新教材宁陕2024届高考化学一轮复习教案第7章化学反应的方向限度与速率第43讲化学反应速率工业合成氨鲁科版

第43讲化学反应速率工业合成氨

［复习目标］1.了解化学反应速率的概念和定量表示方法。2.了解反应活化能的概念。3.理

解外界条件(浓度、温度、压强、催化剂等)对反应速率的影响，能用相关理论解释其一般规

律。4.了解化学反应速率的调控在生活、生产和科学研究领域中的重要作用。

考点一化学反应速率的概念及计算

■归纳整合必备知识

1.化学反应速率

通常用单位时间内某物质浓度(或质量、

物质的量等)的改变量(取绝对值)来表示

单位为mol«L'*s1或mol*L'«min

Af

(1)化学反应速率一般指平均速率而不

是某一时刻的瞬时速率,且无论用反应

注意物还是用反应产物表示均取正值

事项

(2)不能用固体或纯液体表示化学反应速

率，因为固体或纯液体的浓度视为常数

与化学方程式中的化学计量数的关系

flA(g)+/>B(g)<C(g)4-JD(g)中

y(A)：v(B)：v(C)：i4D)=a:b:c：d

2.化学反应中各物质浓度的计算模式一一“三段式”

(1)写出有关反应的化学方程式。

(2)找出各物质的起始量、转化量、某时刻量。

(3)根据已知条件列方程式计算。

例如：反应nA+〃B=氏

tos/(mol•I.-l)ah0

nxPX

转化/(mol•Dx-

mm

nxPX

tis/(mol,L-1)a~xb~

mm

则小)

/c、nx,,_]

r(B)=------mol,L

mt\—to

r(C)="——mol•L_1,s-'o

—to

3.比较化学反应速率大小的常用方法

(1)先换算成同一物质、同一单位表示，再比较数值的大小。

(2)比较化学反应速率与化学计量数的比值，即对于一般反应独(g)+/(g)=&(g)+加(g),

比较更与R若必g则不同情况下，用A表示的反应速率比用B表示的大。

abab

【应用举例】

已知反应4c0+2N0」幽8L+4C()2在不同条件下的化学反应速率如下：

①MCO)=1.5mol,L-1•nin-1

②/(NO?)=0.7mol,L-1•min-1

1

(3)V(N2)=0.4mol,L',min

@JZ(COJ)=1.1mol,L-'•min-1

⑤MNO2)=0.01mol•L-1•s-1

请比较上述5种情况反应的快慢：(由大到小的顺序)。

答案③^^②痴〉④

解析②/(CO)=2r(N02)=1.4mol,L--,min-1：③，(C0)=4。(弗)=1.6mol•L-1,min-1；

1_1-!-I

@F(CO)=F(CO2)=1.1mol,L_•min；@F(C0)=2r(N02)=0.02mol,L,s=1.2

mol•L1•min:故反应的快慢为③XD>②，⑤>④。

五易错辨析

1.对于任何化学反应来说，反应速率越大，反应现象越明显()

2.由『=仄7计算平均反应速率，用反应物表示为正值，用生成物表示为负值()

3.化学反应速率为0.8是指1s时某物质的浓度为0.8mol-)

4.同一化学反应，相同条件下用不同物质表示的反应速率，数值越大，表示化学反应速率越

快()

答案1.X2.X3.X4.X

■专项突破关键能力

一、化学反应速率的计算

1.一定温度下反应：4A(s)+3B(g)2C(g)+D(g),经2min,B的浓度减少0.6mol・L

7,对此反应速率的表示正确的是()

A.用A表示的反应速率是0.4mol•L-1•min-1

B.分别用B、C、D表示反应速率，其比值是1：2：3

C.在2min末的反应速率，JUB表示为0.3mol・L-1-min-1

D.在这2min内用B和C表示的瞬时速率的值都是逐渐减小的

答案D

解析A是固体，不能用其浓度的变化来表示反应速率；用=().3mol•L•min,表示2min

内的平均反应速率，在2min末的速率为瞬时速率：在反应过程中B的浓度逐渐减小，故A、

B反应生成C、D的瞬时速率也逐渐减小。

2.一定条件下，在体积为10L的固定容器中发生反应：N2(g)+3H?(g)2NH3(g),反应

过程如图。下列说法不正确的是()

14

12

l

o..()

o.8

o6

O4

.O2

A.f,min时，正、逆反应速率相等

B.X曲线表示NH?的物质的量随时间的变化关系

C.0〜8min,H?的平均反应速率”出)=0.01125mol,L-1•min-1

D.10〜12min,N2的平均反应速率/(N?)=0.0025mol,L-1•min-1

答案A

解析min时，反应没有达到平衡状态，正、逆反应速率不相等，A项错误；根据图像可

知，在0〜8min内，X增加了0.6mol,Y减少了0.9moLX、Y变化的物质的量之比为2：3,

则X曲线表示NH,的物质的量随时间的变化关系，Y曲线表示出的物质的量随时间的变化关

系，B项正确；0~8min,r(H2)==0.01125mol,L-!,min-1,C项正确；10~

1ULXomin

_1-1_1

12min,r(NH3)12Tmol•L•min,r(N2)=-^=0.0025mol•L•min

10LX2min2

f,D项正确。

3.温度为方时，2g某合金4min内吸收氢气240mL,吸氢速率r=_______mL-・min

答案30

.>y..•.240mL_।_i

解析由单t位可知V=-————=30mL•g•min

2gX4mino

4.工业制硫酸的过程中，S(Mg)转化为S(h(g)是关键的一步，550c时，在1L的恒温容器

中，反应过程中的部分数据见下表:

反应时间/minSO2(g)/mol02(g)/nolSOi(g)/mol

0420

_i6.75mol•L'♦mirT'8.0mol•L・min-6.75mol*L~'*min_1

mol,,所以有kXX-,3=

，0.15mol•L-l3XA0.1mol,L-IXA0.15mol-LXA

16.0mol,L-1,min-1,Zr=1.OX10'L3,mol-J•min-l»代入Q的等式可得C2=0.2。

-知识拓展•

1.反应速率常数的含义

反应速率常数(左)是指在给定温度下，反应物浓度皆为1mol-L-时的反应速率。在相同浓

度的条件下，可用反应速率常数大小来比较化学反应的反应速率。

化学反应速率与反应物浓度(或浓度的次方)成正比，而反应速率常数是其比例常数，在恒温

条件下，反应速率常数不随反应物浓度的变化而改变。因此，可以应用速率方程求出该温度

下任意浓度时的反应速率C

2.速率方程

一定温度卜.，化学反应速率与反应物浓度以其化学计量数为指数的新的乘积成正比。

对于基元反应：ah+加=的+〃I

则v=k・S3•d(B)(其中A为反应速率常数)。

如：①SO2c12SO2+CL

v=k\•^(SChCk)

②2NO22N0+02v=k-d(NOj

③2H2+2NO弗+2上0

v=ks•C(H2),c'(NO)

3.反应速率常数的影响因素

温度对化学反应速率的影响是显著的，反应速率常数是温度的函数。同一反应，温度不同，

反应速率常数将有不同的值，但浓度不影响反应速率常数。

考点二影响化学反应速率的因素

■归纳整合必各知识

1.内因

反应物主身的性质是主要因素。如相同条件下阳、A1与稀盐酸反应的速率大小关系为Mg?

Al0

2.外因

增大反应物浓度.化学反应速率增大;

反之，固体、纯液体物质的

厂质量或物质的量发生变化，反应速

率不变

外L升高温度，化学反应速率增大;反

界厂|之，减小

条

件「东弼j对于有气体参加的反应,增大压强,

的化学反应速率增人；反之，减小

影

响-------使用催化剂,化学反应速率增大.

催化剂）一对于可逆反应，正、逆反应速率的

改变程度相同

元布［增大固体比表面积、光照、超声波

主叮!等，能够增大反应速率

3.理论解释一一有效碰撞理论

（1）活化分子、活化能、有效碰撞

①活化分子：能够发生有效碰撞的分子（必须具有足够的能量）。

②活化能

图中：£表示反应的活化能,使用催化剂时的活化能为国反应热为之乌（注：其表示活化

分子变成生成物分子放出的能量）。

③有效碰撞：活化分子之间能够引发化学反应的碰撞。

（2）活化分子、有效碰撞与反应速率的关系

条件一活化分子一有效碰撞一反应速率变化

单位体积内

有效碰化学反

条件改变活化分子

分子总数活化分子数撞次数应速率

百分数

增大反应物浓度增加增加不变增加增大

增大压强增加增加不变增加增大

升高温度不变增加增加增加增大

加催化剂不变增加增加增加增大

底易错辨析

1.催化剂参与化学反应，改变了活化能，但反应前后物理和化学性质保持不变（）

2.升温时吸热反应速率增大，放热反应速率减小（）

3.•定量的锌与过量的稀硫酸反应制取氢气，滴入少量硫酸铜与醋酸钠均能够提高反应速率

（）

4.增大反应物的浓度，能够增大活化分子的百分数，所以反应速率增大（）

5.100mL2mol-L7盐酸与锌片反应，加入适量的氯化钠溶液，反应速率不变（：

答案1.X2.X3.X4.X5.X

■专项突破关键能力

一、影响化学反应速率的因素

1.下列措施可以增大化学反应速率的是_______（填序号）。

①A1在氧气中燃烧生成Al203,将A1片改成A1粉

②Fe与稀硫酸反应制取H2时，改用98%浓硫酸

③H2soi与BaCk溶液反应时，增大压强

④2so2+02催上剂2sAAO,升高温度

⑤Na与水反应时，增大水的用量

⑥211202=2112+02t反应中，加入少量MnO2

⑦他与Cb混合后光照

答案①④⑥⑦

2.一定温度下，反应N2（g）+0?（g）2N0（g）在密闭容器中进行，回答下列措施对化学反

应速率的影响（填“增大”“减小”或“不变”I

（1）缩小体积使压强增大：__________，原因是

（2）恒容充入电

（3）恒容充入He：,原因是

（4）恒压充入Ho：0

答案（D增大单位体积内，活化分子数FI增加，有效碰撞的次数增多（2）增大（3）不变

单位体积内活化分子数不变（4）减小

■归纳总结■-------------------------------------------------------------------------

惰性气体对反应速率的影响

在恒温恒容条件卜通入惰性气体，总压增大，反应物浓度不变，反应速率不变

恒温恒压条件下通入惰性气体，总体积增大，反应物浓度减小，反应速率减小

二、用控制变量法探究影响化学反应速率的因素

3.为了研究一定浓度Fe?+的溶液在不同条件下被氧气氧化的氧化率，实验结果如图所示,

判断下列说法正确的是（）

A.pH越小，氧化率越小

B.温度越高，氧化率越小

C.Fe"的氧化率仅与溶液的pH和温度有关

D.实验说明降低pH、升高温度有利于提高FC?'的氧化率

答案I）

解析由②③可知，温度相同时，pH越小，氧化率越大，由①②可知，pH相同时，温度越高,

氧化率越大，A、B错误；Fe>的氧化率除受pH、温度影响外，还受其他因素影响，如浓度等，

C错误。

4.已知：ZKMnOi+SHSO—BHaSOiuZMnSOi+LSOi+lOOU+gHzO。某化学小组欲探究H2co

溶液和酸性KMnO,溶液反应过程中浓度、温度对化学反应速率的影响，进行了如下实验（忽略

溶液体积变化）：

0.01mol,L-1酸性1

0.1mol•L_H2C20I水的体反应温反应时

编号

KMrA溶液体积/矶溶液体积/mL积/mL度/'C间/min

I220202.1

II721205.5

III松20500.5

下列说法不正确的是（）

A.1<=1,V2=2

B.设计实验【、HI的目的是探究温度对反应速率的影响

C.实验计时是从溶液混合开始，溶液呈紫红色时结束

I）.实验IH中用酸性KMnOi溶液的浓度变化表示的反应速率r（KMnO,）=0.01mol-L-1•min-'

答案C

解析实验I和实验II反应温度相同，实验0中加入了1mL水，根据控制变最法的原则，溶

液总体积应保持不变，因而匕=1,类比分析可得%=2,A正确；实睑I、in的温度不同，

其他条件相同，因而设计实验I、III的目的是探究温度对反应速率的影响，B正确；酸性KMnOi

溶液呈紫红色，由表中数据可知，草酸溶液过量，KMnOi可反应完全，因而可以用颜色变化来

判断反应终点，即实验计时是从溶液混合开始，溶液紫红色刚好褪去时结束，C错误；根据

实验III中有关数据可知，Ac(KMnOi)1"1(>'''"—"=0.005mol,L-1,r(KMnO«)

x八1UL/

Ac-KMnOi0.005mol-L_*...............................................〜

=---—=---7~r—:-----=0.01mol•L,min,D正确。

At0.5min

5.可逆反应2502(g)十6(g)255(g)是，业上制取的重要反应。

(1)在恒压条件下，该反应分组实验的有关条件如卜表：

反应条件温度容器容积起始〃(S0。起始〃(OJ其他条件

I组500℃1L1mol2mol无

II组500℃1L1mol2mol

已知I、II两组实验过程中，S03气体的体积分数》(SOJ随时间£的变化曲线如图所示。

①II组与J相比不同的条件是O

②将【组实验中温度变为800C,则0(SOJ达到或所需时间右(填“小于”“大

于”或“等于”)。

(2)向四个体积相同的密比容器中分别充入一定量的S02和8,开始反应时，按反应速率由大

到小排列的是(填字母)。

甲：在500C时，10molSO2和10molO2反应

乙：在500C时，用V2O5作催化剂，10molSO2和10molO2反应

丙：在450℃时，8molSO2和5molO2反应

T：在500℃时，8molSO2和5mol0?反应

A.甲、乙、丙、丁B.乙、甲、丙、丁

C.乙、甲、丁、丙D.丁、丙、乙、甲

答案(1)①使用催化剂(其他合理答案也可)

②小于(2)C

解析(1)①由题意可知，两组实验的压强、温度和起始浓度均相同，而由曲线图可看出，H

组实验的反应速率快，所以II组具备的其他条件是使用了催化剂，加快了化学反应速率。②

温度升高后，化学反应速率加快，所以0(S()3)达到或所需的时间比原来短。

-归纳总结•

关于“控制变量法”题目的解题策略

H影响化学反应速率的外界因素主要有浓

度、温度、压强、催化剂

葩—后「有彳藁不不京亩7耳石

确定变量j学反应速率的影响时，均需控制其他因

:素不变，再进行实验，从而理清影响实

:验探究结果的因素.确定出变量和定量

:荻英荫「菊S天天菱「二荔花F「五花

百工id因素不变，者这种因素和探究的问题存

仁等二n在怎样的关系；这样确定一种以后，再

:确定另一种,从而得出相应的实聆结论

v：¥S'S'ii'«S'#'SW'('Si£i'S'S')"¥

数据有效；有效，且变量统一，否见无法做出正确

I判断

考点三工业合成氨

■归纳整合

1.化工生产适宜条件选择的•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

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

从化学平衡移动分析

二者影响的矛盾性

增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低

从原料的利用率分析

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

从催化剂的使川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

(1)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。

(2)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。

3.工业合成氨反应的适宜条件

(1)理论分析

增大合成氨的反应速率和提高平衡混合物中氨的含量对反应条件的要求不尽相同：

对合成氨反应影响囚素

的影响浓度温度压强催化剂

增大合成氨的

增大反应物浓度高温一压使用

反应速率

提高平衡混合增大反应物浓度、减小

低温高压无影响

物中氨的含量生成物浓度

⑵实际工业合成氨反应的适宜条件

低压IX10,Pa

①压强＜中压2X10,〜3X10’Pa

.高压8.5X10,〜IXIO'Pa

②温度：700K左右。

③催化剂：以铁为主体的多成分催化剂。

④浓度:Q与比的投料比(物质的量之比)为1：2.8o

■专项突破关键能力

一、工业合成氨条件的分析

1.下图是工业合成氨的工艺，根据流程解答下列问题:

液态NH,NH3+N2+H2

(1)工业合成氨是人类科学技术的•项重大突破，其热化学方程式如下：

N2(g)+3H,(g)2NH：,(g)△〃=-92.4kj・mol，结合反应的化学方程式分析哪些措施

可以提高合成氨的反应速率？哪些措施可以提高氮气或氢气的转化率？

提示升高温度、增大压强、增大反应物的浓度、使川催化剂等，都可以使合成氨的反应速

率增大：降低温度、增大压强、增大反应物浓度或减小生成物浓度等有利于提高氮气或氢气

的转化率。

⑵工业合成氨中，使用铁触媒作催化剂。

①铁触媒加快化学反应速率的原因是什么？

提示使用铁触媒作催化剂改变了反应历程，降低了反应的活化能，提高了活化分子的百分

数，有效碰撞次数增加，反应速率加快。

②铁触媒能提高氢气的平衡转化率吗？简述理由。

提示不能。因为催化剂对化学平衡无影响。

③铁触媒能提高反应混合物中氨的体积分数吗？

提示能。因为实际合成氨过程为非平衡状态下进行，反应速率大，单位时间里生产的氨气

的量多C

(3)合成氨时选择500℃而不采用常温主要考虑什么因索？

提示考虑速率因素，500℃时催化剂的催化活性最好。

(4)合成氨时一般采用的压强为10〜30MPa的原因是什么？

提示合成氨时增大压强尽管可以同时提高反应速率和反应物的转化率。但是，压强越大，

对材料的强度和设备的要求也越高，增加生产投资将降低综合经济效益。故一般采用的压强

为10〜30MPa。

(5)合成氨工业中，为提高反应物的转化率，还采取哪些措施？

提示使氨气冷却成液氨井及时分离，分离后的原料气循环使用。

二、其他工业生产条件的分析

2.工业上用丁烷催化脱氢制备丁烯：C.H10(g)CH(g)+Hz(g)(正反应吸热)，将丁烷和氢

气以一定的配比通过填充有催化剂的反应器(氢气的作用是活化催化剂)，反应的平衡转化率、

产率与温度、投料比有关。下列判断不正确的是()

%

/4()

烯

芸35T

33()

/25

避2()

时|5

0123456

一氢气)

一丁烷)

乙

温度/七

丙

A.由图甲可知，x小于0.1

B.由图乙可知，丁烯产率先增大后减小，减小的原囚是氢气是产物之一，随着后焉增大，

逆反应速率减小

C.由图丙可知，丁烯产率在590°C之前随温度升高而增大的原因可能是温度升高平衡正向

移动

D.由图丙可知，丁烯产率在590°C之后快速降低的主要原因是丁烯高温分解生成副产物

答案B

解析增大压强，平衡逆向移动，则丁烯的平衡转化率减小，结合图像可知，x小于0.1,A

项正确：加入氢气，平衡逆向移动，「烯产率上升的可能原因是通入的乩对催化剂有活化作

用，减小的原因是氢气是产物之一，而随器篝增大，逆反应速率增大，B项错误。

3.乙烯是石油化工最基本的原料之一。

(1)乙烷在一定条件下可脱氢制得乙烯：GHeCg)GH.(g)+H2(g)A^>0o提高乙烷平衡

转化率的措施有、________o

(2)在乙烷中引入S可以降低反应温度，减少积碳。涉及如下反应：

a.2c2H6(g)+02(g)2C2H.t(g)+2H20(g)b压<0

b.2c2H6(g)+50Kg)4C0(g)+6H20(g)A^<0

c.C乩(g)+20?(g)2C0(g)+2IL0(g)A//,<0

氧气的引入可能导致过度氧化。为减少过度氧化，需要寻找催化剂降低反应________(填

“a”“b”或“c”)的活化能，判断的依据是o

(3)常压下,在某催化剂作用下按照〃(&&)：〃@)=1：1投料制备乙烯,体系中CM和C0

在含碳产物中的物质的量百分数及心山转化率随温度的变化如图所示。

1

(x

%«(

、6(

名

龌

余

m2(

()

565575585595605

温度

①乙烯的物质的量忏分数随温度升高而降低的原因是°

②在570〜60()C温度范围内，下列说法正确的是(填字母)。

A.GH,产率随温度升高而漕大

B.HQ的含量随温度升高而增大

C.C』k在体系中的物质的量百分数随温度升高而增大

I).此催化剂的优点是在较低温度下降低C0的平衡产率

答案(1)减小压强升高温度(或及时移的生成物)

⑵a制备的目标产品是C2H4,b、c均为副反应，应加快反应a的反应速率

(3)①反应a、c是放热反应,升高温度，a反应平衡逆向移动程度较大②BD

解析(DC2Hc，(g)C2H,(g)+H2(g)A〃>0,该反应是气体体积增大的吸热反应，提高乙

烷平衡转化率的措施有减小压强、升高温度或及时移出生成物。(3)①分析反应a、c器为放

热反应，升高温度，两者反应平衡均逆向移动，但反应a平衡逆向移动的程度较大，则乙烯

的物质的量百分数降低。②根据图中信息，C2乩产率随温度升高而降低，故A错误；乙烷转

化率增大，生成水的量增大，而乙烯量减小，说明发生反应c,水的量增大，因此比0的含

量随温度升高而增大，故B正确；根据图中信息QU转化率增大，则在体系中的物质的

量百分数随温度升高而降低，故C错误；根据图中信息，CO在较高温度时含量较大，因此该

催化剂的优点是在较低温度下降低C0的平衡产率，故D正确。

真题演练明确考向

1.(2022•浙江6月选考，20)恒温恒容的密闭容器中，在某催化剂表面上发生氨的分解反应:

2NHKg)催化剂N2(g)+3H2(g),测得不同起始浓度和催化剂表面积下氨浓度随时间的变化，

如下表所示，下列说法不正确的是()

间/min

编号,!；5/10'mol,L020406080

表面积/二?'〜

©a2.402.001.601.200.80

②a1.200.800.40X

③2a2.401.600.800.400.40

-1-1

A.实验①，0—20min,r(N2)=1.00X10'mol,L•min

B.实验②，60min时处于平衡状态，xWO.40

C.相同条件下，增加氨气的浓度，反应速率增大

D.相同条件下，增加催化剂的表面积，反应速率增大

答案C

解析实验①中，0〜20min,r(N2)=1r(NH3)=1

2.40X10-3mol•L-,-2.00X10-3mol•L-1_,,_(，十用

X---------------------------——:-------------------------------=1.00X105mol•L,min,A正确；催化

z()min

剂表面积大小只影响反应速率，不影响平衡，实验③中氨气的初始浓度与实验①一样，则实

验①达平衡时氨气浓度为4.00X10-'mol而恒温恒容条件下，实验②相对于实验①为

减小压强，平衡正向移动，因此实验②60min时处于平衡状态，X0.40,即xWO.40,B正

确；实验①、实验②中0〜20min、20〜40min氨气浓度变化量相同，速率相同，实验①中

氨气初始浓度是实验②中氨气初始浓度的两倍，则相同条件下，增加氨气浓度，反应速率并

没有增大，C错误；对比实验①和实验③，氨气浓度相同，实验③中催化剂表面积是实验①

中催化剂表面积的2倍，实验③先达到平衡状态，实验③的反应速率大，D正确。

2.(2021•辽宁，12)某温度下，降冰片烯在钛杂环丁烷催化下聚合，反应物浓度与催化剂浓

度及时间关系如图。已知反应物消耗一半所需的时间称为半衰期，下列说法错误的是()

A.其他条件相同时，催化剂浓度越大，反应速率越大

B.其他条件相同时，降冰片烯浓度越大，反应速率越大

C.条件①，反应速率为0.012mol-L-1-min-1

D.条件②，降冰片烯起始浓度为3.0mol时,半衰期为62.5min

答案B

解析由图中曲线①@可知，其他条件相同时，催化剂浓度越大，反应所需要的时间越短，

故反应速率越大，A项正确；由图中曲线①③可知，其他条件相同时，降冰片烯的浓度①是

③的两倍，所用时间①也是③的两倍，反应速率相等，故说明反应速率与降冰片烯浓度无关，

B项错误；条件①，反应速率为-3.0”。17me4」=0.012mol-L"-min",C

min

项正确。

3.(2022•广东，15)在相同条件下研究催化剂I、II对反应X~2Y的影响，各物质浓度c

随反应时间，的部分变化曲线如图，贝IJ()

催化剂I

3

1

)催化剂U

/

u

°24//min

A.无催化剂时，反应不能进行

B.与催化剂I相比，II使反应活化能更低

C.a曲线表示使用催化剂II时X的浓度随I的变化

D.使用催化剂【时，0〜2min内，r(X)=1.0mol•L-1•min-1

答案D

解析由图可知，无催化剂时，随反应进行，生成物的浓度也在增加，说明反应也在进行，

故A错误；由图可知，催化剂I比催化剂II催化效果好，反应速率大，说明催化剂【使反应

活化能更低，故B错误；由图可知，使用催化剂H时，在0〜2min内Y的浓度变化了2.0mol・「

I而a曲线表示的X的浓度变化了2.0mol-L-',二者变化量之比不等于化学计量数之比，

所以a曲线不表示使用催化剂II时X的浓度随时间£的变化，故C错误；使用催化剂I时，

在0—2min内，Y的浓度变化了4.0mol,L-1,则v(Y)=--7—：——=2.0mol•L-1•min

Lnun

,,r(X)=^r(Y)=)X2.0mol•L1•min'=1.0mol,L1,min故D正确。

4.[2022•辽宁，18(1)(2)(4)(5)]工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三

位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为：N2(g)+3H2(g)2NHa(g)A//=-92.4kJ-mol

tA5=-200)・『・01。1工

回答下列问题：

(1)合成氨反应在常温下(填“能”或“不能”)自发.

⑵__________温(填“高”或“低"，下同)有利于提高反应速率，__________温有利于提高

平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用400〜500C。

针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解次方案。

⑷方案二：M-LiH复合催化剂。

-

，M

-・

，S

・O

E

3

、

米

冒

K

T

f

'

o

E

m

/

幅

富

目

下列说法正确的是（填字母）。

a.300C时，复合催化剂比单一催化剂效率更高

b.同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率

c.温度越高，复合催化剂活性一定越高

（5）某合成氨速率方程为:F=A"N2）・/田2）・。'（附），根据表中数据,Y=

小2CHcNHV

实验23

mol,L1mol,L1mol•L1mol-L1•s1

1mnPQ

22mnP2q

3mn0.Ip10,

4m2nP2.828°

在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为__________（填字母）。

a.有利于平衡正向移动

b.防止催化剂中毒

c.提高正反应速率

答案⑴能⑵高低（4）a（5）-1a

解析（1）对于合成氨反应，常温下，△6=A〃-74S=-92.4kJ-molT—298KX（—0.2

kJ-K-'•

moK1）=-32.8kJ-moP<0,故合成氨反应在常温下能自发。（2）其他条件一定时，升高温

度，可以提供更高的能量，使活化分子百分数增多，反应速率加快；合成氨反应是放热反应,

要提高平衡转化率，即使反应平衡正向移动，应降低温度。（4）由题图可知，300C时，复合

催化剂催化时合成氨反应的反应速率比单一催化剂催化时大很多，说明300℃时复合催化剂

比单一催化剂效率更高，&正确；同温同压下，复合催化剂能提高反应速率，但不能使平衡

发生移动，故不能提高氨的平衡产率，b错误；温度过高，复合催化剂可能会失去活性，催

化效率反而降低，c错误c（5）将实验1、3中数据分别代入合成氨的速率方程可得：①勺二

k,m,n"♦p’,③10（7=1"m'•n,（0.1夕），两式联立可得丫=—1。合成氨过程中，不

断分离出氨，即降低体系中c(NM),生成物浓度下降，平衡向正反应方向移动，但不会提高

正反应速率，a正确、c错误；反应主产物即躯不能使催化剂中毒，b错误。

课时精练

1.在温度不变的条件下，在恒容的容器中进行下列反应：N20.(g)2N02(g),若N2O1的浓

度由0.1mol・『1降到0.07mol・需要15s,那么NQ的浓度由0.07mol-171降到0.05

mol・171所需的反应时间()

A.等于5sB.等于10s

C.小于10sD.大于10s

答案D

解析NO的浓度由0.1mol-I/1降到0.07mol・口需要15s,即NO的浓度变化量

为0.03mol・L_1,N2O4的浓度由0.07mol•降到0.05mol•L-1,即的浓度变

化展为0.02mol-L-1,若反应速率不变，则所需时间为15sK黑10s,但随着浓度的

U・UJ

减小，反应速率逐渐减小，故所需时间大于10So

2.一定温度下，在2L的密闭容器中，X、Y、Z三种气体的物质的量随时间变化的曲线如图

所示：

下列描述正确的是()

A.反应开始到10s,用Z表示的反应速率为0.158mol•L-:•s-1

B.反应开始到10s,X的物质的量浓度减少了0.79mol-L-1

C.反应开始到1()s时,Y的转化率为79.0%

D.反应的化学方程式为X(g)+Y(g)Z(g)

答案C

1.58mol

-FL-

解析反应开始到1()s,用Z表示的反应速率为HZ)=——=0.079mol-L-'-s-',

10s

m

故A错误：反应开始到10s,X的物质的量浓度减少了。：一"。=0.395mol•L

L2°4L°"11

故B错误；反应开始到I。s时,Y的转化率为叫专翳3X100279$,故C

正确；由题意知，反应为可逆反应，0〜10s内，X、Y的物质的量都变化了0.79mol,Z的

物质的量变化了1.58mol,则反应的化学方程式为X(g)+Y(g)2Z(g),故D错误。

3.某温度下，在体积一定的密闭容器中进行如下反应：2X：g)+Y(g)Z(g)+W(s)△//>0,

下列叙述正确的是()

A.加入少量TV,逆反应速率增大

B.升高温度，正反应和逆反应速率都增大

C.在容器中加入氮气，压强增大，反应速率增大

D.将容器的体积压缩，可增大活化分子的百分数，有效碰撞次数增大

答案B

解析升温，正、逆反应速率均增大，B正确；体积一定时加入氢气，物质的量浓度不变，

不影响反应速率，C错误；压缩体积，单位体积内的活化分子数增大，但活化分子百分数不

变，D错误。

4.近日，北京航空航天大学教授团队与中科院高能物理研究所合作，合成了Y、ScCYt/NC,

ScJNC)单原子催化剂，用于常温常压下的电化学催化氢气还原氮气的反应。反应历程与相对

能量模拟计算结果如图所示(*表示稀土单原子催化剂)。下列说法正确的是()

反应历程

A.Y./NC比Sc./NC更有利于吸附氮气

B.实际生产中将催化剂的尺寸处理成纳米级颗粒可提高氢气的平衡转化率

C.使用Sc/NC单原子催化