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第四节　化学反应的调控
1.合成氨反应为N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。下列说法正确的是（　　）
A.合成氨反应在任何温度下都能自发
B.1 mol N2与过量H2充分反应放热92.4 kJ
C.合成氨实际生产中选择高压和低温
D.将氨液化分离，可促进平衡正移及循环利用氮气和氢气
2.有平衡体系：CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）　ΔH＜0。工业上为了增加甲醇（CH3OH）的产量，应采取的正确措施是（　　）
A.高温，高压
B.适宜温度，高压，催化剂
C.低温，低压
D.高温，高压，催化剂
3.某工业生产中发生反应：2A（g）＋B（g）M（g）　ΔH＜0。下列有关该工业生产的说法正确的是（　　）
A.工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成
B.若物质B廉价易得，工业上一般采用加入过量的B以提高A和B的转化率
C.工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高
D.工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高M的日产量
4.下列关于化学反应的调控措施的说法不正确的是（　　）
A.硫酸工业中，为提高SO2的转化率，通入过量的空气
B.工业上增加炼铁高炉的高度可以有效降低尾气中CO的含量
C.合成氨工业中，从实际生产条件考虑，不能盲目增大反应压强
D.合成氨工业中，为提高氮气和氢气的利用率，采用循环操作
5.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Cu-Zn-Fe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
6.纳米钴常用作CO加氢反应的催化剂：CO（g）＋3H2（g）CH4（g）＋H2O（g）　ΔH＜0，下列说法正确的是（　　）
A.纳米技术的应用，优化了催化剂的性能，提高了反应的转化率
B.缩小容器容积，平衡向正反应方向移动，CO的浓度增大
C.从平衡体系中分离出H2O（g）能加快正反应速率
D.工业生产中采用高温条件，其目的是提高CO的平衡转化率
7.下列有关工业合成氮反应：N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＜0的说法不正确的是（　　）
A.合成氨采取循环操作的目的是提高氮气和氢气的利用率
B.除原料气中CO的反应：[Cu（NH3）2]＋（aq）＋CO（g）＋NH3（g）[Cu（NH3）3CO]＋　ΔH＜0，适宜采用低温、高压环境
C.合成塔压强调控在10 MPa～30 MPa之间，是对生产设备条件和经济成本综合考虑的结果
D.合成塔使用热交换控制体系温度在400～500 ℃，主要目的是有利于平衡正向移动
8.某研究小组为探究催化剂对尾气中CO、NO转化的影响，将含NO和CO的尾气在不同温度下，以一定的流速通过两种不同的催化剂进行反应：2NO（g）＋2CO（g）N2（g）＋2CO2（g）　ΔH＜0，测量相同时间内逸出气体中NO的含量，从而确定尾气脱氮率（脱氮率即NO的转化率），结果如图所示。下列说法正确的是（　　）
①两种催化剂均能降低反应的活化能，但ΔH均不变　②相同条件下，改变压强对脱氮率没有影响　③曲线Ⅱ中的催化剂的最适宜温度为450 ℃左右　④a点的脱氮率是对应温度下的平衡脱氮率　⑤若低于200 ℃，图中曲线Ⅰ脱氮率随温度升高而变化不大的主要原因是催化剂的活性不高
A.①②③ B.①③④
C.②③④ D.①③⑤
9.近年来我国大力加强温室气体CO2催化氢化合成甲醇技术的工业化量产研究，实现可持续发展。回答下列问题：
（1）已知：CO2（g）＋H2（g）H2O（g）＋CO（g）　ΔH1＝＋41.1 kJ·mol－1
CO（g）＋2H2（g）CH3OH（g）
　ΔH2＝－90.0 kJ·mol－1
写出CO2催化氢化合成甲醇的热化学方程式：
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（2）为提高CH3OH（g）的产率，理论上应采用的条件是　　　　（填字母）。
a.高温高压 b.低温低压
c.高温低压 d.低温高压
（3）250 ℃时，在恒容密闭容器中由CO2（g）催化氢化合成CH3OH（g），如图为不同投料比时某反应物X的平衡转化率的变化曲线。
反应物X是　　　　（填“CO2”或“H2”）。
（4）250 ℃时，在容积为2.0 L的恒容密闭容器中加入6 mol H2、2 mol CO2和催化剂，10 min时反应达到平衡，测得c（CH3OH）＝0.75 mol·L－1。
①前10 min内平均反应速率v（H2）＝　　　　　　　mol·L－1·min－1。
②化学平衡常数K＝　　　　。
③催化剂和反应条件与反应物的转化率和产物的选择性高度相关。控制相同投料比和相同反应时间，得到的四组实验数据如表所示：
实验编号 温度/K 催化剂 CO2的转化率％ 甲醇的选择性/％
A 543 Cu/ZnO纳米棒 12.3 42.3
B 543 Cu/ZnO纳米片 11.9 72.7
C 553 Cu/ZnO纳米棒 15.3 39.1
D 553 Cu/ZnO纳米片 12.0 70.6
根据上表所给数据，用CO2生产甲醇的最优条件为　　　　（填实验编号）。
10.CO2可用来生产燃料甲醇：CO2（g）＋3H2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）　ΔH＝－49 kJ·mol－1。在容积为1 L的恒容密闭容器中，充入1 mol CO2和2 mol H2，一定条件下发生上述反应，测得CH3OH（g）浓度随时间的变化如表所示：
时间/min 0 3 5 10 15
浓度/（mol·L－1） 0 0.3 0.45 0.5 0.5
（1）下列措施中能使平衡体系中增大且不减慢化学反应速率的是　　　（填字母，下同）。
A.升高温度
B.充入He（g），使体系压强增大
C.再充入1 mol H2
D.将H2O（g）从体系中分离出去
（2）要提高CO2的转化率，可以采取的措施是　　　　。
A.加入催化剂　　　　B.增大CO2的浓度
C.通入惰性气体 D.通入H2
E.分离出甲醇
（3）在使用不同催化剂时，相同时间内测得CO2的转化率随温度的变化如图所示。
则催化效果最佳的是催化剂　　　　（填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”）。如果a点已经达到平衡状态，则b点的v正　　　　（填“＞”“＜”或“＝”）v逆，c点转化率比a点低的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
第四节　化学反应的调控
1.D　合成氨是放热且熵减的反应，根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0能自发可知，该反应低温下能自发，A错误；该反应为可逆反应，不能完全进行，因此1 mol N2与过量H2充分反应放热小于92.4 kJ，B错误；为了加快反应速率，实际生产中选择高压（10 MPa～30 MPa）和高温（400～500 ℃），C错误；氨气易液化，液化分离后生成物减少，平衡正向移动，没有液化的H2和N2可以继续放入反应器中反应，循环利用，D正确。
2.B　该反应是一个气体体积减小的放热反应，为了增加甲醇的产量，需使平衡正向移动，理论上可采用低温、高压的方式，但在实际生产中还需考虑反应速率、设备承受的压力及催化剂的活性等因素的影响。
3.D　加入过量B只能提高A的转化率，B的转化率降低；温度升高，平衡逆向移动，反应物的转化率降低；使用催化剂可降低反应的活化能，提高反应速率。
4.B　反应2SO2＋O22SO3，通入过量的空气，反应正向进行，SO2的转化率提高，A项正确；高炉炼铁过程中发生反应：Fe2O3（s）＋3CO（g）2Fe（s）＋3CO2（g），达到平衡后，增加高炉的高度不能降低炼铁尾气中CO的含量，B项错误；工业合成氨中，从实际生产条件考虑，不能盲目增大反应压强，若压强过大，不仅会增加能源消耗，还会增大动力消耗，对设备的要求也高，C项正确；工业合成氨是可逆反应，原料不能完全转化为产物，采用氮气和氢气循环操作的主要目的是提高氮气和氢气的利用率，D项正确。
5.B　
6.B　催化剂的优化不影响平衡的移动，不能提高反应物的转化率，A项错误；缩小容器容积即增大压强，平衡向气体体积减小的方向即正向移动，体系中各组分浓度均增大，B项正确；减小c（H2O）时正反应速率瞬间不变，v逆减小，平衡正向移动，C项错误；升高温度，平衡逆向移动，CO的平衡转化率降低，D项错误。
7.D　合成塔使用热交换控制体系温度在400～500 ℃，主要目的是提高反应速率并且使催化剂铁触媒的活性达到最佳状态，D错误。
8.D　①催化剂可降低反应的活化能，但不改变反应的ΔH，正确；②该反应为气体分子数减小的反应，改变压强平衡发生移动，则改变压强对脱氮率有影响，错误；③由图可知，曲线Ⅱ中450 ℃左右脱氮率最大，则曲线Ⅱ中的催化剂的最适宜温度为450 ℃左右，正确；④因为该反应是放热反应，降低温度，平衡正向移动，则a点对应温度下的平衡脱氮率应大于450 ℃下的脱氮率，错误；⑤催化剂的活性受温度的影响，则低于200 ℃ 时，图中曲线 Ⅰ 脱氮率随温度升高而变化不大的主要原因是催化剂的活性不高，正确。
9.（1）3H2（g）＋CO2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）
ΔH＝－48.9 kJ·mol－1
（2）d　（3）CO2　（4）①0.225　②　③B
解析：（1）根据盖斯定律，将题述两个热化学方程式相加可得：3H2（g）＋CO2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）　ΔH＝－48.9 kJ·mol－1。（2）根据热化学方程式可知，生成CH3OH（g）的反应是放热反应，也是气体体积减小的反应，故要想提高CH3OH（g）的产率，需要低温高压，d项合理。（3）图中的横坐标为，假设n（CO2）为定值，则CO2的平衡转化率随n（H2）的增大而增大，故反应物X为CO2。（4）①CH3OH（g） 的浓度变化量为0.75 mol·L－1，则：
　　　　　3H2（g）＋CO2（g）CH3OH（g）＋H2O（g）
起始浓度/
（mol·L－1） 3 1 0 0
转化浓度/
（mol·L－1） 2.25 0.75 0.75 0.75
平衡浓度/
（mol·L－1） 0.75 0.25 0.75 0.75
H2的浓度变化量为2.25 mol·L－1，则前10 min内平均反应速率v（H2）＝0.225 mol·L－1·min－1。②K＝＝＝。③选择性是指产物的专一性，在一个化学反应中若有多个产物，其中某一产物是目标产物，若这个物质的产率越高，说明该反应的选择性越好。观察四组数据，相比之下，B、D中甲醇的选择性好，虽然B中CO2的转化率比D中的稍低些，但是B中CH3OH（g）的选择性比D中的好，故B为最优条件。
10.（1）C　（2）DE　（3）Ⅰ　＞　该反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动
解析：（1）该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，减小，A不选；恒容状态下，充入He（g），体系压强增大，但反应体系中各组分浓度不变，化学平衡不移动，该比值不变，B不选；再充入1 mol氢气，反应物浓度增大，反应速率加快，增加反应物浓度，平衡向正反应方向移动，该比值增大，C选；将水蒸气从体系中分离出来，化学反应速率减慢，D不选。（2）加入催化剂，对化学平衡移动无影响，即CO2的平衡转化率不变，A不选；增大CO2的浓度，平衡虽然向正反应方向移动，但CO2的转化率降低，B不选；恒容状态下，通入惰性气体，化学平衡不移动，即CO2的转化率不变，C不选；通入氢气，平衡向正反应方向移动，CO2的转化率增大，D选；分离出甲醇，平衡向正反应方向移动，CO2的转化率增大，E选。（3）根据题图可知，相同温度下，催化剂Ⅰ的催化效果最佳；a点达到平衡，加入催化剂，对化学平衡移动无影响，b点没有达到平衡，CO2转化率小于该温度下的平衡转化率，说明反应向正反应方向进行，即v正＞v逆；a点达到平衡，c点也是平衡点，但c点温度高于a点，该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，CO2的转化率降低。
4 / 4第四节　化学反应的调控
课程 标准 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
分点突破（一）　合成氨反应的限度、速率
1.合成氨反应的特点
N2（g）＋3H2（g）2NH3（g）　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1
2.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，应选择的反应条件如表所示：
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 增大反应物浓度 升高温度 增大压强 使用催化剂
提高平衡混合物中氨的含量 增大反应物浓度 降低温度 增大压强 —
3.数据分析
根据课本表2-2在不同温度和压强下（初始时N2和H2的体积比为1∶3），合成氨反应达到化学平衡时反应混合物中氨的含量实验数据分析，增大合成氨的反应速率的条件是　　　　温度、　　　　压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是　　　　温度、　　　　压强。二者在　　　　这一措施上是不一致的。实验数据的分析与理论分析的结论是一致的。
1.可逆反应3H2（g）＋N2（g）2NH3（g）　ΔH＜0，达到平衡后，为了使H2的转化率增大，下列选项中采用的三种方法都正确的是（　　）
A.升高温度，减小压强，增加氮气
B.降低温度，增大压强，加入催化剂
C.升高温度，增大压强，增加氮气
D.降低温度，增大压强，分离出部分氨
2.在合成氨反应中使用催化剂和施加高压，下列叙述正确的是（　　）
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
分点突破（二）　工业合成氨适宜条件的选择
1.合成氨的适宜条件
（1）压强
①适宜条件：　　　　　　　　。
②选择依据：压强越大，对材料的强度和设备的制造要求就越高，需要的动力也　　　　。
（2）温度
①适宜条件：　　　　　　。
②选择依据：该温度下催化剂的活性　　　，反应速率比较快，氨的含量也相对较高。
（3）催化剂
适宜条件：以　　　为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。
（4）浓度
①适宜条件：N2和H2按物质的量之比1∶2.8混合，适时分离出　　　　。
②选择依据：适当提高　　　的浓度，来提高H2的转化率。
（5）其他
兼顾环境保护和社会效益，为了提高原料的　　　　，未反应的N2和H2循环使用并及时补充N2和H2。
2.化学反应的调控
（1）含义：通过改变外界条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行。
（2）考虑因素
①结合设备条件、安全操作、经济成本等情况；
②综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找适宜的生产条件；
③是否符合环境保护及社会效益等方面的规定和要求。
　在硫酸工业中，通过下列反应使SO2 转化为SO3：2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）　ΔH＜0。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 不同压强下SO2的转化率/％
0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa
450 ℃ 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
550 ℃ 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
【交流讨论】
（1）从理论上分析，使SO2尽可能多、尽可能快地转化为SO3，应选择的条件是什么？
（2）在实际生产中，选定450 ℃，其原因是什么？
（3）在实际生产中，采用的压强为常压，其原因是什么？
（4）在实际生产中，通入过量的空气，其原因是什么？
（5）尾气中的SO2必须回收，其原因是什么？
选择化工生产适宜条件的分析角度
分析角度 原则要求
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 注意催化剂的活性对温度的限制
1.合成氨工业在20世纪初期形成，工艺日趋成熟。下列关于工业合成氨的叙述正确的是（　　）
A.合成氨工业温度选择为700 K左右，主要是为了提高NH3产率
B.使用催化剂和施加高压，都能提高反应速率，但对化学平衡状态无影响
C.合成氨生产过程中将NH3液化分离，可提高N2、H2的转化率
D.合成氨工业中为了提高氢气的利用率，可适当增加氢气浓度
2.如图所示为工业合成氨的流程图。下列说法错误的是（　　）
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均有利于提高原料的平衡转化率
D.为保持足够高的反应速率，应在反应达到一定转化率时及时将氨从混合气中分离出去
1.下列有关工业合成氨的说法不能用平衡移动原理解释的是（　　）
A.不断补充氮气和氢气
B.选择10 MPa～30 MPa的高压
C.及时液化分离氨气
D.选择400～500 ℃高温的同时使用铁触媒作催化剂
2.SO2催化氧化过程中，不符合工业生产实际的是（　　）
A.采用热交换器循环利用能量
B.压强控制为20 MPa～50 MPa
C.反应温度控制在500 ℃左右
D.使用V2O5作催化剂
3.Ⅰ.合成氨工业中，原料气（N2、H2及少量CO、NH3的混合气）在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜（Ⅰ）溶液来吸收原料气中的CO，其反应是[Cu（NH3）2]Ac＋CO＋NH3[Cu（NH3）3]Ac·CO（ΔH＜0）。
（1）必须除去原料气中CO的原因为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（2）醋酸二氨合铜（Ⅰ）溶液吸收CO的生产适宜条件应是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）吸收CO后的溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用。醋酸二氨合铜（Ⅰ）溶液再生的生产适宜条件应是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
Ⅱ.图1表示接触室中催化剂效率随温度的变化图像，图2表示SO2的转化率α（SO2）随温度T及压强p的变化图像。你认为接触室中最合适的温度和压强是　　　　　　　　　　　　。
第四节　化学反应的调控
【基础知识·准落实】
分点突破（一）
师生互动
1.可逆　减小　＜　＜　＜　能　3.升高　增大　降低　增大　温度
自主练习
1.D　要使氢气的转化率增大，需使平衡向正反应方向移动，根据合成氨反应的特点，正反应为放热反应，需降低温度；正反应为气体体积减小的反应，需增大压强；另外还可通过及时分离出部分氨，减小生成物浓度的方法，促使平衡向正反应方向移动，D项正确。
2.C　对于反应N2（g）＋3H2（g）2NH3（g），使用催化剂能提高反应速率，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。
分点突破（二）
师生互动
1.（1）①10 MPa～30 MPa　②越大　（2）①400～500 ℃
②最大　（3）铁　（4）①氨气　②N2　（5）利用率
探究活动
交流讨论
　提示：（1）低温、高压。
（2）该反应是放热反应，升高温度，平衡左移，SO2的转化率降低；此温度下催化剂的活性最高。
（3）0.1 MPa（常压）下SO2的转化率已经很高，若采用较大的压强，不仅SO2的转化率提高很少，且需要更大动力，对设备的要求更高，增加成本。
（4）增大O2浓度，提高SO2的转化率。
（5）SO2属于污染性气体，防止污染环境。
自主练习
1.C　合成氨反应为放热反应，温度较高不利于提高NH3产率，主要是为了加快反应速率，A错误；催化剂和高压能加快反应速率，增大压强平衡正向移动，催化剂对平衡无影响，B错误；减少生成物的浓度平衡正向移动，所以将NH3液化分离，可提高N2、H2的转化率，C正确；增加一种反应物的浓度可以提高另一种反应物的转化率，而本身转化率降低，所以合成氨工业中为了提高氢气的利用率，可适当增加氮气的浓度，D错误。
2.C　催化剂只能提高反应速率，不能提高平衡转化率，合成氨反应为放热反应，高温不利于平衡正向移动，而④液化分离出NH3和⑤N2、H2的再循环利用均可以使平衡正向移动，有利于提高原料的平衡转化率，步骤③不能，C符合题意。
【教学效果·勤检测】
1.D　催化剂只改变化学反应速率，不影响平衡移动，故不能用平衡移动原理解释，且该反应为放热反应，温度越低越有利于平衡正向移动，所以选择高温条件也不能用平衡移动原理解释，D符合题意。
2.B　制硫酸时使用热交换器，可充分利用二氧化硫催化氧化放出的能量， 实现能量循环使用，A不选；压强的增加引起SO2转化率的变化并不明显，所以工业上直接采用常压，不符合工业生产实际，B选；反应温度控制在500 ℃左右，催化剂活性最大，反应速率较大，C不选；催化氧化所使用的催化剂钒触媒（V2O5）能加快二氧化硫氧化速率，D不选。
3.Ⅰ.（1）防止合成塔中的催化剂中毒　（2）低温、高压　
（3）高温、低压
Ⅱ.450 ℃（或400～500 ℃）、101 kPa
解析：Ⅰ.（2）要适宜生产，即控制条件使反应正向进行，该反应为放热反应，且气体分子数减少，故适宜条件为低温、高压。（3）要实现醋酸二氨合铜（Ⅰ）溶液再生，即使平衡逆向移动即可，该反应为放热反应，且气体分子数减少，故醋酸二氨合铜（Ⅰ）溶液再生的适宜条件为高温、低压。Ⅱ.400～500 ℃、101 kPa时二氧化硫的转化率已经很高，再增大压强，会增加成本，二氧化硫转化率提高不显著，该温度下反应速率较快、催化剂活性最好。
4 / 4(共66张PPT)
第四节　化学反应的调控
课程 标准 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
目 录
1、基础知识·准落实
3、教学效果·勤检测
4、学科素养·稳提升
基础知识·准落实
1
梳理归纳 高效学习
分点突破（一）　合成氨反应的限度、速率
1. 合成氨反应的特点
N2（g）＋3H2（g） 2NH3（g）　Δ H ＝－92.4 kJ·mol－1
2. 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，应选择的反应条件如表所示：
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 增大反应 物浓度 升高 温度 增大 压强 使用催
化剂
提高平衡混合 物中氨的含量 增大反应 物浓度 降低 温度 增大 压强 —
3. 数据分析
根据课本表2-2在不同温度和压强下（初始时N2和H2的体积比为
1∶3），合成氨反应达到化学平衡时反应混合物中氨的含量实验数
据分析，增大合成氨的反应速率的条件是 温度、
压强；提高平衡混合物中氨的含量的条件是 温度、
压强。二者在 这一措施上是不一致的。实验数据的分
析与理论分析的结论是一致的。
升高　
增大　
降低　
增
大　
温度　
1. 可逆反应3H2（g）＋N2（g） 2NH3（g）　Δ H ＜0，达到平衡
后，为了使H2的转化率增大，下列选项中采用的三种方法都正确的
是（　　）
A. 升高温度，减小压强，增加氮气
B. 降低温度，增大压强，加入催化剂
C. 升高温度，增大压强，增加氮气
D. 降低温度，增大压强，分离出部分氨
解析：　要使氢气的转化率增大，需使平衡向正反应方向移动，
根据合成氨反应的特点，正反应为放热反应，需降低温度；正反应
为气体体积减小的反应，需增大压强；另外还可通过及时分离出部
分氨，减小生成物浓度的方法，促使平衡向正反应方向移动，D项
正确。
2. 在合成氨反应中使用催化剂和施加高压，下列叙述正确的是（　　）
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
解析：　对于反应N2（g）＋3H2（g） 2NH3（g），使用催化剂
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。
分点突破（二）　工业合成氨适宜条件的选择
1. 合成氨的适宜条件
（1）压强
①适宜条件： 。
②选择依据：压强越大，对材料的强度和设备的制造要求就
越高，需要的动力也 。
10 MPa～30 MPa　
越大　
（2）温度
①适宜条件： 。
②选择依据：该温度下催化剂的活性 ，反应速率比
较快，氨的含量也相对较高。
400～500 ℃　
最大　
（3）催化剂
适宜条件：以 为主体的多成分催化剂，又称铁触媒。
（4）浓度
①适宜条件：N2和H2按物质的量之比1∶2.8混合，适时分离
出 。
②选择依据：适当提高 的浓度，来提高H2的转化率。
铁　
氨气　
N2　
（5）其他
兼顾环境保护和社会效益，为了提高原料的 ，未
反应的N2和H2循环使用并及时补充N2和H2。
2. 化学反应的调控
（1）含义：通过改变外界条件使一个可能发生的反应按照某一方
向进行。
利用率　
②综合考虑影响化学反应速率和化学平衡的因素，寻找适宜
的生产条件；
③是否符合环境保护及社会效益等方面的规定和要求。
（2）考虑因素
①结合设备条件、安全操作、经济成本等情况；
　在硫酸工业中，通过下列反应使SO2 转化为SO3：2SO2（g）＋O2
（g） 2SO3（g）　Δ H ＜0。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 不同压强下SO2的转化率/％ 0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa
450 ℃ 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
550 ℃ 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
【交流讨论】
（1）从理论上分析，使SO2尽可能多、尽可能快地转化为SO3，应选
择的条件是什么？
提示：低温、高压。
（2）在实际生产中，选定450 ℃，其原因是什么？
提示：该反应是放热反应，升高温度，平衡左移，SO2的转化率
降低；此温度下催化剂的活性最高。
（3）在实际生产中，采用的压强为常压，其原因是什么？
提示：0.1 MPa（常压）下SO2的转化率已经很高，若采用较大
的压强，不仅SO2的转化率提高很少，且需要更大动力，对设备
的要求更高，增加成本。
（4）在实际生产中，通入过量的空气，其原因是什么？
提示：增大O2浓度，提高SO2的转化率。
（5）尾气中的SO2必须回收，其原因是什么？
提示：SO2属于污染性气体，防止污染环境。
选择化工生产适宜条件的分析角度
分析角度 原则要求
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，又要注意二者影响的矛盾性
分析角度 原则要求
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 注意催化剂的活性对温度的限制
1. 合成氨工业在20世纪初期形成，工艺日趋成熟。下列关于工业合成
氨的叙述正确的是（　　）
A. 合成氨工业温度选择为700 K左右，主要是为了提高NH3产率
B. 使用催化剂和施加高压，都能提高反应速率，但对化学平衡状态无
影响
C. 合成氨生产过程中将NH3液化分离，可提高N2、H2的转化率
D. 合成氨工业中为了提高氢气的利用率，可适当增加氢气浓度
解析：　合成氨反应为放热反应，温度较高不利于提高NH3产
率，主要是为了加快反应速率，A错误；催化剂和高压能加快反应
速率，增大压强平衡正向移动，催化剂对平衡无影响，B错误；减
少生成物的浓度平衡正向移动，所以将NH3液化分离，可提高N2、
H2的转化率，C正确；增加一种反应物的浓度可以提高另一种反应
物的转化率，而本身转化率降低，所以合成氨工业中为了提高氢气
的利用率，可适当增加氮气的浓度，D错误。
2. 如图所示为工业合成氨的流程图。下列说法错误的是（　　）
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均有利于提高原料的平衡转化率
D. 为保持足够高的反应速率，应在反应达到一定转化率时及时将氨从
混合气中分离出去
解析：　催化剂只能提高反应速率，不能提高平衡转化率，合成
氨反应为放热反应，高温不利于平衡正向移动，而④液化分离出
NH3和⑤N2、H2的再循环利用均可以使平衡正向移动，有利于提高
原料的平衡转化率，步骤③不能，C符合题意。
教学效果·勤检测
2
强化技能 查缺补漏
1. 下列有关工业合成氨的说法不能用平衡移动原理解释的是（　　）
A. 不断补充氮气和氢气
B. 选择10 MPa～30 MPa的高压
C. 及时液化分离氨气
D. 选择400～500 ℃高温的同时使用铁触媒作催化剂
解析：　催化剂只改变化学反应速率，不影响平衡移动，故不能
用平衡移动原理解释，且该反应为放热反应，温度越低越有利于平
衡正向移动，所以选择高温条件也不能用平衡移动原理解释，D符
合题意。
2. SO2催化氧化过程中，不符合工业生产实际的是（　　）
A. 采用热交换器循环利用能量
B. 压强控制为20 MPa～50 MPa
C. 反应温度控制在500 ℃左右
D. 使用V2O5作催化剂
解析：　制硫酸时使用热交换器，可充分利用二氧化硫催化氧化
放出的能量， 实现能量循环使用，A不选；压强的增加引起SO2转
化率的变化并不明显，所以工业上直接采用常压，不符合工业生产
实际，B选；反应温度控制在500 ℃左右，催化剂活性最大，反应
速率较大，C不选；催化氧化所使用的催化剂钒触媒（V2O5）能加
快二氧化硫氧化速率，D不选。
3. Ⅰ.合成氨工业中，原料气（N2、H2及少量CO、NH3的混合气）在进
入合成塔前常用醋酸二氨合铜（Ⅰ）溶液来吸收原料气中的CO，其
反应是[Cu（NH3）2]Ac＋CO＋NH3 [Cu（NH3）3]Ac·CO（Δ H
＜0）。
（1）必须除去原料气中CO的原因为 。
防止合成塔中的催化剂中毒
（2）醋酸二氨合铜（Ⅰ）溶液吸收CO的生产适宜条件应是
。
解析：要适宜生产，即控制条件使反应正向进行，该反应为
放热反应，且气体分子数减少，故适宜条件为低温、高压。
低温、
高压　
（3）吸收CO后的溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力
以供循环使用。醋酸二氨合铜（Ⅰ）溶液再生的生产适宜条件应
是 。
高温、低压　
解析：要实现醋酸二氨合铜（Ⅰ）溶液再生，即使平衡逆向移动即可，该反应为放热反应，且气体分子数减少，故醋酸二氨合铜（Ⅰ）溶液再生的适宜条件为高温、低压。
Ⅱ.图1表示接触室中催化剂效率随温度的变化图像，图2表示SO2的转
化率α（SO2）随温度 T 及压强 p 的变化图像。你认为接触室中最合适
的温度和压强是 。
450 ℃（或400～500 ℃）、101 kPa　
解析：～500 ℃、101 kPa时二氧化硫的转化率已经很高，再增大压强，会增加成本，二氧化硫转化率提高不显著，该温度下反应速率较快、催化剂活性最好。
学科素养·稳提升
3
内化知识 知能升华
1. 合成氨反应为N2（g）＋3H2（g） 2NH3（g）　Δ H ＝－92.4
kJ·mol－1。下列说法正确的是（　　）
A. 合成氨反应在任何温度下都能自发
B. 1 mol N2与过量H2充分反应放热92.4 kJ
C. 合成氨实际生产中选择高压和低温
D. 将氨液化分离，可促进平衡正移及循环利用氮气和氢气
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解析：　合成氨是放热且熵减的反应，根据Δ G ＝Δ H － T Δ S ＜0
能自发可知，该反应低温下能自发，A错误；该反应为可逆反应，
不能完全进行，因此1 mol N2与过量H2充分反应放热小于92.4 kJ，B
错误；为了加快反应速率，实际生产中选择高压（10 MPa～30
MPa）和高温（400～500 ℃），C错误；氨气易液化，液化分离后
生成物减少，平衡正向移动，没有液化的H2和N2可以继续放入反应
器中反应，循环利用，D正确。
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2. 有平衡体系：CO（g）＋2H2（g） CH3OH（g）　Δ H ＜0。工业
上为了增加甲醇（CH3OH）的产量，应采取的正确措施是（　　）
A. 高温，高压 B. 适宜温度，高压，催化剂
C. 低温，低压 D. 高温，高压，催化剂
解析：　该反应是一个气体体积减小的放热反应，为了增加甲醇
的产量，需使平衡正向移动，理论上可采用低温、高压的方式，但
在实际生产中还需考虑反应速率、设备承受的压力及催化剂的活性
等因素的影响。
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3. 某工业生产中发生反应：2A（g）＋B（g） M（g）　Δ H ＜0。
下列有关该工业生产的说法正确的是（　　）
A. 工业上合成M时，一定采用高压条件，因为高压有利于M的生成
B. 若物质B廉价易得，工业上一般采用加入过量的B以提高A和B的转
化率
C. 工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越
高
D. 工业生产中常采用催化剂，因为生产中使用催化剂可提高M的日产
量
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解析：　加入过量B只能提高A的转化率，B的转化率降低；温度
升高，平衡逆向移动，反应物的转化率降低；使用催化剂可降低反
应的活化能，提高反应速率。
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4. 下列关于化学反应的调控措施的说法不正确的是（　　）
A. 硫酸工业中，为提高SO2的转化率，通入过量的空气
B. 工业上增加炼铁高炉的高度可以有效降低尾气中CO的含量
C. 合成氨工业中，从实际生产条件考虑，不能盲目增大反应压强
D. 合成氨工业中，为提高氮气和氢气的利用率，采用循环操作
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解析：　反应2SO2＋O2 2SO3，通入过量的空气，反应正向进
行，SO2的转化率提高，A项正确；高炉炼铁过程中发生反应：
Fe2O3（s）＋3CO（g） 2Fe（s）＋3CO2（g），达到平衡后，增
加高炉的高度不能降低炼铁尾气中CO的含量，B项错误；工业合成
氨中，从实际生产条件考虑，不能盲目增大反应压强，若压强过
大，不仅会增加能源消耗，还会增大动力消耗，对设备的要求也
高，C项正确；工业合成氨是可逆反应，原料不能完全转化为产
物，采用氮气和氢气循环操作的主要目的是提高氮气和氢气的利用
率，D项正确。
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5. 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Cu-Zn-Fe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
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6. 纳米钴常用作CO加氢反应的催化剂：CO（g）＋3H2（g） CH4
（g）＋H2O（g）　Δ H ＜0，下列说法正确的是（　　）
A. 纳米技术的应用，优化了催化剂的性能，提高了反应的转化率
B. 缩小容器容积，平衡向正反应方向移动，CO的浓度增大
C. 从平衡体系中分离出H2O（g）能加快正反应速率
D. 工业生产中采用高温条件，其目的是提高CO的平衡转化率
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解析：　催化剂的优化不影响平衡的移动，不能提高反应物的转
化率，A项错误；缩小容器容积即增大压强，平衡向气体体积减小
的方向即正向移动，体系中各组分浓度均增大，B项正确；减小 c
（H2O）时正反应速率瞬间不变， v逆减小，平衡正向移动，C项错
误；升高温度，平衡逆向移动，CO的平衡转化率降低，D项错误。
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7. 下列有关工业合成氮反应：N2（g）＋3H2（g） 2NH3（g）　Δ H
＜0的说法不正确的是（　　）
A. 合成氨采取循环操作的目的是提高氮气和氢气的利用率
C. 合成塔压强调控在10 MPa～30 MPa之间，是对生产设备条件和经
济成本综合考虑的结果
D. 合成塔使用热交换控制体系温度在400～500 ℃，主要目的是有利
于平衡正向移动
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解析：　合成塔使用热交换控制体系温度在400～500 ℃，主
要目的是提高反应速率并且使催化剂铁触媒的活性达到最佳状
态，D错误。
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8. 某研究小组为探究催化剂对尾气中CO、NO转化的影响，将含NO和
CO的尾气在不同温度下，以一定的流速通过两种不同的催化剂进行
反应：2NO（g）＋2CO（g） N2（g）＋2CO2（g）　Δ H ＜0，测
量相同时间内逸出气体中NO的含量，
从而确定尾气脱氮率（脱氮率即NO的
转化率），结果如图所示。下列说法正
确的是（　　）
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①两种催化剂均能降低反应的活化能，但Δ H 均不变　②相同条件
下，改变压强对脱氮率没有影响　③曲线Ⅱ中的催化剂的最适宜温
度为450 ℃左右　④a点的脱氮率是对应温度下的平衡脱氮率　⑤若
低于200 ℃，图中曲线Ⅰ脱氮率随温度升高而变化不大的主要原因是
催化剂的活性不高
A. ①②③ B. ①③④
C. ②③④ D. ①③⑤
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解析：　①催化剂可降低反应的活化能，但不改变反应的Δ H ，正
确；②该反应为气体分子数减小的反应，改变压强平衡发生移动，
则改变压强对脱氮率有影响，错误；③由图可知，曲线Ⅱ中450 ℃
左右脱氮率最大，则曲线Ⅱ中的催化剂的最适宜温度为450 ℃左
右，正确；④因为该反应是放热反应，降低温度，平衡正向移动，
则a点对应温度下的平衡脱氮率应大于450 ℃下的脱氮率，错误；⑤
催化剂的活性受温度的影响，则低于200 ℃ 时，图中曲线 Ⅰ 脱氮率
随温度升高而变化不大的主要原因是催化剂的活性不高，正确。
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9. 近年来我国大力加强温室气体CO2催化氢化合成甲醇技术的工业化
量产研究，实现可持续发展。回答下列问题：
（1）已知：CO2（g）＋H2（g） H2O（g）＋CO（g）　Δ H1＝＋
41.1 kJ·mol－1
CO（g）＋2H2（g） CH3OH（g）
　Δ H2＝－90.0 kJ·mol－1

解析：根据盖斯定律，将题述两个热化学方程式相加可得：
3H2（g）＋CO2（g） CH3OH（g）＋H2O（g）　Δ H ＝－
48.9 kJ·mol－1。
3H2（g）＋CO2
（g） CH3OH（g）＋H2O（g）　Δ H ＝－48.9 kJ·mol－1　
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（2）为提高CH3OH（g）的产率，理论上应采用的条件是 （填
字母）。
a.高温高压 b.低温低压
c.高温低压 d.低温高压
解析：根据热化学方程式可知，生成CH3OH（g）的反应是放热
反应，也是气体体积减小的反应，故要想提高CH3OH（g）的产
率，需要低温高压，d项合理。
d　
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（3）250 ℃时，在恒容密闭容器中由CO2（g）催化氢化合成CH3OH
（g），如图为不同投料比 时某反应物X的平衡转化率
的变化曲线。
反应物X是 （填“CO2”或“H2”）。
CO2　
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解析：图中的横坐标为 ，假设 n （CO2）为定值，则
CO2的平衡转化率随 n （H2）的增大而增大，故反应物X为CO2。
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（4）250 ℃时，在容积为2.0 L的恒容密闭容器中加入6 mol H2、2 mol
CO2和催化剂，10 min时反应达到平衡，测得 c （CH3OH）＝
0.75 mol·L－1。
①前10 min内平均反应速率 v （H2）＝ mol·L－
1·min－1。

③催化剂和反应条件与反应物的转化率和产物的选择性高度相
关。控制相同投料比和相同反应时间，得到的四组实验数据如
表所示：
0.225　
　
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实验 编号 温度/K 催化剂 CO2的 转化率％ 甲醇的选
择性/％
A 543 Cu/ZnO纳米棒 12.3 42.3
B 543 Cu/ZnO纳米片 11.9 72.7
C 553 Cu/ZnO纳米棒 15.3 39.1
D 553 Cu/ZnO纳米片 12.0 70.6
根据上表所给数据，用CO2生产甲醇的最优条件为 （填实
验编号）。
B　
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解析：①CH3OH（g） 的浓度变化量为0.75 mol·L－1，则：
　　　　　 3H2（g）＋CO2（g） CH3OH（g）＋H2O（g）
起始浓度/
（mol·L－1） 3 1 0 0
转化浓度/
（mol·L－1） 2.25 0.75 0.75 0.75
平衡浓度/
（mol·L－1） 0.75 0.25 0.75 0.75
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H2的浓度变化量为2.25 mol·L－1，则前10 min内平均反应速
率 v （H2）＝0.225 mol·L－1·min－1。② K ＝
＝ ＝ 。③选择性是指产物
的专一性，在一个化学反应中若有多个产物，其中某一产物
是目标产物，若这个物质的产率越高，说明该反应的选择性
越好。观察四组数据，相比之下，B、D中甲醇的选择性好，
虽然B中CO2的转化率比D中的稍低些，但是B中CH3OH
（g）的选择性比D中的好，故B为最优条件。
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10. CO2可用来生产燃料甲醇：CO2（g）＋3H2（g） CH3OH（g）＋
H2O（g）　Δ H ＝－49 kJ·mol－1。在容积为1 L的恒容密闭容器
中，充入1 mol CO2和2 mol H2，一定条件下发生上述反应，测得
CH3OH（g）浓度随时间的变化如表所示：
时间/min 0 3 5 10 15
浓度/（mol·L－1） 0 0.3 0.45 0.5 0.5
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（1）下列措施中能使平衡体系中 增大且不减慢化学反
应速率的是 （填字母，下同）。
A. 升高温度
B. 充入He（g），使体系压强增大
C. 再充入1 mol H2
D. 将H2O（g）从体系中分离出去
C　
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解析：该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移
动， 减小，A不选；恒容状态下，充入He
（g），体系压强增大，但反应体系中各组分浓度不变，化
学平衡不移动，该比值不变，B不选；再充入1 mol氢气，反
应物浓度增大，反应速率加快，增加反应物浓度，平衡向正
反应方向移动，该比值增大，C选；将水蒸气从体系中分离
出来，化学反应速率减慢，D不选。
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（2）要提高CO2的转化率，可以采取的措施是 。
A. 加入催化剂　　　　B. 增大CO2的浓度
C. 通入惰性气体 D. 通入H2
E. 分离出甲醇
DE　
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解析：加入催化剂，对化学平衡移动无影响，即CO2的平衡转化
率不变，A不选；增大CO2的浓度，平衡虽然向正反应方向移
动，但CO2的转化率降低，B不选；恒容状态下，通入惰性气
体，化学平衡不移动，即CO2的转化率不变，C不选；通入氢
气，平衡向正反应方向移动，CO2的转化率增大，D选；分离出
甲醇，平衡向正反应方向移动，CO2的转化率增大，E选。
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（3）在使用不同催化剂时，相同时间内测得CO2的转化率随温度的变
化如图所示。
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则催化效果最佳的是催化剂 （填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”）。
如果a点已经达到平衡状态，则b点的 v正 （填
“＞”“＜”或“＝”） v逆，c点转化率比a点低的原因是
。
Ⅰ　
＞　
该
反应为放热反应，温度升高，平衡逆向移动　
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解析：根据题图可知，相同温度下，催化剂Ⅰ的催化效果最佳；a
点达到平衡，加入催化剂，对化学平衡移动无影响，b点没有达
到平衡，CO2转化率小于该温度下的平衡转化率，说明反应向正
反应方向进行，即 v正＞ v逆；a点达到平衡，c点也是平衡点，但c
点温度高于a点，该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应
方向移动，CO2的转化率降低。
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感谢欣赏
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