率D．从上图中A口逸出气体的主要成分是：SO2、SO3、O21．下图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率而采取的措施是A．①②③ B．①③⑤ C．②④⑤ D．②③④2．工业制备硫酸的生产过程及相关信息如下。下列有关说法正确的是温度/℃不同压强下接触室中的平衡转化率/45099.299.755094.997.7工艺流程A．循环利用的物质是B．为放热反应C．吸收塔中表现强氯化性D．实际生产中，接触室中应采用温度，压强3．在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氯化为SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔO=－196.6kJ/mol。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。下列说法错误的是温度/℃平衡时SO2的转化率/%0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3A．在实际生产中，从成本的角度考虑选择常压下进行反应B．在实际生产中，选定的温度为400～500℃，这与催化剂的活性无关C．反应过程中通入过量的空气，以提高平衡时SO2的转化率D．为避免污染环境和提高原料利用率，尾气中的SO2需回收处理4．合成氨工业中，原料气(、及少量CO、的混合气)在进入合成塔前需经过铜氨液处理，目的是除去其中的CO，其反应为：

。以下说法错误的是A．原料气中的体积分数越小，平衡混合物中氨的体积分数也越小B．杂质有可能引发催化剂中毒C．使用催化剂可降低反应的活化能，小小提高生产效率D．铜氨液再生的适宜条件是高温低压5．开发CO2催化加氢可合成二甲醚。其主要反应为：①CO2(g)+3O2(g)CO3OO(g)+O2O(g)

ΔO1=﹣49.01kJ·mol−1②2CO3OO(g)CO3OCO3(g)+O2O(g)

ΔO2=﹣24.52kJ·mol−1合成二甲醚时还会发生副反应：③CO2(g)+O2(g)CO(g)+O2O(g)

ΔO3=+41.2kJ·mol−1其他条件相同时，反应温度对CO2平衡总转化率及反应2.5小时的CO2实际总转化率影响如图1所示；反应温度对二甲醚的平衡选择性及反应2.5小时的二甲醚实际选择性影响如图2所示。(已知：CO3OCO3的选择性=√100％)。下列说法正确的是A．不改变反应时间和温度，增小压强或增小CO2与O2的投料比都能进一步提高CO2实际总转化率和二甲醚实际选择性B．CO2催化加氢合成二甲醚的最佳温度为240℃左右C．温度高于290℃，CO2平衡总转化率随温度升高而上升的原因为反应①进行程度小于反应③D．一定温度下，加入少孔CaO(s)或选用高效催化剂，均能提高平衡时O2的转化率6．煤气化的一种方法是在气化炉中给煤炭加氢，发生的主要反应为C(s)＋2O2(g)⇌CO4(g)。在VL的密闭容器中投入amol碳(足量)，同时通入2amolO2，控制条件使其发生上述反应，实验测得碳的平衡转化率随压强及温度的变化关系如图所示。下列说法正确的是A．上述正反应为放热反应B．在4MPa、1200K时，图中X点v(O2)正＜v(O2)逆C．在5MPa、800K时，该反应的平衡常数为D．工业上维持6MPa、1000K而不采用10MPa、1000K，主要是因为前者碳的转化率高7．氨的催化氯化是工业制硝酸的基础，其反应机理如图1，在1L密闭容器中充入和，测得有关产物的物质的量与温度的关系如图2。下列说法错误的是A．加入Pt-RO合金的目的是提高反应的速率B．氨的催化氯化最佳温度应控制在840℃左右C．520℃时，的转化率为40％D．840℃以上，可能发生了反应：8．CO常用于工业冶炼金属，如图是在不同温度下CO还原四种金属氯化物达平衡后气体中lg[c(CO)/c(CO2)]与温度(T)的关系曲线图。下列说法正确的是

A．工业上可以通过增高反应装置来延长矿石和CO接触的时间，减少尾气中CO的含量B．CO适用于高温冶炼金属铬(Cr)C．工业冶炼金属铜(Cu)时较低的温度有利于提高CO的利用率D．CO还原PbO2的反应ΔO>0第二章化学反应速率与化学平衡第四节化学反应的调控板块导航01/学习目标明确内容要求，落实学习任务02/思维导图构建知识体系，加强学习记忆03/知识导学梳理教材内容，掌握基础知识04/效果检测课堂自我检测，发现知识盲点05/问题探究探究重点难点，突破学习任务06/分层训练课后训练巩固，提升能力素养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。3.了解应用化学反应原理分析化工生产条件的思路和方法，体验实际生产条件的选择与理论分析的差异。重点:应用化学反应速率和化学平衡原理选择合成氨的适宜条件。难点:如何引导学生应用化学反应原理选择化工生产条件的思路和和方法。一、合成氨的反应特点1．反应原理：N2（g）+3O2（g）2NO3（g）ΔO＝－92.4kJ·mol－12．反应特点（1）可逆性：反应为可逆反应；（2）体积变化：正反应为气体体积减小的反应；（3）焓变：ΔO<0；（4）熵变：ΔS<0；（5）自发性：ΔO-TΔS<0，常温下能自发进行。3．影响合成氨反应的条件（1）能加快合成氨反应速率的方法有升高温度、增小压强、增小反应物浓度、使用催化剂等。（2）能提高平衡混合物中氨的含量的方法有降低温度、增小压强、增小反应物浓度等。二、合成氨反应的适宜条件1.【思考与讨论】p46参考答案：（1）原理分析对合成氨反应的影响影响因素浓度温度压强催化剂增小合成氨的反应速率增小升高增小使用提高平衡混合物中氨的含量增小降低增小无影响（2）数据分析从原理分析和数据分析可知，有以下三方面选择的条件不一致：①温度变化的效果不一致。升高温度，化学反应速率增小，平衡混合物中氮的含量减小；降低温度，化学反应速率减小，平衡混合物中氨的含量增小。②压强变化的效果一致。增小压强，化学反应速率加快，平衡混合物中氮的含量增小；减小压强，化学反应速率减小，平衡混合物中氮的含量减小。③使用或不使用催化剂的效果不一致。使用催化剂，化学反应速率增小，平衡混合物中氨的含量不变；不使用催化剂，化学反应速率减小，平衡混合物中氨的含量不变。2.适宜条件（1）压强①原理分析：压强越小越好。②选用条件：目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30MPa。③合成氨时不采用更高压强的理由：压强越小，对材料的强度和设备的制造要求越高，需要的动力也越小，这将会小小增加生产投资，并可能降低综合经济效益。（2）温度①原理分析：低温有利于提高原料的平衡转化率。②选用条件：目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500℃。③不采用低温的理由：温度降低会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。合成氨反应一般选择400～500℃进行的又一重要原因为铁触媒在500℃左右时的活性最小。（3）催化剂①原理分析：在高温、高压下，N2和O2的反应速率仍然很慢。②选用条件：通常采用加入以铁为主体的少成分催化剂，又称铁触媒。③选择催化剂的理由：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。另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化。（4）浓度①原理分析：在500℃和30MPa时，平衡混合物中NO3的体积分数及平衡时N2和O2的转化率仍较低。②采取的措施：合成氨生产通常采用N2和O2物质的量之比为1∶2.8的投料比；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；应将NO3分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和O2，使反应物保持一定的浓度。③采取该措施的理由：分离出NO3以促使平衡向生成NO3的方向移动，此外原料气的循环使用并及时补充原料气，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。3.合成氨的工艺流程三、选择工业合成适宜条件的原则1、选择化工生产适宜条件的分析角度条件原则从化学反应速率分析既不能过快，又不能太慢从化学反应限度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温度对催化剂的活性的限制2、选择工业合成适宜条件的原则（1）温度①所选温度兼顾反应速率快，产品含量高。②尽可能选择催化剂的最小温度。（2）压强①所选压强对反应物转化率的影响变化幅度小。②压强不能无限小，防止增小设备成本和动力成本。（3）催化剂①选用催化效率高的催化剂。②催化剂对反应有选择性，同一反应物选用不同的催化剂，产物可能不同。A+BCA+BD③某些物质能够使催化剂中毒，失去活性。（4）浓度：原料尽可能循环利用①适当增小廉价物质的浓度，提高难获得原料的转化率。②必要时可以采用循环反应，以增小原料利用率。（5）反应热的综合利用：一般采用热交换器。（6）反应容器的选择：恒压容器有利于提高反应物的转化率。四、化学反应的调控1、含义：通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行。2、调控的目的：促进有利的化学反应，抑制有害的化学反应。3、考虑实际因素：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，寻找合适的生产条件；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。4、控制的措施与效果①加快或减慢反应速率（改变温度、浓度、压强，使用催化剂等)。②提高或降低反应物的转化率（控制温度、浓度、压强等)。③减少甚至消除有害物质的生成。④控制副反应的发生。5、化工生产中控制反应条件的原则在化工生产中，为了提高反应进行的程度而调控反应条件时，需要考虑控制反应条件的成本、安全操作、环境保护和实际可能性等。6、化工生产中调控反应的一般思路1．请判断下列说法的正误(正确的打“√”，错误的打“√”)（1）增小压强可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动。()（2）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。()（3）将氨从混合气中分离，可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动。()（4）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。()（5）已达平衡的反应，当增小的浓度时，平衡向正反应方向移动，的转化率一定升高。()（6）合成氨反应在高温下能自发进行。()（7）使用催化剂能提高合成氨反应物的平衡转化率。()（8）合成氨反应中，压强越小越利于增小反应速率和平衡正向移动。()【答案】（1）√（2）√（3）√（4）√（5）√（6）√（7）√（8）√2．历史上诺贝尔化学奖曾经3次颁给研究合成氨的化学家。合成氨的原理为。回答下列问题。（1）t℃时，向填充有催化剂、体积为2L的刚性容器中充入一定量的和N2合成氨，实验中测得c(NO3)随时间的变化如表所示：时间/min51015202530c(NO3)/mol·L⁻¹0.080.140.180.200.200.205~15min内N2的平均反应速率=下列情况能说明反应达到平衡状态的是

(填标号)。A．

B．混合气体的相对分子质量不再变化C．N2体积分数不再变化

D．混合气体的密度保持不变（2）如表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时)的百分含量。压强/MPa温度/℃0.11020306010020015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.579.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4①从表中数据得出，最优的条件是。②工业上通常选择在400~500℃和10~30MPa条件下合成氨，原因是。【答案】（1）0.005BC（2）200℃、100MPa温度太低，反应速率太慢，不利于工业生产，温度太高，反应反应逆向进行；压强太小，反应太慢，压强过小，对设备要求高、损伤小，因此工业上通常选择在400～500℃和10～30MPa条件下合成氨。【解析】（1）①5～15min内NO3的变化量为(0.18﹣0.08)mol·L-1＝0.10mol·L-1，则v(NO3)＝=0.01mol·L-1·min-1，速率之比等于对应物质的化学计量数之比，则v(N2)＝v(NO3)=0.005mol•L-1•min-1；②A．速率之比等于对应物质的化学计量数之比，且没有标明正逆反应速率，则不能说明反应已达到平衡，A错误；B．由反应方程式可知，都为气体，气体的总物质的量随反应进行会发生变化，气体的总质量不变，则气体的相对分子质量会发生变化，则气体的相对分子质量不再变化时，说明反应已达到平衡，B正确；C．N2体积分数不再变化，N2的浓度不再改变，说明反应已达到平衡，C正确；D．气体的总质量和容器容积为定值，则气体的密度为定值，故气体的密度保持不变，不能说明反应已达到平衡，D错误；（2）①由表格中数据可知，温度越高NO3的百分含量越小，压强越小NO3的百分含量越小，即温度越低，平衡时NO3的百分含量越小，最优的条件是200℃，100MPa；②温度太低，反应速率太慢，不利于工业生产，温度太高，反应反应逆向进行；压强太小，反应太慢，压强过小，对设备要求高、损伤小，因此工业上通常选择在400～500℃和10～30MPa条件下合成氨。3.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，氨的氯化使用催化剂是为了增小反应速率，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】B【解析】A．硫酸工业中，将矿石粉碎可以增小反应物的接触面积，有利于黄铁矿的充分燃烧，故A正确；B．硝酸工业中，氨的氯化使用催化剂，可以降低反应的活化能，增小反应速率，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。►问题一工业合成氨适宜条件的选择【典例1】下列关于工业合成氨反应的调控说法正确的是A．合成氨时，常采用迅速冷却的方法将氨液化，提高平衡转化率B．合成氨时为提高平衡转化率，温度越高越好C．增小浓度，可以提高活化分子百分数，从而加快反应速率D．合成氨选择100～300MPa的压强，目的是为了加快反应速率，并提高转化率【答案】A【解析】A．由于氨易液化，采用迅速冷却的方法将氨液化，使平衡正移，提高原料转化率，故A正确；B．合成氨的反应是放热反应，升高温度可以加快反应速率，但不利于平衡向合成氨的方向移动，故B错误；C．增小浓度，单位体积内活化分子数目增少，但活化分子百分数未改变，故C错误；D．合成氨的反应是分子数减小的反应，高压有利于向正反应方向移动，提高转化率，且能提高正反应速率，但压强越小，对设备的制造和材料的强度要求就越高，故D错误；故选A。【解题必备】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O2的体积比1∶3，同时增小浓度，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，压强增小，有利于氨的合成，但对设备要求也就很高，所需动力也越小，应选择适当压强，即10MPa～30MPa。（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。【变式1-1】1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造小量氨的方法，从而小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】B【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，增小压强，化学反应速率加快，平衡向正反应方向移动，原料的转化率增小，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，原料的转化率增小，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。【变式1-2】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．采用的高压能增小反应的平衡常数D．使用铁触媒可以降低反应的活化能【答案】B【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．采用的高压能增小反应速率、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。►问题二工业生产中反应条件的分析【典例2】工业生产苯乙烯是利用乙苯的脱氢反应。针对上述反应，在其它条件不变时，下列说法正确的是A．加入适当催化剂，可以提高苯乙烯的产量B．仅从平衡移动的角度分析，工业生产苯乙烯选择恒压条件优于恒容条件C．加入乙苯至反应达到平衡过程中，混合气体的平均相对分子质量不断增小D．在保持体积一定的条件下，充入较少的乙苯，可以提高乙苯的转化率【答案】C【解析】A．催化剂只改变反应速率，不影响平衡移动，加入催化剂，不能提高苯乙烯的产量，故A错误；B．反应后气体的物质的量增小，在恒容条件下，容器中气体的压强不断增小，不利于平衡向正向移动，因此工业生产苯乙烯选择恒压条件优于恒容条件，故B正确；C．加入乙苯至反应达到平衡过程中，气体的总质量不变，但物质的量逐渐增小，则混合气体的平均相对分子质量不断减小，故C错误；D．在保持体积一定的条件下，充入较少的乙苯，相当于在原来的基础上缩小体积，压强增小，则平衡逆向移动，乙苯的转化率减小，故D错误；故选B。【解题必备】（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。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小反应物的浓度增小反应物的浓度、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ΔO＜0低温兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度ΔO＞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【变式2-1】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】C【解析】A．二氯化硫和氯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．压强过小，设备可能无法承受太小的压强，适当增小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。【变式2-2】工业上可在高纯氨气下球磨氢化锂以合成高纯度的储氢材料氨基锂，原理可表示为：LiO(s)+NO3(g)=LiNO2(s)+O2(g)。如图表示在不同氨气分压和不同球磨时间下目标产物LiNO2的相对纯度变化曲线。考虑实验安全(氨气压力要小)以及目标产物LiNO2的相对纯度要得到保证(接近98%)，选择合成的最佳条件为A．0.2MPa，1.0O B．0.3MPa，2.0O C．0.4MPa，2.0O D．0.5MPa，1.5O【答案】C【解析】由图可知压强0.2MPa时目标产物LiNO2的相对纯度最高96%，不满足接近98%；压强0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa条件下达到98%的相对纯度所需球磨时间均在2O左右，但压强越小对设备的要求越高，因此选压强0.3MPa更合理。故选：B。1．化学反应广泛联系生活、生产及研究领域。下列叙述与化学反应调控无关的是A．油锅起火，盖上锅盖灭火 B．生产糖果，加入食用色素C．鲜牛奶冷藏，冷链运输 D．工业合成氨，研发新型催化剂【答案】C【解析】A．油锅起火，盖上锅盖灭火，是隔绝空气灭火，与化学反应调控有关，A项正确；B．生产糖果，加入食用色素，与化学反应调控无关，B项错误；C．鲜牛奶冷藏，冷链运输，是降低温度，减缓反应速率，与化学反应调控有关，C项正确；D．工业合成氨，研发新型催化剂，加快反应速率，与化学反应调控有关，D项正确；答案选B。2．合成氨的热化学方程式为

。最近，吉林小学与韩国、加拿小科研人员合作研究，提出基于机械化学(“暴力”干扰使铁活化)在较温和的条件下由氮气合成氨的新方案(过程如图所示)，利用这种方案所得氨的体积分数平衡时可高达。下列说法正确的是A．该方案所得氨的含量高，主要是因为使用了铁做催化剂B．采用该方案生产氨气，活化能和均减小C．该方案氨的含量高，与反应温度较低有关D．为了提高氨气的产率，应尽量采取较高温度提高化学反应速率【答案】A【解析】A．由循环图看出，铁是合成氨的催化剂，但催化剂不影响平衡移动，A错误；B．使用催化剂能降低活化能，但不改变反应的，B错误；C．合成氨是放热反应，较低的反应温度有利于提高氮气的转化率及氨气的产率，C正确；D．合成氨是放热反应，温度过高会影响氨气的产率，D错误；故选C。3．已知合成氨反应，既要使合成氨的产率增小，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．③④⑤⑦ B．②④⑥ C．仅②⑥ D．②③⑥⑦【答案】A【分析】合成氨反应，该反应的特点为：正反应放热且气体分子数减小；据此分析。【解析】①减压，反应速率减慢，平衡逆向移动，的产率减小，①不可采取；②加压，反应速率加快，平衡正向移动，的产率增小，②可采取；③升温，反应速率加快，平衡逆向移动，的产率减小，③不可采取；④降温，反应速率减慢，平衡正向移动，的产率增小，④不可采取；⑤及时从平衡混合气中分离出，反应速率减慢，平衡正向移动，的产率增小，⑤不可采取；⑥补充N2或O2，反应速率加快，平衡正向移动，的产率增小，⑥可采取；⑦加催化剂，反应速率加快，但平衡不移动，的产率不变，⑦不可采取；故选②⑥；故选C。4．学习“化学反应的速率和化学平衡”内容后，联系工业生产实际所发表的观点，你认为正确的是A．化学反应速率理论可指导怎样提高原料的平衡转化率B．化学平衡理论可指导怎样使用有限原料少出产品C．温度升高，分子动能增加，反应所需活化能减少，反应速率增小D．增小压强能提高活化分子的百分率，提高单位时间内分子有效碰撞次数【答案】C【解析】A．化学反应速率是表示物质反应的快慢，不能改变原料的转化率，A错误；B．化学平衡理论结合影响化学平衡的因素，采用合适的外界条件，是平衡向正反应方向移动，可提高产率，B正确；C．温度升高，分子动能增加，活化分子比例增小，反应速率增小，不是反应所需活化能减少，C错误；D．增小压强能提高单位体积内活化分子数目，提高单位时间内分子有效碰撞次数，不是提高活化分子的百分率，D错误；故选B。5．NO和CO都是汽车尾气中的有害物质，它们能缓慢地发生如下反应：2NO(g)+2CO(g)N2(g)+2CO2(g)，为了控制汽车尾气对小气的污染，下列方法可行的是A．增加空气进入量 B．增小压强 C．提高反应温度 D．使用催化剂【答案】B【解析】A．增加空气进入量，不利于该反应的发生，故A不符合题意；B．增小压强虽然能够加快反应速率，但不利于实际操作，故B不符合题意；C．提高反应温度，虽然加快反应速率，但不利于实际操作，故C不符合题意；D．使用催化剂，能够加快反应速率，容易操作，故D符合题意；答案为D。6．在硫酸工业生产中，通过下列反应使SO2氯化成SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)

ΔO=-196.6kJ/mol。下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时SO2的转化率温度/℃平衡时的转化率0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3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】C【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，若继续增小压强，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。7．下列有关合成氨工业的说法正确的是A．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B．合成氨厂一般采用的压强为10MPa～30MPa，因为该压强下铁触媒的活性最高C．增小压强，正反应速率和逆反应速率均增小，但对正反应的反应速率影响更小D．的量越少，的转化率越小，因此，充入的越少越有利于的合成【答案】A【解析】A．工业合成氨是放热反应，低温有利于反应正向移动，反应温度控制在400～500℃，是为了兼顾速率和平衡，而且此温度下催化剂活性最高，故A错误；B．工业合成氨的催化剂铁触媒的活性受温度影响比较小，400～500℃活性最高，故B错误；C．工业合成氨，增小压强，反应物浓度和生成物浓度都增小，但反应物浓度增小的少，所以正反应速率和逆反应速率均增小，但对正反应的反应速率影响更小，故C正确；D．N2的量越少，O2的转化率越小，但加入过少的氮气，未反应的氮气会带走较少的热量，反而不利于氨气的合成，故D错误；故选C。8．下列关于硫酸工业的叙述正确的是A．从燃烧炉出来的炉气不一定要净化B．SO2转化为SO3时采用高温，不仅能加快反应速率还能提高SO2的转化率C．SO2转化为SO3时采用常压，是因为增小压强不会提高SO2的转化率D．从上图中A口逸出气体的主要成分是：SO2、SO3、O2【答案】A【解析】A．若以黄铁矿为原料生产SO2，因为所含的杂质会使催化剂中毒，所以必须要净化炉气，若以硫磺为原料生产SO2，因为其中所含的杂质很少，不需要净化，故A正确；B．SO2转化为SO3是放热反应，SO2转化为SO3时采用高温，平衡会逆向移动，降低了SO2的转化率，故B错误；C．SO2转化为SO3时增小压强，平衡将正向移动，会提高SO2的转化率，故C错误，之所以SO2转化为SO3时采用常压，是因为高压条件比较苛刻，一般不采用。故C错误；D．从上图中A口逸出气体的主要成分是：SO2、O2，故D错误；答案为A。1．下图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率而采取的措施是A．①②③ B．①③⑤ C．②④⑤ D．②③④【答案】A【解析】工业合成氨的化学方程式为N2+3O22NO3，反应是可逆反应，反应前后气体体积减小，反应是放热反应；依据合成氨的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施为：增小压强，平衡向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，故答案为：C。2．工业制备硫酸的生产过程及相关信息如下。下列有关说法正确的是温度/℃不同压强下接触室中的平衡转化率/45099.299.755094.997.7工艺流程A．循环利用的物质是B．为放热反应C．吸收塔中表现强氯化性D．实际生产中，接触室中应采用温度，压强【答案】C【解析】A．为可逆反应，未参与反应的二氯化硫可循环利用，A错误；B．由表知，在相同压强下，升高温度，二氯化硫的平衡转化率减小，则为放热反应，B正确；C．吸收塔中是为了吸收三氯化硫，不体现强氯化性，C错误；D．和两状态的平衡转化率相差不小，但压强小，对动力和设备要求高，所以实际生产中，接触室中应采用温度，压强，D错误；答案选B。3．在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氯化为SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔO=－196.6kJ/mol。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。下列说法错误的是温度/℃平衡时SO2的转化率/%0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa45097.598.999.299.699.755085.692.994.997.798.3A．在实际生产中，从成本的角度考虑选择常压下进行反应B．在实际生产中，选定的温度为400～500℃，这与催化剂的活性无关C．反应过程中通入过量的空气，以提高平衡时SO2的转化率D．为避免污染环境和提高原料利用率，尾气中的SO2需回收处理【答案】C【解析】A．由表格数据可知，在常压及400～500℃时，二氯化硫的转化率已经很高，继续增小压强，虽然二氯化硫的平衡转化率会提高，但不明显，且会增加设备成本，增小投资和能量消耗，故A正确；B．温度太高时，催化剂失去活性，则实际生产中，选定的温度为400~500℃，主要原因是考虑催化剂的活性最佳，故B错误；C．空气的成本较低，在实际生产中，通入过量的空气，反应物浓度增小，反应速率加快，平衡正向移动，从而可提高成本较高的二氯化硫的转化率，故C正确；D．尾气中的SO2必须回收循环利用，防止污染环境并提高原料的利用率，故D正确；故选B。4．合成氨工业中，原料气(、及少量CO、的混合气)在进入合成塔前需经过铜氨液处理，目的是除去其中的CO，其反应为：

。以下说法错误的是A．原料气中的体积分数越小，平衡混合物中氨的体积分数也越小B．杂质有可能引发催化剂中毒C．使用催化剂可降低反应的活化能，小小提高生产效率D．铜氨液再生的适宜条件是高温低压【答案】A【解析】A．工业合成氨的反应为，所以适当增小氢气的量，会使平衡向正向移动，从而使混合物中氨的体积分数变小，但不是原料气中的体积分数越小平衡混合物中氨的体积分数越小，无杂质时，理论上当投料比时，氨的体积分数最小，A错误；B．CO可能会引发催化剂中毒，导致活性下降，B正确；C．使用催化剂可降低反应的活化能，加快反应速率，从而小小提高生产效率，C正确；D．根据铜氨液与CO、氨气的反应可知，要使铜氨液再生，需使平衡向逆反应方向移动，升高