大单元四　第十一章　第42讲　化学反应的方向与调控

第42讲化学反应的方向与调控[复习目标]1.知道化学反应是有方向的，知道化学反应的方向与反应的焓变和熵变有关。2.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。考点一化学反应的方向1.自发反应在一定条件下，无需外界帮助就能自发进行的反应称为自发反应。2.熵和熵变的含义(1)熵的含义度量体系混乱程度的物理量，符号为S。熵值越大，体系混乱度越大。同一条件下，不同物质有不同的熵值；同一种物质在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)>S(l)>S(s)。(2)熵变的含义ΔS=S(生成物)-S(反应物)。化学反应的ΔS越大，越有利于反应自发进行。3.判断化学反应方向的判据ΔG=ΔH-TΔSΔG<0时，反应能自发进行；ΔG=0时，反应处于平衡状态；ΔG>0时，反应不能自发进行。1.非自发反应，一定条件下也能使其反应发生()2.在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向()3.1molH2O在不同状态时的熵值：S[H2O(l)]<S[H2O(g)]()4.ΔH<0，ΔS>0的反应在温度低时不能自发进行()5.一定温度下，反应MgCl2(l)⥬Mg(l)+Cl2(g)的ΔH>0、ΔS>0()6.常温下，反应4Fe(OH)2(s)+O2(g)+2H2O(l)=4Fe(OH)3(s)能自发进行，则该反应的ΔH<0()答案1.√2.×3.√4.×5.√6.√1.工业上利用甲烷制取炭黑的反应是①CH4(g)=C(s)+2H2(g)ΔH(298K)=+74.848kJ·mol-1ΔS(298K)=+80.674J·mol-1·K-1；反应过程中容易发生副反应：②2CH4(g)=C2H2(g)+3H2(g)ΔH(298K)=+376.426kJ·mol-1ΔS(298K)=+220.211J·mol-1·K-1。下列有关说法中正确的是()A.反应①在常温下就可以自发进行B.焓变是副反应②自发进行的决定因素C.制取炭黑允许的最低温度是927.8KD.温度越高对制取炭黑越有利答案C解析常温(298K)时，反应①的ΔG=ΔH-TΔS=+74.848kJ·mol-1-298K×80.674×10-3kJ·mol-1·K-1≈50.8kJ·mol-1>0，无法自发进行，A错误；从焓变角度看，副反应②的ΔH=+376.426kJ·mol-1，为吸热反应，无自发进行的倾向；从熵变角度看，ΔS=+220.211J·mol-1·K-1>0，有自发进行的倾向，所以熵变才是副反应②自发进行的决定因素，B错误；反应①自发的最低温度T=ΔHΔS=74.848kJ·mol-180.674×10-32.(2025·温州模拟)CH3COOH在化工生产中具有非常高的经济价值。利用CO2、CH4直接合成CH3COOH的反应如下：CH4(g)+CO2(g)=CH3COOH(g)ΔH=+35.86kJ·mol-1。该反应在自发(填字母)。A.高温 B.低温C.任意温度下 D.任意温度下不答案D3.(2025·浙江第一届NBchem模拟)焦炭是重要的还原剂，比如用来提取金属Zn，其中一步反应在1200K下实现：反应①ZnO+C→Zn(g)+CO(g)。与碳有关的相关反应为反应(a)：C+O2⥬CO2；反应(b)：2C+O2⥬2CO；反应(c)：2CO+O2⥬2CO2；反应(d)：2Zn+O2⥬2ZnO，相关反应的ΔG如图所示。提示：ΔG=ΔH-TΔS；ΔG<0，反应正向自发；ΔG>0，反应逆向自发；ΔG=0，反应达到平衡。其中ΔS与混乱度有关，气体相对分子质量越大，结构越复杂，其相应的ΔS也越大。(1)解释为什么是在1200K下进行反应①，并说明产物是CO的原因：。(2)如果反应①的产物是CO2，温度需要达到。(3)判断反应(a)的ΔH0(填“>”“<”或“=”，下同)，ΔS0。答案(1)图中在(d)、(b)两线交点所对应的温度T1下，反应(d)和反应(b)的ΔG相等，反应ZnO+C→Zn(g)+CO(g)的ΔG=0，此时温度大约是1200K，高于这个温度，反应(b)的ΔG小于反应(d)的ΔG，碳单质还原氧化锌的反应就可以自发进行。由于此时温度小于T2，反应的产物是CO(2)T2(3)<>解析(2)根据ΔG⁃T图，反应①若生成CO2，对应ΔG=0时温度为T2。(3)C+O2⥬CO2是放热反应，ΔH<0；反应后气体分子数不变，产物CO2相对分子质量更大，结构更复杂，混乱度增大，ΔS>0。考点二化学反应的调控——工业合成氨1.合成氨反应的特点N2(g)+3H2(g)⥬2NH3(g)ΔH=-92.4kJ·mol-1，ΔS=-198.2J·mol-1·K-1。2.合成氨工业的条件选择[已知合成氨反应的速率与参与反应的物质的浓度的关系为v=kc(N2)·c1.5(H2)·c-1(NH3)]反应条件原理分析实际工业生产条件提高反应速率提高平衡转化率压强高压高压10MPa~30MPa温度高温低温400~500℃催化剂使用无影响铁触媒作催化剂浓度增大氮气、氢气的浓度，减小氨气的浓度增大反应物的浓度，降低生成物的浓度N2、H2投料比为1∶2.8。氨及时从混合气中分离出去，剩余气体循环使用3.合成氨的工艺流程一、工业合成氨适宜条件选择1.合成氨的原料气(N2、H2及少量CO、NH3)需用亚铜氨溶液处理除去其中的CO，其反应为[Cu(NH3)2]+(aq)+CO(g)+NH3(g)⥬[Cu(NH3)3CO]+(aq)ΔH<0。亚铜氨溶液吸收CO的适宜条件为____________(填字母)。A.低温低压 B.低温高压C.高温低压 D.高温高压答案B2.合成氨是目前转化空气中氮最有效的工业方法，其反应历程和能量变化如图。(图中*表示物质吸附在催化剂表面时的状态)(1)由图可知合成氨反应N2(g)+3H2(g)⥬2NH3(g)的ΔH=kJ·mol-1，对总反应速率影响较大的是步骤(填序号)。(2)若改变某一条件，使合成氨的化学反应速率加快，下列解释正确的是(填字母)。A.升高温度，使单位体积内活化分子百分数增加B.增加反应物的浓度，使单位体积内活化分子百分数增加C.使用催化剂，能降低反应活化能，使单位体积内活化分子数增加D.增大压强，能降低反应的活化能，使单位体积内活化分子数增加答案(1)-92.2③(2)AC3.合成氨工艺(流程如图所示)是人工固氮最重要的途径。N2和H2生成NH3的反应：N2(g)+3H2(g)⥬2NH3(g)ΔH1=-92.4kJ·mol-1，在Fe催化剂作用下的反应历程为(*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脱附：NH3*⥬NH3(其中，N2的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。请回答：(1)实际生产中，常用工艺条件：Fe作催化剂，控制温度773K，压强3.0×107Pa，原料中N2和H2物质的量之比为1∶2.8。①分析说明原料气中N2过量的理由：。②关于合成氨工艺的下列理解，正确的是(填字母，下同)。A.合成氨工艺采用循环操作，主要为了增大化学反应速率B.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安全事故发生C.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，有利于提高平衡转化率D.可利用热交换器实现合成氨工业生产的绿色低碳化(2)在T℃、压强为0.9MPa条件下，向一恒压密闭容器中通入n(H2)n(①以下叙述不能说明该条件下反应达到平衡状态的是。A.3v(H2)=v(N2)B.容器中n(C.气体平均相对分子质量保持不变D.气体密度保持不变②反应20min时达到平衡，则0~20min内v(NH3)=MPa·min-1，Kp=MPa-2(Kp为以分压表示的平衡常数，用小数表示，精确到小数点后3位)。③若起始条件相同，恒容容器中发生反应，则达到平衡时H2的含量符合图中点(填“d”“e”“f”或“g”)。答案(1)①原料气中N2相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率；N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤，N2过量有利于提高整体反应速率②BD(2)①AB②0.002500.231③g解析(1)②循环操作的主要目的是提高原料的利用率，A错误；原料气中常含有硫化物、一氧化碳等杂质，这些物质会使催化剂中毒并且易造成安全事故，因此必须进行净化处理，以保证催化剂活性和生产安全，B正确；恒压充惰性气体相当于减压，平衡逆向移动，转化率降低，C错误；合成氨反应放热，通过热交换器将热量回收，提高能源利用率，实现绿色低碳生产，D正确。(2)①3v(H2)=v(N2)不能说明正逆反应速率相等，不能说明反应达到了平衡状态，A项符合题意；起始投入的氢气和氮气的物质的量之比为3∶1，二者反应计量数也为3∶1，因此容器中氢气和氮气的物质的量之比一直为定值，不能说明反应达到了平衡状态，B项符合题意；M=mn，混合气体总质量不变，气体总物质的量是变化的，因此气体平均相对分子质量是个变量，当其不变时反应达到了平衡状态，C项不符合题意；ρ=mV，混合气体总质量不变，恒压条件下气体体积是变化的，因此密度是变量，当其不变时反应达到了平衡状态，②由于起始时n(H2)n(N2)=3，所以起始时氢气的分压是氮气的3倍，则起始时氮气的分压为0.9MPa×14，则过b点的曲线表示N2，根据图像可知，反应20min时达到平衡，氮气的分压为0.9MPa×29，所以0~20min内用氮气表示的速率为14×0.9MPa-29×0.9MPa20min=0.00125MPa·min-1，根据速率比等于化学计量数比，v(NH3)=0.00250MPa·min-1；根据图像，平衡时氮气、氢气、氨气的分压比为2∶6∶1，各自的分压分别为0.2MPa、0.6MPa、③若起始条件相同，在恒容容器中发生反应，相当于在恒压条件下达平衡后扩大容积，进行减压，因此平衡逆向移动，氢气的体积分数增大，由于体积扩大，各物质浓度降低，反应速率减慢，达平衡时间变长，则达平衡时H2的含量符合g点。二、我国工业合成氨创新与成就4.哈尔滨工业大学吕查德课题组合成α⁃CeMnOx催化剂，提出一种非常规“交替-远端”混合电催化N2RR缔合机制实现高效合成氨，原理如图所示。下列说法正确的是()A.远端路径具有N2低活化能的特点B.交替路径的N选择性高于远端路径C.“交替-远端”混合路径结合了N2低活化能和N高选择性的优点D.移位路径在反应历程中未涉及质子(H+)和电子(e-)的参与答案C解析由图可知，远端路径是N2高活化能，A项错误；图中显示交替路径的N选择性低，远端路径的N选择性高，所以交替路径的N选择性低于远端路径，B项错误；从图中及相关信息可知，“交替-远端”混合路径具备N2低活化能和N高选择性的优势，C项正确；由图中移位路径时物质的转化可知，移位路径涉及质子(H+)和电子(e-)的参与，D项错误。1.(2022·浙江1月选考，20)AB型强电解质在水中的溶解(可视作特殊的化学反应)表示为AB(s)=An+(aq)+Bn-(aq)，其焓变和熵变分别为ΔH和ΔS。对于不同组成的AB型强电解质，下列说法正确的是()A.ΔH和ΔS均大于零B.ΔH和ΔS均小于零C.ΔH可能大于零或小于零，ΔS大于零D.ΔH和ΔS均可能大于零或小于零答案D解析有的强电解质溶于水放热，如硫酸铜等；有的吸热，如碳酸氢钠等，所以在水中溶解对应的ΔH可能大于零或小于零。熵表示系统混乱程度，体系越混乱，则熵越大。AB型强电解质固体溶于水，存在熵的变化，固体转化为离子，混乱度是增加的，但离子在水中存在水合过程，这样会引发水的混乱度的变化，会让水分子更加规则，即水的混乱度下降，所以整个溶解过程的熵变ΔS取决于固体转化为离子的熵增与水合过程的熵减两个作用的相对大小关系，若是前者占主导，则整个溶解过程的ΔS>0，反之ΔS<0。2.[2025·浙江1月选考，18(4)]二甲胺[(CH3)2NH]、N，N⁃二甲基甲酰胺[HCON(CH3)2]均是用途广泛的化工原料。工业中常用如下反应生产HCON(CH3)2：(CH3)2NH(g)+CO(g)=HCON(CH3)2(l)。某条件下反应自发且熵减，则反应在该条件下ΔH0(填“>”“<”或“=”)。答案<解析由题意知该反应某条件下反应自发且熵减，根据ΔG=ΔH-TΔS<0时反应自发可知，反应在该条件下ΔH<0。3.[2021·浙江6月选考，29(1)]含硫化合物是实验室和工业上的常用化学品。实验室可用铜与浓硫酸反应制备少量SO2：Cu(s)+2H2SO4(l)=CuSO4(s)+SO2(g)+2H2O(l)ΔH=-11.9kJ·mol-1，判断该反应的自发性并说明理由：。答案任何温度下都能自发，是因为ΔH<0、ΔS>04.[2023·新课标卷，29(4)]氨是最重要的化学品之一，我国目前氨的生产能力位居世界首位。在不同压强下，以两种不同组成进料，反应达平衡时氨的摩尔分数与温度的计算结果如图所示。其中一种进料组成为xH2=0.75、xN2=0.25，另一种为xH2=0.675、xN2=0.225、xAr=0.10。(①图中压强由小到大的顺序为，判断的依据是。②进料组成中含有惰性气体Ar的图是。③图3中，当p2=20MPa、xNH3=0.20时，氮气的转化率α=。该温度时，反应12N2(g)+32H2(g)⥬NH3(g)的平衡常数Kp=(MPa)答案①p1<p2<p3合成氨的反应为气体分子数减少的反应，压强越大平衡时氨的摩尔分数越大②图4③33.33%3解析②该反应为气体分子数减少的反应，在相同温度和相同压强下，加入惰性气体Ar相当于减小反应物浓度，与不含Ar进料的反应相比，相当于平衡逆向移动，不利于合成氨，进料组成中含有惰性气体Ar的图是图4。③图3中，进料组成为xH2=0.75、xN2=0.25，两者物质的量之比为3∶1。假设进料中氢气和氮气的物质的量分别为3mol和1mol，达到平衡时氮气的变化量为N2(g)+3H2(g)⥬2NH3(g)起始/mol130变化/molx3x2x平衡/mol1-x3-3x2x当p2=20MPa、xNH3=0.20时，xNH3=2x4-2x=0.20，解得x=13，则氮气的转化率α=13≈33.33%。平衡时N2、H2、NH3的物质的量分别为23mol、2mol、23mol，其物质的量分数分别为15、35、15，则该温度下Kp'=15p2215p2×35p23=424×123(MPa)-2课时精练[分值：100分](1~12题，每小题7分)1.25℃、1.01×105Pa时，反应2N2O5(g)=4NO2(g)+O2(g)ΔH=+109.8kJ·mol-1，该反应能自发进行的原因是()A.该反应是吸热反应B.该反应是放热反应C.该反应是熵减小的反应D.该反应的熵增大效应大于能量效应答案D2.下列对化学反应的预测正确的是()选项化学方程式已知条件预测AA(s)=B(g)+C(s)ΔH>0它一定是非自发反应BA(g)+2B(g)=2C(g)+3D(g)能自发反应ΔH一定小于0CM(s)+aN(g)=2Q(g)ΔH<0，自发反应a可能等于1、2、3DM(s)+N(g)=2Q(s)常温下，自发进行ΔH>0答案C解析A(s)=B(g)+C(s)的ΔS>0，ΔH>0，在高温条件下能自发进行，故A错误；A(g)+2B(g)=2C(g)+3D(g)的ΔS>0，所以当ΔH<0时，一定满足ΔH-TΔS<0，反应一定能够自发进行，当ΔH>0时，高温下，ΔH-TΔS<0成立，也可以自发进行，故B错误；M(s)+N(g)=2Q(s)的ΔS<0，当ΔH>0时，ΔH-TΔS>0，一定不能自发进行，故D错误。3.(2025·浙江模拟预测)工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：N2(g)+3H2(g)⥬2NH3(g)ΔH=-92.4kJ·mol-1。下面说法正确的是()A.合成氨一般选择400~500℃的原因主要考虑了温度对速率的影响B.将生成的氨气及时液化分离，可推动平衡正向移动，加快反应速率C.增大压强虽能提高平衡产率，但实际生产中常采用20MPa以节省设备成本D.由于N2在空气中含量高，因此直接将空气与氢气混合通入反应炉答案C解析合成氨选择400~500℃，既考虑温度对速率的影响(加快反应速率)，也考虑对催化剂(铁触媒)的活性的影响，该温度下催化剂活性高，A错误；将氨气及时液化分离，平衡正向移动，但浓度降低，反应速率会减慢，B错误；增大压强，平衡正向移动，能提高平衡产率，但压强过大对设备要求高、成本高，实际生产采用20MPa左右可节省设备成本，C正确；直接将空气与氢气混合通入反应炉，空气中的氧气会与氢气混合发生爆炸等危险，且空气中含有其他杂质气体，会影响反应，不能直接混合，D错误。4.(2024·杭州强基联盟统考)氧元素是在自然界中分布最广的元素，氧气在生产生活中有广泛的应用。1molO2随温度升高时熵(S)的变化示意图如图，下列说法不正确的是()A.由图可知，1molO2(g)的熵值不是定值B.物质的熵值与物质的组成、状态、温度等因素有关C.熵值由94J·K-1·mol-1→170J·K-1·mol-1的过程：O2由液态转化为气态D.相同温度和压强下，O4(g)、O3(g)、O2(g)的熵值依次减小答案D解析由图可知，1molO2(g)的熵值随温度升高而增大，不是定值，A正确；物质的熵值与物质的组成、状态、温度等因素有关，其他条件相同时，熵值：气态>液态>固态，而物质的组成、物质的量和状态相同时，温度越高，熵值越大，B正确；图中熵值出现的两个突变是氧气状态的改变导致的，其中熵值由94J·K-1·mol-1→170J·K-1·mol-1的过程是O2由液态转化为气态，C正确；相同温度和压强下，O4(g)、O3(g)、O2(g)的熵值还与物质的量有关，由于三种物质的物质的量未知，故不能比较熵值的大小，D错误。5.(2024·金丽衢十二校联考)汽车尾气(含烃类、CO、NO与SO2等)是城市主要污染源之一，治理的办法之一是在汽车排气管上安装催化转化器，它使NO与CO反应生成可参与大气生态循环的无毒气体。研究表明，常温常压下：2CO(g)+2NO(g)=N2(g)+2CO2(g)ΔH=-746.8kJ·mol-1，ΔS=-197.5J·mol-1·K-1。下列说法与事实不相符的是()A.常温下，ΔH-TΔS>0，此反应不能自发进行B.常温下，ΔH-TΔS<0，但CO和NO通常难以转化为N2和CO2C.汽车尾气中含有较多的CO和NO，是因为该反应的活化能较高D.要有效降低汽车尾气中的CO和NO含量，应该寻找高效廉价的催化剂答案A解析由ΔH-TΔS=-746.8kJ·mol-1-298K×(-0.1975kJ·mol-1·K-1)<0，该反应常温下可自发进行。6.(2025·宁波高三模拟)研究发现，铁粉球磨法可实现温和条件(45℃、101kPa)合成氨：N2(g)+3H2(g)⥬2NH3(g)ΔH<0，其反应过程如图所示，氨的体积分数可高达82.5%。下列说法不正确的是()A.采用高压条件有利于提高球磨法合成氨的氨产率和经济效益B.合成氨反应ΔH<0、ΔS<0，该反应在常温常压下能自发进行C.过程Ⅰ铁粉球磨活化后产生的缺陷越多，反应速率越快D.过程Ⅱ中N≡N断裂所需能量来自机械碰撞答案A解析采用高压条件有利于提高球磨法合成氨的氨产率，成本增大不利于提高经济效益，A错误；根据ΔG=ΔH-TΔS<0时反应可自发进行，合成氨反应的ΔH<0、ΔS<0，该反应在常温常压下能自发进行，B正确；过程Ⅰ铁粉球磨活化后产生的缺陷越多，N2的吸附率越高，反应速率越快，C正确；由图示可知，过程Ⅱ中N≡N断裂所需能量来自机械碰撞，D正确。7.氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨气的反应过程，模拟示意图如图。关于合成氨工艺，下列说法正确的是()A.图①到图③的活化能减去图⑤到图③的活化能就是合成氨反应的反应热B.反应中有极性键的断裂与形成C.当温度、体积一定时，在原料气中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率D.合成氨反应使用的条件高温、高压是为了提高反应物的平衡转化率答案A解析图①到图③为氮气和氢气中的化学键断裂的过程，图⑤到图③为氨气中化学键断裂的过程，故图①到图③的活化能减去图⑤到图③的活化能就是合成氨反应的反应热，A正确；该反应过程中只有非极性键的断裂和极性键的形成，B错误；当温度、体积一定时，在原料气中添加少量惰性气体不影响各组分的浓度，因此不影响平衡，不能提高平衡转化率，C错误；合成氨的反应是气体总体积减小的放热反应，故高压是为了提高反应物的平衡转化率，但高温不是为了提高转化率，D错误。8.已知体系自由能变化ΔG=ΔH-TΔS，ΔG<0时反应能自发进行，两个氢化反应的ΔG与温度的关系如图所示，下列说法正确的是()A.反应①的ΔS<0B.反应②在600℃时的反应速率很快C.温度大于1000℃时，反应①能自发进行D.反应②的ΔH>0答案C解析反应①随温度的升高，ΔG逐渐减小，则ΔS>0，故A错误；该题可以推测自发反应时的温度，但无法推测什么温度的反应速率快慢，故B错误；反应①在温度大于1000℃时ΔG<0，故此时反应①能自发进行，故C正确；根据图像和数学知识可知，反应②的ΔH<0，故D错误。9.(2025·江西，12)一定压强下，乙烯水合反应为C2H4(g)+H2O(g)⥬C2H5OH(g)已知：ΔH(J·mol-1)=-34585-26.4TΔG(J·mol-1)=-34585+26.4T·lnT+45.19T气体均视为理想气体，下列说法正确的是()A.反应的活化能：E正>E逆B.恒温恒容充入N2，平衡向左移动C.ΔS随温度升高而降低D.平衡后，升高温度，Δv正>Δv逆答案C解析ΔH=E正-E逆，题中ΔH(J·mol-1)=-34585-26.4T为负值，且随温度升高ΔH的值减小，说明E正<E逆，A错误；恒温恒容充入N2，总压增大但各反应物分压不变，平衡不移动，B错误；由ΔG=ΔH-TΔS代入数据得ΔS(J·mol-1)=-71.59-26.4lnT，温度T升高时lnT增大，ΔS更小，C正确；该反应的ΔH<0，为放热反应，升温使放热反应的逆反应速率增加更多，Δv逆>Δv正，D错误。10.(2024·杭州二中等四校联考)在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化为SO3：2SO2(g)+O2(g)⥬2SO3(g)ΔH=-196.6kJ·mol-1。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.从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能多地转化为三氧化硫，应选择的条件是450℃、10MPaB.在实际生产中，选定的温度为400~500℃的原因是考虑催化剂的活性最佳C.在实际生产中，为了增大SO2的转化率可以无限量通入空气D.在实际生产中，采用的压强为常压，原因是常压时转化率已经很高，增大压强对设备及成本要求太高答案C解析由表格可知，450℃、10MPa时，二氧化硫的转化率较高，因此从理论上分析为了使二氧化硫尽可能多地转化为三氧化硫，应选择的条件是450℃、10MPa，A正确；虽然从理论上讲，温度越低，SO2的平衡转化率越高，但温度低SO2的反应速率慢，且催化剂的活性低，在400~500℃时，催化剂的活性最佳，对生产最有利，B正确；常压下二氧化硫的平衡转化率已经很高，虽然高压有利于提高原料的利用率，但高压对设备和动力的要求提高，成本增加，从经济效益考虑，常压对生产更有利，D正确。11.已知反应：CO(g)+3H2(g)⥬CH4(g)+H2O(g)。起始以物质的量之比为1∶1充入反应物，不同压强条件下，H2的平衡转化率随温度的变化情况如图所示(M、N点标记为)。下列有关说法正确的是()A.上述反应的ΔH<0B.N点时的反应速率一定比M点的快C.降低温度，H2的转化率可达到100%D.工业上用此法制取甲烷应采用更高的压强答案A解析根据题图，随着温度的升高，H2的平衡转化率降低，说明平衡向逆反应方向移动，故正反应为放热反应，即ΔH<0，A项正确；N点压强大于M点，M点温度高于N点，因此无法确定两点反应速率的快慢，B项错误；此反应是可逆反应，不能完全进行到底，C项错误；采用更高的压强对设备的要求更高，增加经济成本，D项错误。12.将金红石(TiO2)转化为TiCl4是生产金属钛的关键步骤。在1.0×105Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量之比为1∶2∶2进行反应，平衡体系中主要物质的物质的量分数(x)随温度变化理论计算结果如图所示。下列说法不正确的是()A.200~1600℃反应达到平衡时，TiO2的转化率均已接近100%B.将400℃时的平衡体系加热至800℃，平衡C(s)+CO2(g)⥬2CO(g)向正反应方向移动C.1000℃时，测得某时刻x(TiCl4)=0.2。其他条件不变，延长反应时间能使x(TiCl4)超过该温度下平衡时的x(TiCl4)D.实际生产时反应温度选择900℃而不选择200℃，其主要原因是900℃比200℃时化学反应速率更快，生产效益更高答案C解析在1.0×105Pa，将TiO2、C、Cl2以物质的量之比为1∶2∶2进行反应：TiO2+2C+2Cl2TiCl4+2CO，三者完全反应时，生成TiCl4、CO的物质的量之比为1∶2，此时TiCl4的物质的量分数约为33.3%，结合图像可知，200~1600℃反应达到平衡时，TiCl4的物质的量分数约为33.3%，则TiO2转化率均已接近100%，A正确；结合图像可知，将400℃时的平衡体系加热至800℃，二氧化碳含量减小、一氧化碳含量增加，则平衡C(s)+CO2(g)⥬2CO(g)向正反应方向移动，B正确；其他条件不变，延长时间不能改变平衡时物质的转化率，C错误。13.(16分)(2024·衢州、丽水、湖州三地市质检)合成氨是人工固氮最重要途径。合成氨反应为N2(g)+3H2(g)⥬2NH3(g)ΔH=-92.4kJ·mol-1。(1)该反应能自发进行的条件是。(2)现代常用工艺条件以Fe作催化剂，一定压强下，控制温度500℃，反应历程为(*表示吸附态)化学吸附：N2(g)→2N*(速率慢)；H2(g)→2H*(速率快)表面反应：N*+H*⥬NH*；NH*+H*⥬