2025年高中化学第08讲 化学反应的调控-【教师版】新高二化学暑假衔接（人教版）

第08讲化学反应速率的调控1．通过工业合成氨适宜条件的选择与优化，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．在合成氨适宜条件的讨论中，形成多角度分析化学反应和化工生产条件的思路，体会化学反应原理的应用价值。合成氨反应中化学反应速率和化学平衡的综合调控。形成多角度调控化学反应的思路。1．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过快，又不能太慢从化学平衡移动分析既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意对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催化剂的活性受温度的限制2．控制反应条件的基本措施控制化学反应速率的措施通过改变反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)、固体的表面积以及使用催化剂等途径调控反应速率提高转化率的措施通过改变可逆反应体系的温度、溶液的浓度、气体的压强(或浓度)等改变可逆反应的限度，从而提高转化率一、工业合成氨的生产条件的选择1．合成氨反应的特点合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)已知298K时：ΔH＝－92.4kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1自发性常温(298K)下，ΔH－TΔS＜0，能自发进行可逆性反应为可逆反应焓变ΔH＜0，是放热反应体积变化(熵变)ΔS＜0，正反应是气体体积缩小的反应2．浓度、温度、压强、催化剂对反应速率和氨的含量的影响根据合成氨反应的特点，利用我们学过的影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析应如何选择反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量，请填写下表。对合成氨反应的影响影响因素浓度温度压强催化剂增大合成氨的反应速率反应速率增大反应物浓度升高温度增大压强使用提高平衡混合物中中氨的含量增大反应物浓度，降低生成物浓度降低温度增大压强无影响合成氨生产中的有关数据不同条件下，合成氨反应达到化学平衡时反应混合物中氨的含量(体积分数)400℃下平衡时氨的的体积分数随压强的变化示意图10MPa下平衡时氨的的体积分数随温度的变化示意图3．数据分析在不同温度和压强下(初始时N2和H2的体积比为1∶3)，平衡混合物中氨的含量实验数据分析，提高反应速率的条件是升高温度、增大压；提高平衡混合物中氨的含量的条件是降低温度、增大压强。二者在温度这一措施上是不一致的。4．工业合成氨的适宜条件压强原理分析①增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向向移动，压强越大越好②压强越大，对设备的要求越高，压缩H2和N2所需的动力越大，会增加生产投资，并可能降低综合经济效益选用条件目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10～30MPa温度原理分析①降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量②温度越低，反应速率越小，达到平衡所需时间越长，故温度不宜过低③催化剂的活性在一定温度下下最大选用条件目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500℃(此温度下催化剂的活性最大)催化剂原理分析即使在高温、高压下，N2和H2的反应速率仍然很慢。使用催化剂在较低温度时能较快进行反应选用条件通常采用加入以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒(为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化)浓度原理分析在500℃和30MPa时，平衡混合物中NH3的体积分数及平衡时N2和H2的转化率仍较低采取措施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将NH3分离后的原料气循环使用，并及时补充N2和H2，使反应物保持一定的浓度(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)5．工业合成氨的适宜条件外部条件工业合成氨的适宜条件压强10～30MPa温度400～500℃催化剂使用铁触媒作催化剂浓度氨及时从混合气中分离出去，剩余气体循环使用；及时补充N2和H26．合成氨的工艺流程1．催化剂的活性与“中毒”催化剂的催化能力一般称为催化活性。催化剂因吸附或沉积少量的杂质(毒物)而使活性明显下降甚至丧失的现象，称为催化剂“中毒”。为了防止催化剂“中毒”，合成氨的原料气、硫酸工业中从沸腾炉排出来的炉气都必须经过净化。2．合成氨发展前景为降低合成氨的能耗，科学家一直在研究使合成氨反应在较低温度下进行的催化剂，以对合成条件进行优化。我国科学家合成了一种新型催化剂，将合成氨的温度、压强分别降到了350℃、1MPa。利用电化学反应原理，在实验室已实现由N2和H2在室温下合成氨。二、硫酸工业中催化氧化反应条件的选择1．反应原理催化氧化反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－197kJ·mol－1自发性常温(298K)下，ΔH－TΔS＜0，能自发进行可逆性反应为可逆反应焓变ΔH＜0，是放热反应体积变化(熵变)ΔS＜0，正反应是气体体积缩小的反应平衡时时SO2的转化率随温度和压强的变化2．催化氧化适宜条件压强原理分析①增大压强既可以增大反应速率，又能使平衡正向向移动，压强越大越好②压强越大，对设备的要求越高，压缩H2和N2所需的动力越大，会增加生产投资，并可能降低综合经济效益选用条件目前，我国合成氨厂一般采用的压强为1MPa温度原理分析①降低温度有利于提高平衡混合物中氨的含量②温度越低，反应速率越小，达到平衡所需时间越长，故温度不宜过低③催化剂的活性在一定温度下下最大选用条件目前，在实际生产中一般采用的温度为400～500℃(此温度下催化剂的活性最大)催化剂原理分析即使在高温、高压下，SO2和O2的反应速率仍然很慢。使用催化剂在较低温度时能较快进行反应选用条件通常采用加入五氧化钒催化剂(为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化)3．催化氧化的适宜条件外部条件催化氧化的适宜条件压强1MPa温度400～500℃催化剂使用五氧化二钒作催化剂浓度通过过量的空气1．二氧化硫的催化氧化，由于在常温下SO2有很高的转化率，所以实际生产中是常压，而不是采用高压。2．能量利用：利用反应放出的热量预热进入装置中的原料气。3．环境保护：尾气中的SO2回收利用。三、选择工业合成适宜条件的原则1．考虑参加反应的物质组成、结构和性质等本身因素。2．考虑影响化学反应速率和平衡的温度、压强、浓度、催化剂等反应条件。3．选择适宜的生产条件还要考虑设备条件、安全操作、经济成本等情况。4．选择适宜的生产条件还要考虑环境保护及社会效益等方面的规定和要求。四、工业生产中适宜生产条件的选择思路影响因素有利于加快反应速率的控制有利于平衡移动条件的控制综合分析结果浓度增大反应物浓度增大反应物浓度、减小生成物浓度不断补充反应物、及时分离出生成物压强高压(有气体参加)ΔV＜0高压设备条件允许的前提下，尽量采取高压ΔV＞0低压兼顾速率和平衡、选取适宜的压强温度高温ΔH＜0低温ΔH＞0高温在设备条件允许的前提下，尽量采取高温并选取合适催化剂催化剂加合适的催化剂无影响加合适的催化剂，考虑催化剂活性与温度关系考点一：合成氨反应适宜条件的选择例1．（2022·湖南永州市高二上学期期末）如图所示为工业合成氨的流程图。下列有关说法不正确的是A．步骤①中“净化”的目的是防止催化剂中毒B．步骤②中“加压”既可提高原料的转化率，又可加快反应速率C．步骤③中“500℃、铁触媒”有利于提高原料的平衡转化率D．步骤④中“冷却”的目的是将氨液化分离出来，提高原料的转化率【答案】C【解析】本题为工业合成氨气，氮气和氢气经过干燥净化后，再加压处理，在催化剂的作用下发生反应生成氨气，生成的氨气，冷却液化除去，没有反应完的氮气和氢气，重复利用，以此解题。A项，合成氨工艺需要催化剂，“净化”可以防止催化剂中毒，正确；B项，合成氨反应是气体体积减小的反应，根据勒夏特列原理，加压可以使平衡正向移动，提高原料的转化率，同时又可以加快反应速率，正确；C项，“铁触媒”是催化剂，只能改变反应速率，不能使平衡发生移动，不能改变平衡转化率，错误；D项，将氨气液化分离，可以使反应正向进行，提高原料的转化率，正确。考点二：二氧化硫催化氧化适宜条件的选择例2．（2022·辽宁丹东高二上学期期末）工业制硫酸中有一步重要的反应是SO2在400～600℃下发生催化氧化：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＜0，下列说法正确的是A．为提高SO2的转化率，在生产过程中压强越高越好B．工业生产中可通过增大二氧化硫的浓度来提升反应物转化率C．其他条件保持不变，温度越高，反应速率越快，生产效益越好D．工业生产中使用催化剂是为了提高生产效率【答案】D【解析】A项，增大压强平衡正向移动，则提高SO3的产率，但高压会对动力和设备要求太高，从而增加生产成本，为了降低成本，应该适当增大压强，错误；B项，增大一种反应物的浓度，可以提高另一种反应物的转化率，所以实际生产中可通过增大氧气的浓度来提高二氧化硫的转化率，从而降低成本，错误；C项，其他条件保持不变，温度越高，反应速率越快，但平衡逆向移动，降低产率，且增加生产成本，对提高生产效益产生不利影响，错误；D项，催化剂能降低反应所需活化能而增大活化分子百分数，所以使用催化剂可加快化学反应速率，从而缩短反应到达平衡的时间，提高生产效率，正确。考点三：化工生产适宜条件的选择例3．（2022·盐城市期中）对于反应：CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)ΔH＜0。下列有关说法不正确的是A．CH4既是氧化产物，又是还原产物B．提高eq\f(n(CO2),n(H2))的值可增大H2的转化率C．升高温度有利于提高CO2的平衡转化率D．提高CO2转化为CH4的转化率，需研发低温条件下的高效催化剂【答案】C【解析】A项，CO2中碳元素呈现＋4价，CH4中碳元素呈现－4价，即C元素发生还原反应，CH4是还原产物，H2中氢元素是0价，CH4中氢元素呈现＋1价，即H元素发生氧化反应，CH4是氧化产物，正确；B项，提高eq\f(n(CO2),n(H2))的值，即增大CO2的量，平衡正向移动，H2的转化率增大，正确；C项，该反应是一个放热反应，升高温度，平衡逆向移动，CO2的平衡转化率减小，错误；D项，该反应是一个放热反应，降低温度，平衡正向移动，所以为了提高CO2转化为CH4的转化率，需研发低温条件下的高效催化剂，正确。1．（2022·河南洛阳高二上学期期中）下列事实不能用勒夏特列原理解释的是A．用排饱和食盐水法收集Cl2B．开启啤酒瓶后，瓶中马上泛起大量泡沫C．500℃比室温更有利于合成氨的反应D．利用反应Na(l)＋KCl(l)NaCl(l)＋K(g)制取金属钾，选取适宜的温度【答案】C【解析】A项，Cl2溶于水：Cl2＋H2OHClO＋H＋＋Cl－，用排饱和食盐水法收集Cl2是增加溶液氯离子的浓度，使反应逆向进行，降低氯气的溶解，能用勒夏特列原理解释，不符合题意；B项，根据H2CO3CO2＋H2O，开启啤酒瓶后，压强变小，平衡正向移动，CO2溶解程度减小，瓶中马上泛起大量泡沫，能用勒夏特列原理解释，不符合题意；C项N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高温高压),\s\do7(催化剂))2NH3ΔH＜0，在500℃比室温更有利于合成氨的反应的原因是此时催化剂活性较大。不能用勒夏特列原理解释，符合题意；D项，由Na(l)＋KCl(l)NaCl(l)＋K(g)可知，在适宜的温度，K为气态，更易从液态物质中分离，则平衡会正向移动，反应顺利进行，能用勒夏特列原理解释，不符合题意。2．合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是A．提高分离技术B．研制耐高压的合成塔C．研制低温催化剂D．探索不用N2和H2合成氨的新途径【答案】C【解析】由题图可知，NH3的体积分数随着温度的升高而显著下降，故要提高NH3的体积分数，必须降低温度，但目前所用催化剂铁触媒的活性最高时的温度为500℃，故最有前途的研究方向为研制低温催化剂，故选C项。3．（2023·北京昌平区高二上学期期末）工业合成氨的反应为：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)在298K时，ΔH＝－92.4kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1，特定条件下的速率可表示为v＝kc(N2)c1.5(H2)c－1(NH3)，其中k为反应速率常数，下列叙述正确的是A．该反应298K时不能正向自发进行B．升高温度、增大压强有利于化学平衡向生成氨的方向移动C．反应体系的三种物质中，H2(g)的浓度对反应速率影响最大D．反应达到一定转化率时将NH3从混合气中分离出去会降低反应速率【答案】C【解析】A项，由题给数据可知，反应ΔH－TΔS＝(—92.2kJ·mol－1)—298K×(—0.1982kJJ·mol－1·K－1≈—33.14kJ·mol－1＜0，所以反应能自发进行，错误；B项，该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，错误；C项，由速率公式可知，反应速率与氮气和氢气的浓度成正比关系，与氨气的浓度成反比关系，所以幂指数最大的氢气浓度对反应速率影响最大，正确；D项，由速率公式可知，反应速率与氨气的浓度成反比关系，所以反应达到一定转化率时将氨气从混合气中分离出去会增大反应速率，错误。4．（2022·山东烟台高二上学期期中）合成氨反应，达到平衡后，改变下列条件后，对正反应速率影响大于逆反应速率的是A．减小生成物浓度 B．减小压强C．升高温度 D．加入催化剂【答案】B【解析】由N2＋3H2eq\o(,\s\up12(高温高压),\s\do4(催化剂))2NH3ΔH＜0可知，该反应为气体体积减小、且放热的反应，升高温度平衡逆向移动，增大压强平衡正向移动，减小生成物浓度平衡正向移动，结合升高温度、增大压强、增大浓度、使用催化剂均加快反应速率，据此分析解题。A项，减小生成物浓度平衡正向移动，反应速率减小，瞬间正反应速率不变，逆反应速率减小，则对逆反应的反应速率影响更大，不合题意；B项，该反应为气体体积减小的反应，减小压强正、逆反应速率均减小，但平衡逆向移动，则对正反应的反应速率影响更大，符合题意；C项，该反应为放热反应，升高温度正、逆反应速率均增大，但平衡逆向移动，对逆反应的反应速率影响更大，不合题意；D项，加入催化剂，同等程度地改变正、逆反应速率，平衡不移动，不合题意。5．（2023·江苏扬州高邮市高二上学期月考）硫及其化合物在生产生活中具有广泛应用。由自然界的硫磺和金属硫化物矿通过化学反应可得到SO2，SO2催化氧化生成SO3，其热化学方程式为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－198kJ·mol－1。燃煤、金属冶炼和硫酸生产等产生的尾气中都含有SO2，用NaOH等碱性溶液吸收尾气中的SO2，可得到NaHSO3、Na2SO3等化工产品。对于反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，下列有关说法正确的是A．工业生产使用V2O5作催化剂，能降低该反应的活化能，同时降低该反应的焓变B．工业生产通入稍过量氧气，能提高O2的转化率C．工业生产采用常压操作，可能是因为常压下SO2的转化率已经很高了D．工业生产采用450～500℃，可能是为了使平衡正向移动，提高SO2平衡转化率【答案】C【解析】A项，工业生产使用V2O5作催化剂，能改变反应途径，降低该反应的活化能，但不能改变反应物、生成物的能量，因此不能降低该反应的焓变，错误；B项，工业生产通入稍过量的氧气，能使化学平衡正向移动，从而提高SO2的平衡转化率，但O2的平衡转化率降低，错误；C项，该反应的正反应是气体体积减小的放热反应，工业生产采用常压操作，是因为常压下SO2的转化率已经很高了，增大压强，会使平衡正向移动，反应产率会提高，但同时会增大投资，投入增加大于产出增加，因此一般采用常压条件，正确；D项，工业生产采用450～500℃，是因为在该温度下催化剂的活性最佳，错误。6．（2023·江苏南通高二上学期期末）20世纪初，德国化学家哈伯首次用锇作催化剂在1.75×107Pa、550℃的条件下以N2和H2为原料合成了NH3：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1。2021年11月，我国报道了新的合成氨催化剂设计策略，该技术可实现温和条件下的氨催化合成。我国最新报道的氨催化合成反应的机理如图所示(*代表微粒吸附在催化剂表面)。下列说法正确的是A．整个历程中，反应速率最慢的反应的化学方程式为：B．催化剂吸附N2(g)和和H2(g)会消耗能量C．在转化过程中有非极性键的断裂和形成D．使用该催化剂，降低了合成氨反应的活化能，提高了合成氨的平衡转化率【答案】A【解析】A项，从图中可知，这一反应活化能最大，因此反应速率最慢，正确；B项，从图中可知，催化剂吸附N2(g)和H2(g)后能量降低，故这是一个放热的过程，错误；C项，N2和H2转化成NH3，该过程中有非极性键的断裂，没有非极性键的生成，错误；D项，催化剂的使用，降低了合成氨反应的活化能，但是对合成氨的平衡转化率没有影响，错误。7．（2023·广东广州市高二上学期期中）下图所示为工业合成氨的流程图。有关说法错误的是A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒B．步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以加快反应速率C．步骤③、④、⑤均有利于提高原料平衡的转化率D．产品液氨除可生产化肥外，还可用作制冷剂【答案】C【解析】应用催化剂知识、反应速率和化学平衡理论，分析判断工业合成氨的反应速率和平衡转化率问题。A项，合成氨使用含铁催化剂，为防止催化剂中毒，须将原料“净化”处理，正确；B项，步骤②中“加压”，可增大氮气、氢气浓度，加快合成氨反应速率又能使平衡右移，提高原料转化率，正确；C项，合成氨反应放热，步骤③使用较高温度不利于提高原料转化率，同时使用催化剂也不能使平衡移动，步骤④、⑤能有利于提高原料的转化率，错误；D项，产品液氨可用酸吸收生成铵态氮肥。液氨汽化时会吸收大量热，可用作制冷剂，正确。8．（2023·北京顺义区高二上学期期末）硫酸工业制法中，反应之一为：2SO2(g)＋O2(g)eq\o(eq\o(,\s\up6()),\s\up6(V2O5),\s\do6(Δ))2SO3(g)ΔH＝－198kJ·mol－1。科学家分析其主要反应机理如下反应Ⅰ：V2O5(s)＋SO2(g)V2O4(s)＋SO3(g)ΔH1＝＋24kJ·mol－1反应Ⅱ：……反应中的能量变化如图。下列说法中不正确的是A．反应Ⅱ的热化学方程式为：2V2O4(s)＋O2(g)2V2O5(s)ΔH2＝－123kJ·mol－1B．使用V2O5作为反应催化剂，降低了反应的活化能C．通入过量空气，可提高SO2的平衡转化率D．温度选择450℃是综合考虑化学反应速率、化学平衡及催化剂等因素的结果【答案】A【解析】A项，根据盖斯定律，由总反应减去(反应Ⅰ乘×2)得反应Ⅱ，2V2O4(s)＋O2(g)2V2O5(s)ΔH2＝－198kJ·mol－1－24kJ·mol－1×2＝－246kJ·mol－1，不正确；B项，使用V2O5作为反应催化剂，降低了反应的活化能，改变了反应的历程，正确；C项，通入过量空气，可促进SO2的转化，平衡正向移动，可提高SO2的平衡转化率，正确；D项，反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，不利于SO2的转化，但反应速率较快且该温度下催化剂的活性大，故温度选择450℃是综合考虑化学反应速率、化学平衡及催化剂等因素的结果，正确。1．（2023·吉林吉林市高二上学期期中）合成氨工业中采用循环操作，主要是为了A．增大化学反应速率 B．提高平衡混合物中氨的含量C．降低氨的沸点 D．提高氮气和氢气的利用率【答案】D【解析】合成氨工业中氢气和氮气在催化剂作用下生成氨气的反应为可逆反应，反应后的混合气分离出氨气后还含有氢气和氮气，进行循环操作可以提高氮气和氢气的利用率，降低成本；与增大化学反应速率、提高平衡混合物中氨的含量、降低氨的沸点无必然关系；故选D项。2．（2022·南京市、盐城市模拟）SO2既是大气主要污染物之一，又在生产生活中具有广泛应用，如可生产SO3并进而制得硫酸等，其反应原理为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＝－196.6kJ·mol－1。实验室可用铜和浓硫酸制取SO2。对于反应：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，下列说法正确的是A．该反应在任何条件下都能自发进行B．反应达到平衡后再通入O2，SO3的体积分数一定增加C．反应在高温、催化剂条件下进行可提高SO2的平衡转化率D．2molSO2(g)和1molO2(g)的键能总和比2molSO3(g)的键能小【答案】D【解析】A项，2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)的ΔH＜0、ΔS＜0，反应在低温下才能自发进行，错误；B项，平衡后再通入O2，气体的总的物质的量增大的多，则SO3的体积分数也可能减小，错误；C项，升温平衡左移，催化剂不影响平衡，故高温、催化剂条件下进行，SO2的转化率减小，错误；D项，反应为放热反应，则2molSO2(g)和1molO2(g)的键能总和比2molSO3(g)的键能小，正确。3．（2023·广东茂名市电白区高二上学期期中）合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义，哈伯法合成氨需要在20～50MPa的高压和500℃左右的高温下，并用铁触媒作为催化剂，氨在平衡混合物中的含量仍较少。最近英国俄勒冈大学的化学家使用了一种名为trans－Fe(DMeOPrPE)2的新催化剂，在常温下合成氨，反应方程式可表示为N2＋3H22NH3．有关说法正确的是A．哈伯法合成氨是吸热反应，新法合成氨是放热反应B．新法合成氨不需要在高温条件下，可节约大量能源，具有发展前景C．新法合成氨能在常温下进行是因为不需要断裂化学键D．新催化剂降低了反应所需要的能量，使平衡正向移动【答案】B【解析】A项，哈伯法合成氨和新法合成氨都是放热反应，使用催化剂不会改变反应热，错误；B项，题目给出信息“在常温下合成氨”，所以不需要在高温条件下，可节约大量能源，具有发展前景，正确；C项，任何化学反应都涉及到旧键的断裂和新键的生成，错误；D项，新催化剂降低了反应所需要的能量，但是不会改变平衡的移动，错误。4．（2023·江苏南通高二上学期期末）对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92kJ·mol－1，下列说法正确的是A．上述反应ΔS＞0B．及时液化分离出氨气，正反应速率增大C．增大压强，活化分子百分数增多，反应速率加快D．若反应放出92.4kJ热量，则过程中有3molH2(g)被氧化【答案】D【解析】A项，上述反应中4摩尔气体生成2摩尔气体，所以是ΔS＜0，错误；B项，及时液化分离出氨气，正反应速率不变，逆反应速率减小，错误；C项，增大压强，单位体积内活化分子数增多，反应速率加快，错误；D项，若反应放出92.4kJ热量，则过程中有3molH2(g)被氧化，正确。5．（2022·内蒙古包头·高三开学考试）2022年全球首套千吨级二氧化碳加氢制汽油装置在中国山东开车成功，生产出符合国V1标准的清洁汽油产品，对助力实现“碳中和”及缓解石油短缺具有重大意义。其合成过程如图，下列有关说法正确的是A．转变成烯烃反应只有碳氢键的形成B．催化剂HZMS－5可以提高汽油中芳香烃的平衡产率C．由图可知合成过程中CO2转化为汽油的转化率为D．若生成C5及以上的烷烃和水，则起始时CO2和H2的物质的量之比不低于5∶16【答案】D【解析】A项，碳原子之间存在碳碳双键的烃为烯烃，即烯烃中除了C－H键、碳碳单键外，还有碳碳双键，故CO转变成烯烃反应不止有碳氢键的形成，还有碳碳单键、碳碳双键的形成，错误；B项，催化剂只能改变反应速率，不能使平衡移动，催化剂HZMS－5不可以提高汽油中芳香烃的平衡产率，错误；C项，由图可知合成过程中CO2除了转化为汽油外，还有其他的产物生成，其中生成汽油的选择性是78%，错误；D项，生成的烷烃分子中C原子数越少，耗氢量越低，当生成C5的烷烃和水时：5CO2＋16H2→C5H12＋10H2O，起始时CO2和H2的物质的量之比为5∶16，故当生成C5及以上的烷烃和水，则起始时CO2和H2的物质的量之比不低于5∶16，正确。6．（2023·四川绵阳市高二上学期期末摸底）合成氨技术一直是科学家研究的重要课题。将0.1molN2和0.3molH2充入密闭容器中反应，平衡后混合物中氨的物质的量分数(φ)随温度、压强变化如图所示。下列说法正确的是A．压强大小关系为p1＜p2＜p3B．a点达平衡时的氮气的分压为p(N2)＝0.1p2C．a点的平衡常数Kc＝EQ\f(6400,3)D．a、b、c三点平衡常数大小关系为Ka＞Kb＞Kc【答案】BD【解析】A项，反应为气体分子数减小的反应，其它条件相同，增大压强，平衡正向移动，氨气含量增加，故压强大小关系为p1＞p2＞p3，错误；B项，a点达平衡时氨气物质的量分数为0.6，N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)起始/mol0.10.30转化/mola3a2a平衡/mol0.1－a0.3－3a2a则EQ\f(2a,0.4－2a)＝0.6，a＝EQ\f(3,40)mol，则氮气的分压为p(N2)＝EQ\f(0.1－EQ\f(3,40),0.4－2×EQ\f(3,40))×p2＝0.1p2，正确；C项，容器体积未知，且为分子数不等的反应，不能计算Kc，错误；D项，由图可知，升高温度，氨气含量下降，平衡逆向移动，平衡常数减小，温度a＜b＜c，故Ka＞Kb＞Kc，正确；故选BD。7．（2023·山西太原高二上学期期中下图所示为工业合成氨的流程图。下列有关说法错误的是A．步骤①中N2和H2以体积比1∶2.8混合，有利于提高H2的转化率B．步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以加快反应速率C．步骤③既可以加快反应速率，又有利于提高原料的平衡转化率D．步骤④⑤的目的均是提高原料的转化率【答案】C【解析】A项，在合成氨反应N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高温高压),\s\do7(催化剂))2NH3中，N2稍过量有利于提高H2的转化率，正确；B项，根据反应N2＋3H2eq\o(,\s\up7(高温高压),\s\do7(催化剂))2NH3中前后气体分子数可以判断，增大压强，使平衡正向移动，提高原料的转化率，同时可以加快反应速率，正确；C项，催化剂只能加快反应速率，不能使平衡移动，所以不能提高平衡转化率，错误；D项，④及时分离出产物，可以使平衡正向移动，⑤将没有反应完的原料循环利用，都可以提高原料的转化率，正确。8．（2023·湖南三湘联考高二上学期期末）如图所示为接触法制硫酸的设备和工艺流程，其中关键步骤是SO2的催化氧化：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＜0，下列说法正确的是A．反应后气体分子数减少，增大反应容器内压强一定有利于提高生产效益B．反应放热，为提高SO2转化率，工业生产应尽可能在较低温度下反应C．工业生产要求高效，应使用催化剂并控制在催化剂活性最佳的温度下反应D．该反应为放热反应，在任何条件下都能自发进行，因为吸热反应是非自发的【答案】C【解析】A项，反应后气体分子数减少，增大反应容器内压强，有利于平衡正向移动，但由于增大压强对设备要求和动力要求很高，成本高，效益可能不佳，错误；B项，反应放热，为提高SO2转化率，应尽可能在较低温度下反应，但温度过低会使反应速率太慢，经济效益低，错误；C项，为加快反应速率，应使用催化剂，还需要考虑催化剂的最佳活性温度，不一定温度越高反应速率越大，正确；D项，化学反应能否自发进行的判断依据是ΔG＝ΔH－TΔS，反应能否自发要综合焓变和熵变以及温度来判断，错误。9．（2022·江苏模拟）二氧化碳催化加氢制甲醇是一种实现“碳中和”的有效方法。在CO2和H2催化制甲醇反应体系中，主要发生的反应的热化学方程式为反应Ⅰ：CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH＝－49.6kJ·mol－1反应Ⅱ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH＝＋41.2kJ·mol－1将1molCO2和3molH2的混合气体通入恒压、密闭容器中，在Cu－ZnO/ZrO2的催化下反应，平衡时CO2转化率、CH3OH和CO选择率随温度变化如图所示(选择率：转化的CO2中生成CH3OH或CO的百分比)。下列说法错误的是A．CH3OH选择率对应的曲线是bB．CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH＝－90.8kJ·mol－1C．图中M点时，CO2的平衡转化率为25%，则H2的转化率为33.3%D．提高CO2转化为CH3OH的转化率，需要研发低温条件下高效的催化剂【答案】C【解析】生成甲醇的反应Ⅰ为放热反应，随温度升高，甲醇的产率降低，故曲线b为甲醇的选择率；生成CO的反应Ⅱ为吸热反应，随温度的升高，CO的产率增大，故曲线c为CO的选择率。A项，由上分析可知，CH3OH选择率对应的曲线是b，正确；B项，目标反应＝反应Ⅰ－反应Ⅱ，故ΔH＝[－49.6－(＋41.2)]kJ·mol－1＝－90.8kJ·mol－1，正确；C项，M点CO2的转化率为25%，从图中看出，CO和CH3OH的选择率相同，均为50%，1molCO2各有1mol×25%×50%＝0.125mol参与了反应Ⅰ和反应Ⅱ，消耗的氢气的物质的量为0.125×(3＋1)mol＝0.5mol，氢气的转化率为eq\f(0.5,3)×100%≈16.7%，错误；生成甲醇的反应Ⅰ为放热反应，低温时甲醇的产率较高，故提高CO2转化为CH3OH的转化率，需要研发低温条件下高效的催化剂，正确。10．（2023·北京延庆区高二上学期期末）合成氨在农业和国防中有很重要的意义。（1）人工固氮有如下两种途径，工业上选用途径二固氮的原因是：____________________________。途径一：N2(g)＋O2(g)2NO(g)K＝5×10－31途径二：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)K＝4.1×106（2）工业合成氨的平衡常数表达式为_______________________。（3）某探究小组同学在实验室模拟工业合成氨：①在298K、容积为0.5L的密闭容器内充入一定量的N2和H2，经过10分钟后生成1mol氨气，则v(NH3)＝________mol·L－1·min－1。②在恒容不同温度下，达到平衡时NH3的体积百分数与投料比EQ\f(n(H2),n(N2))的关系图如图所示。KA、KB、KC间的大小关系是________________________，C点H2的平衡转化率为___________。（4）在实际工业生产中，常采用下列流程：①可以用勒夏特列原理解释的措施是________。a．②④ b．②⑤ c．④⑥ d．③⑤②原料气是含N2、H2及少量CO、H2O的混合气，