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2.4 化学反应的调控
题组一　合成氨条件的选择
1. 下列关于合成氨工业的说法，正确的是(　D　)
A. N2的量越多，H2的转化率越大，因此充入的N2越多越有利于NH3的合成
B. 恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成
C. 工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行
D. 工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在常温时可自发进行
【解析】 在合成氨工业中应选择一个合适的投料比[n(N2)∶n(H2)]，并不是充入的N2越多越有利于NH3的合成，A错误；恒容条件下，充入稀有气体对平衡无影响，B错误；ΔH－TΔS＜0时反应自发进行，而合成氨反应的ΔH＜0、ΔS＜0，故在常温条件下该反应能自发进行，C错误，D正确。
2. 合成氨问题，关乎到世界化工发展和粮食安全问题。下列关于合成氨工业的说法，错误的是(　C　)
A. 高压条件比常压条件更有利于合成氨的反应
B. 合成氨时采用循环操作，可以提高原料利用率
C. 工业生产采用500 ℃而不采用常温，是为了提高合成氨的转化率
D. 铁触媒的使用有利于提高合成氨的生产效率
【解析】 合成氨的反应为气体分子数减小的反应，增大压强有利于反应正向进行，A正确；合成氨的反应为可逆反应，原料不能完全反应，采用循环操作，可以提高原料利用率，B正确；合成氨的反应为放热反应，升温会使平衡逆向移动，工业生产采用500 ℃而不采用常温，是为了提高反应速率，C错误；铁触媒为催化剂，可以大大提高反应速率，有利于提高合成氨的生产效率，D正确。
3. 合成氨反应为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。下列说法中，正确的是(　D　)
A. 合成氨反应在任意温度下都能自发进行
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，有利于平衡正移及循环利用氮气和氢气
【解析】 合成氨是放热且熵减的反应，根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0能自发进行可知，该反应在低温下能自发进行，A错误；该反应为可逆反应，不能完全反应，因此1 mol N2与过量H2充分反应放热小于92.4 kJ，B错误；为了增大反应速率，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可以继续通入反应器中反应，循环利用，D正确。
4. 在合成氨反应中使用催化剂和施加高压，下列说法中，正确的是(　C　)
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，缩短达到平衡状态所用的时间，也能使化学平衡向生成NH3的方向移动，C正确。
题组二　化学反应的调控
5. 纳米钴常用于CO加氢反应的催化剂：CO(g)＋3H2(g) CH4(g)＋H2O(g)　ΔH＜0。下列说法中，正确的是(　B　)
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下进行，其目的是提高CO的平衡转化率
【解析】 催化剂的优化不影响平衡的移动，不能提高反应的转化率，A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正确；降低反应物或生成物浓度，正逆反应速率均会降低，C错误；升高温度，平衡逆向移动，CO的平衡转化率降低，D错误。
6. 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，反应为2CO2(g)＋6H2(g) CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)。下列说法中，错误的是(　B　)
A. 使用合适的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一定是吸热反应
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
【解析】 使用合适的催化剂可增大反应速率，从而提高生产效率，A正确；加热可以增大化学反应速率，放热反应也可能在加热条件下进行，B错误；充入大量CO2气体可使平衡正向移动，提高H2的转化率，C正确；从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可促使平衡正向移动，从而提高CO2和H2的利用率，D正确。
7. 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。下列关于反应2SO2＋O22SO3的说法，错误的是(　B　)
A. 实际生产中，SO2、O2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SO2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
【解析】 二氧化硫和氧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；压强过大，设备可能无法承受太大的压强，适当增大压强可提高反应速率和转化率，B错误；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；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。
8. 已知：2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(s)＋H2O(g)。如图所示为以空气等为原料合成尿素[CO(NH2)2]的流程(部分产物略去)。下列说法中，错误的是(　A　)
A. N2与H2的反应是放热反应，合成工艺中温度越低越好
B. 利用物质的沸点不同分离空气
C. 在高压的条件下更有利于尿素的合成
D. 煤与氧气反应放出的热量可提供给合成氨工艺
【解析】 温度越低，化学反应速率越慢，从而降低产率，故合成工艺中要选择合适的温度，A错误；利用物质的沸点不同将空气分离，B正确；根据反应的化学方程式为2NH3＋CO2 CO(NH2)2＋H2O，该反应是气体体积减小的反应，加压平衡正向移动，所以从提高产率角度来说，在加压的条件下反应更有利于尿素的合成，C正确；煤与氧气发生的是氧化反应，氧化反应都放热，放出的热量可提供给合成氨工艺，D正确。
9. NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，如图所示为NH3的转化率、生成N2的选择性[×100%]与温度的关系。
下列说法中，正确的是(　D　)
A. 其他条件不变，升高温度，NH3的平衡转化率增大
B. 其他条件不变，在175~300 ℃范围，随温度的升高，出口处N2和氮氧化物的量均不断增大
C. 催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250 ℃
D. 高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂
【解析】 NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应，根据勒夏特列原理，升高温度，平衡向逆反应方向进行，氨气的平衡转化率降低，A错误；在175~300 ℃范围，随温度的升高，N2的选择性降低，即产生氮气的量减少，B错误；温度高于250 ℃ N2的选择性降低，且氨气的转化率变化并不大，根据题图可知，温度应略小于225 ℃，此时氨气的转化率、氮气的选择性较大，C错误；氮气对环境无污染，氮的氧化物污染环境，因此高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂，D正确。
10. 恒压条件下，密闭容器中将CO2、H2按照体积比为1∶3合成CH3OH，其中涉及的主要反应：
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49 kJ·mol－1
Ⅱ.CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝41 kJ·mol－1
在不同催化剂作用下发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图所示：
已知：CH3OH的选择性＝×100%。
下列说法中，正确的是(　B　)
A. 保持恒温恒压下充入氮气，不影响CO的产率
B. 合成甲醇的适宜工业条件是约230 ℃，催化剂选择CZ(Zr－1)T
C. 使用催化剂CZ(Zr－1)T，230 ℃以上，升高温度甲醇的产率降低，原因是催化剂的活性降低
D. 使用催化剂CZT，230 ℃以上，升高温度甲醇的产率降低，是因为反应Ⅰ平衡逆向移动
【解析】 充入氮气反应Ⅰ压强减小平衡逆向移动，H2和CO2增加从而导致反应Ⅱ的反应物浓度增大平衡正向移动，则CO的产率增加，A错误；相同条件下催化剂CZ(Zr－1)T选择性更高，此催化剂在230 ℃选择性最高且CH3OH的产率较高，所以甲醇的最适宜条件为约230 ℃、催化剂选择CZ(Zr－1)T，B正确；230 ℃以上反应Ⅰ为放热反应，升温平衡逆向移动，而反应Ⅱ为吸热反应，升温平衡正向移动，导致甲醇的产率降低，C错误；催化剂CZT，230 ℃以上甲醇的选择性低，且升温反应Ⅱ正向移动，所以该条件下主要以反应Ⅱ为主导致甲醇的产率降低，D错误。
11. 焦炉煤气(主要成分：CH4、CO2、H2、CO)在炭催化下，使CH4与CO2重整生成H2和CO。其主要反应为
反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)====2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1＝＋247.1 kJ·mol－1
反应Ⅱ：H2(g)＋CO2(g)====CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1
反应Ⅲ：C(s)＋CO2(g)====2CO(g)　ΔH3＝＋172 kJ·mol－1
反应Ⅳ：C(s)＋H2O(g)====CO(g)＋H2(g)ΔH4＝＋131.29 kJ·mol－1
在1×105 Pa、将焦炉煤气以一定流速通过装有炭催化剂的反应管，如图所示为CH4、CO、H2的相对体积和CO2的转化率随温度变化的曲线。
相对体积V(CH4)＝，相对体积V(CO或H2)＝。
下列说法中，错误的是(　C　)
A. 温度低于900 ℃，反应Ⅰ基本不发生
B. 850~900 ℃时，主要发生反应Ⅳ
C. 增大焦炉煤气流速一定能提高CO的相对体积
D. 工业生产上需要研发低温下CH4转化率高的催化剂
【解析】 从题图中可以看出，温度低于900 ℃时，CH4的相对体积基本上是100%，所以反应Ⅰ基本不发生，A正确；850~900 ℃时，H2、CO的相对体积都增大，且增大的幅度相近，而CH4的相对体积略有减小，可能是CO2转化率增大的原因，则反应Ⅰ进行的幅度很小，反应Ⅱ、Ⅲ基本不发生，主要发生反应Ⅳ，B正确；4个反应均为生成CO的反应，且都为吸热反应，所以若想提高CO的相对体积，应选择升高温度，与增大焦炉煤气的流速无关，C错误；由题图中信息可知，温度低于900 ℃时，CH4的相对体积基本上是100%，则反应Ⅰ基本不发生，故工业生产上需要研发低温下CH4转化率高的催化剂，D正确。
12. 工业上合成氨是在一定条件下进行反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1；其部分工艺流程如图1所示。
图1
(1)N2、H2需要经过铜氨液处理净化，除去其中的CO，其反应为[Cu(NH3)2]＋＋CO＋NH3 [Cu(NH3)3CO]＋　ΔH＜0。铜氨液吸收CO适宜的生产条件是　低温、高压　。
(2)在其他条件相同时，分别测定不同压强、不同温度下N2的平衡转化率，结果如图2所示。
图2
T1　＜　(填“＞”或“＜”)T2，判断的理由是　合成氨为放热反应，在一定压强下，升高温度，平衡逆向移动，N2的平衡转化率降低　。
(3)温度为t ℃时，将4a mol H2和2a mol N2放入0.5 L密闭容器中，充分反应达平衡后测得N2的转化率为50%，此时放出热量46.2 kJ。则该温度下N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的平衡常数为　4.0　。
(4)依据温度对合成氨反应的影响，在图3坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图。
图3
【解析】 (1)根据[]＋＋CO＋NH3 [Cu(NH3)3CO]＋　ΔH＜0可知，正反应为气体分子数减小的反应，且正反应放热，若要尽量吸收CO，则需要使平衡尽量正向移动，结合勒夏特列原理，适宜的条件为高压、低温。　(2)由于反应放热，温度越高，N2平衡转化率越低，结合题图2可知T1＜T2。　(3)根据题意，平衡后N2的转化率为50%，则消耗的n(N2)＝a mol，列三段式：
　　　　　　　　　 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
起始浓度/(mol·L－1)　 4a　　8a　 　 0
转化浓度/(mol·L－1)　 2a　　6a　 　4a
平衡浓度/(mol·L－1)　 2a　　2a　　 　4a
K＝，由于反应的ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，则放热46.2 kJ时参加反应的n(N2)＝ mol＝0.5 mol，即a＝0.5，K＝4。　(4)起始时，氨气的物质的量为0，一段时间内随着温度的升高，氨气的物质的量逐渐变大，当达到平衡之后，继续升温，平衡逆向移动，氨气的物质的量逐渐减小。2.4 化学反应的调控
题组一　合成氨条件的选择
1. 下列关于合成氨工业的说法，正确的是( )
A. N2的量越多，H2的转化率越大，因此充入的N2越多越有利于NH3的合成
B. 恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成
C. 工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行
D. 工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在常温时可自发进行
2. 合成氨问题，关乎到世界化工发展和粮食安全问题。下列关于合成氨工业的说法，错误的是(　 )
A. 高压条件比常压条件更有利于合成氨的反应
B. 合成氨时采用循环操作，可以提高原料利用率
C. 工业生产采用500 ℃而不采用常温，是为了提高合成氨的转化率
D. 铁触媒的使用有利于提高合成氨的生产效率
3. 合成氨反应为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。下列说法中，正确的是(　 )
A. 合成氨反应在任意温度下都能自发进行
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，有利于平衡正移及循环利用氮气和氢气
4. 在合成氨反应中使用催化剂和施加高压，下列说法中，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
题组二　化学反应的调控
5. 纳米钴常用于CO加氢反应的催化剂：CO(g)＋3H2(g) CH4(g)＋H2O(g)　ΔH＜0。下列说法中，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下进行，其目的是提高CO的平衡转化率
6. 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，反应为2CO2(g)＋6H2(g) CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)。下列说法中，错误的是(　 )
A. 使用合适的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一定是吸热反应
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
7. 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。下列关于反应2SO2＋O22SO3的说法，错误的是(　 )
A. 实际生产中，SO2、O2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SO2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
8. 已知：2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(s)＋H2O(g)。如图所示为以空气等为原料合成尿素[CO(NH2)2]的流程(部分产物略去)。下列说法中，错误的是(　 )
A. N2与H2的反应是放热反应，合成工艺中温度越低越好
B. 利用物质的沸点不同分离空气
C. 在高压的条件下更有利于尿素的合成
D. 煤与氧气反应放出的热量可提供给合成氨工艺
9. NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，如图所示为NH3的转化率、生成N2的选择性[×100%]与温度的关系。
下列说法中，正确的是(　 )
A. 其他条件不变，升高温度，NH3的平衡转化率增大
B. 其他条件不变，在175~300 ℃范围，随温度的升高，出口处N2和氮氧化物的量均不断增大
C. 催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250 ℃
D. 高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂
10. 恒压条件下，密闭容器中将CO2、H2按照体积比为1∶3合成CH3OH，其中涉及的主要反应：
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1＝－49 kJ·mol－1
Ⅱ.CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝41 kJ·mol－1
在不同催化剂作用下发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图所示：
已知：CH3OH的选择性＝×100%。
下列说法中，正确的是(　 )
A. 保持恒温恒压下充入氮气，不影响CO的产率
B. 合成甲醇的适宜工业条件是约230 ℃，催化剂选择CZ(Zr－1)T
C. 使用催化剂CZ(Zr－1)T，230 ℃以上，升高温度甲醇的产率降低，原因是催化剂的活性降低
D. 使用催化剂CZT，230 ℃以上，升高温度甲醇的产率降低，是因为反应Ⅰ平衡逆向移动
11. 焦炉煤气(主要成分：CH4、CO2、H2、CO)在炭催化下，使CH4与CO2重整生成H2和CO。其主要反应为
反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)====2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1＝＋247.1 kJ·mol－1
反应Ⅱ：H2(g)＋CO2(g)====CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1
反应Ⅲ：C(s)＋CO2(g)====2CO(g)　ΔH3＝＋172 kJ·mol－1
反应Ⅳ：C(s)＋H2O(g)====CO(g)＋H2(g)ΔH4＝＋131.29 kJ·mol－1
在1×105 Pa、将焦炉煤气以一定流速通过装有炭催化剂的反应管，如图所示为CH4、CO、H2的相对体积和CO2的转化率随温度变化的曲线。
相对体积V(CH4)＝，相对体积V(CO或H2)＝。
下列说法中，错误的是(　 )
A. 温度低于900 ℃，反应Ⅰ基本不发生
B. 850~900 ℃时，主要发生反应Ⅳ
C. 增大焦炉煤气流速一定能提高CO的相对体积
D. 工业生产上需要研发低温下CH4转化率高的催化剂
12. 工业上合成氨是在一定条件下进行反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1；其部分工艺流程如图1所示。
图1
(1)N2、H2需要经过铜氨液处理净化，除去其中的CO，其反应为[Cu(NH3)2]＋＋CO＋NH3 [Cu(NH3)3CO]＋　ΔH＜0。铜氨液吸收CO适宜的生产条件是 。
(2)在其他条件相同时，分别测定不同压强、不同温度下N2的平衡转化率，结果如图2所示。
图2
T1 (填“＞”或“＜”)T2，判断的理由是 。
(3)温度为t ℃时，将4a mol H2和2a mol N2放入0.5 L密闭容器中，充分反应达平衡后测得N2的转化率为50%，此时放出热量46.2 kJ。则该温度下N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的平衡常数为 。
(4)依据温度对合成氨反应的影响，在图3坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图。
图3(共39张PPT)
四、化学反应的调控
化学反应速率与化学平衡
第二章
高中化学 选择性必修1 化学反应原理
必备知识练
题组一　合成氨条件的选择
1. 下列关于合成氨工业的说法，正确的是(　　)
A. N2的量越多，H2的转化率越大，因此充入的N2越多越有利于NH3的合成
B. 恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成
C. 工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行
D. 工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在常温时可自发进行
D
【解析】 在合成氨工业中应选择一个合适的投料比[n(N2)∶n(H2)]，并不是充入的N2越多越有利于NH3的合成，A错误；恒容条件下，充入稀有气体对平衡无影响，B错误；ΔH－TΔS＜0时反应自发进行，而合成氨反应的ΔH＜0、ΔS＜0，故在常温条件下该反应能自发进行，C错误，D正确。
2. 合成氨问题，关乎到世界化工发展和粮食安全问题。下列关
于合成氨工业的说法，错误的是(　　)
A. 高压条件比常压条件更有利于合成氨的反应
B. 合成氨时采用循环操作，可以提高原料利用率
C. 工业生产采用500 ℃而不采用常温，是为了提高合成氨的转化率
D. 铁触媒的使用有利于提高合成氨的生产效率
C
【解析】 合成氨的反应为气体分子数减小的反应，增大压强有利于反应正向进行，A正确；合成氨的反应为可逆反应，原料不能完全反应，采用循环操作，可以提高原料利用率，B正确；合成氨的反应为放热反应，升温会使平衡逆向移动，工业生产采用500 ℃而不采用常温，是为了提高反应速率，C错误；铁触媒为催化剂，可以大大提高反应速率，有利于提高合成氨的生产效率，D正确。
3. 合成氨反应为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　
ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。下列说法中，正确的是(　　)
A. 合成氨反应在任意温度下都能自发进行
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，有利于平衡正移及循环利用氮气和氢气
D
【解析】 合成氨是放热且熵减的反应，根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0能自发进行可知，该反应在低温下能自发进行，A错误；该反应为可逆反应，不能完全反应，因此1 mol N2与过量H2充分反应放热小于92.4 kJ，B错误；为了增大反应速率，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可以继续通入反应器中反应，循环利用，D正确。
4. 在合成氨反应中使用催化剂和施加高压，下列说法中，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
C
【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，缩短达到平衡状态所用的时间，也能使化学平衡向生成NH3的方向移动，C正确。
题组二　化学反应的调控
5. 纳米钴常用于CO加氢反应的催化剂：CO(g)＋3H2(g) CH4(g)＋H2O(g)　ΔH＜0。下列说法中，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下进行，其目的是提高CO的平衡转化率
B
【解析】 催化剂的优化不影响平衡的移动，不能提高反应的转化率，A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正确；降低反应物或生成物浓度，正逆反应速率均会降低，C错误；升高温度，平衡逆向移动，CO的平衡转化率降低，D错误。
6. 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，反应为2CO2(g)＋6H2(g) CH3CH2OH(g)＋
3H2O(g)。下列说法中，错误的是(　　)
A. 使用合适的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一定是吸热反应
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
B
【解析】 使用合适的催化剂可增大反应速率，从而提高生产效率，A正确；加热可以增大化学反应速率，放热反应也可能在加热条件下进行，B错误；充入大量CO2气体可使平衡正向移动，提高H2的转化率，C正确；从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可促使平衡正向移动，从而提高CO2和H2的利用率，D正确。
7. 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。下列关于反应2SO2＋O2 2SO3的说法，错误的
是(　　)
A. 实际生产中，SO2、O2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SO2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
B
【解析】 二氧化硫和氧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；压强过大，设备可能无法承受太大的压强，适当增大压强可提高反应速率和转化率，B错误；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；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。
关键能力练
8. 已知：2NH3(g)＋CO2(g) CO(NH2)2(s)＋H2O(g)。如图所
示为以空气等为原料合成尿素[CO(NH2)2]的流程(部分产物略
去)。下列说法中，错误的是(　　)
A. N2与H2的反应是放热反应，合成工艺中温度越低越好
B. 利用物质的沸点不同分离空气
C. 在高压的条件下更有利于尿素的合成
D. 煤与氧气反应放出的热量可提供给合成氨工艺
A
【解析】 温度越低，化学反应速率越慢，从而降低产率，故合成工艺中要选择合适的温度，A错误；利用物质的沸点不同将空气分离，B正确；根据反应的化学方程式为2NH3＋CO2 CO(NH2)2＋H2O，该反应是气体体积减小的反应，加压平衡正向移动，所以从提高产率角度来说，在加压的条件下反应更有利于尿素的合成，C正确；煤与氧气发生的是氧化反应，氧化反应都放热，放出的热量可提供给合成氨工艺，D正确。
9. NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应。工业尾气中的NH3可通过催化氧化为N2除去。将一定比例的NH3、O2和N2的混合气体以一定流速通过装有催化剂的反应管，如图所示为NH3的转化
率、生成N2的选择性
[×100%]与温
度的关系。
下列说法中，正确的是(　　)
A. 其他条件不变，升高温度，NH3的平衡转化率增大
B. 其他条件不变，在175~300 ℃范围，随温度的升高，出口处N2和氮氧化物的量均不断增大
C. 催化氧化除去尾气中的NH3应选择反应温度高于250 ℃
D. 高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂
D
【解析】 NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O的反应均为放热反应，根据勒夏特列原理，升高温度，平衡向逆反应方向进行，氨气的平衡转化率降低，A错误；在175~300 ℃范围，随温度的升高，N2的选择性降低，即产生氮气的量减少，B错误；温度高于250 ℃ N2的选择性降低，且氨气的转化率变化并不大，根据题图可知，温度应略小于225 ℃，此时氨气的转化率、氮气的选择性较大，C错误；氮气对环境无污染，氮的氧化物污染环境，因此高效除去尾气中的NH3，需研发低温下NH3转化率高和N2选择性高的催化剂，D正确。
10. 恒压条件下，密闭容器中将CO2、H2按照体积比为1∶3合成CH3OH，其中涉及的主要反应：
Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　
ΔH1＝－49 kJ·mol－1
Ⅱ.CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝41 kJ·mol－1
在不同催化剂作用下发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，在相同的时间段内CH3OH的选择性和产率随温度的变化如图所示：
已知：CH3OH的选择性＝×100%。
下列说法中，正确的是(　　)
A. 保持恒温恒压下充入氮气，不影响CO的产率
B. 合成甲醇的适宜工业条件是约230 ℃，催化剂选择CZ(Zr－1)T
C. 使用催化剂CZ(Zr－1)T，230 ℃以上，升高温度甲醇的产率降低，原因是催化剂的活性降低
D. 使用催化剂CZT，230 ℃以上，升高温度甲醇的产率降低，是因为反应Ⅰ平衡逆向移动
B
【解析】 充入氮气反应Ⅰ压强减小平衡逆向移动，H2和CO2增加从而导致反应Ⅱ的反应物浓度增大平衡正向移动，则CO的产率增加，A错误；相同条件下催化剂CZ(Zr－1)T选择性更高，此催化剂在230 ℃选择性最高且CH3OH的产率较高，所以甲醇的最适宜条件为约230 ℃、催化剂选择CZ(Zr－1)T，B正确；230 ℃以上反应Ⅰ为放热反应，升温平衡逆向移动，而反应Ⅱ为吸热反应，升温平衡正向移动，导致甲醇的产率降低，C错误；催化剂CZT，230 ℃以上甲醇的选择性低，且升温反应Ⅱ正向移动，所以该条件下主要以反应Ⅱ为主导致甲醇的产率降低，D错误。
11. 焦炉煤气(主要成分：CH4、CO2、H2、CO)在炭催化下，使CH4与CO2重整生成H2和CO。其主要反应为
反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)====2CO(g)＋2H2(g)　
ΔH1＝＋247.1 kJ·mol－1
反应Ⅱ：H2(g)＋CO2(g)====CO(g)＋H2O(g)　
ΔH2＝＋41.2 kJ·mol－1
反应Ⅲ：C(s)＋CO2(g)====2CO(g)　ΔH3＝＋172 kJ·mol－1
反应Ⅳ：C(s)＋H2O(g)====CO(g)＋H2(g)
ΔH4＝＋131.29 kJ·mol－1
在1×105 Pa、将焦炉煤气以一定流速通过装有炭催化剂的反应管，如图所示为CH4、CO、H2的相对体积和CO2的转化率随温度变化的曲线。
相对体积V(CH4)＝，相对体积V(CO或H2)＝
。
下列说法中，错误的是(　　)
A. 温度低于900 ℃，反应Ⅰ基本不发生
B. 850~900 ℃时，主要发生反应Ⅳ
C. 增大焦炉煤气流速一定能提高CO的相对体积
D. 工业生产上需要研发低温下CH4转化率高的催化剂
C
【解析】 从题图中可以看出，温度低于900 ℃时，CH4的相对体积基本上是100%，所以反应Ⅰ基本不发生，A正确；850~
900 ℃时，H2、CO的相对体积都增大，且增大的幅度相近，而CH4的相对体积略有减小，可能是CO2转化率增大的原因，则反应Ⅰ进行的幅度很小，反应Ⅱ、Ⅲ基本不发生，主要发生反应Ⅳ，B正确；4个反应均为生成CO的反应，且都为吸热反应，所以若想提高CO的相对体积，应选择升高温度，与增大焦炉煤气的流速无关，C错误；由题图中信息可知，温度低于
900 ℃时，CH4的相对体积基本上是100%，则反应Ⅰ基本不发生，故工业生产上需要研发低温下CH4转化率高的催化剂，D正确。
拓展突破练
12. 工业上合成氨是在一定条件下进行反应：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1；其部分工艺流程如图1所示。
图1
(1)N2、H2需要经过铜氨液处理净化，除去其中的CO，其反应为[Cu(NH3)2]＋＋CO＋NH3 [Cu(NH3)3CO]＋　ΔH＜0。铜氨液吸收CO适宜的生产条件是______________。
低温、高压
(2)在其他条件相同时，分别测定不同
压强、不同温度下N2的平衡转化率，
结果如图2所示。
T1__________(填“＞”或“＜”)T2，
判断的理由是______________________
__________________________________
____________________________。
图2
＜
合成氨为放热反应，
在一定压强下，升高温度，平衡逆向移
动，N2的平衡转化率降低
(3)温度为t ℃时，将4a mol H2和2a mol N2放入0.5 L密闭容器
中，充分反应达平衡后测得N2的转化率为50%，此时放出热量46.2 kJ。则该温度下N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的平衡常数为__________。
4.0
(4)依据温度对合成氨反应的影响，在图3坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图。
图3
【解析】 (1)根据[]＋＋CO＋NH3 [Cu(NH3)3CO]＋　ΔH＜0可知，正反应为气体分子数减小的反应，且正反应放热，若要尽量吸收CO，则需要使平衡尽量正向移动，结合勒夏特列原理，适宜的条件为高压、低温。　(2)由于反应放热，温度越高，N2平衡转化率越低，结合题图2可知T1＜T2。　
(3)根据题意，平衡后N2的转化率为50%，则消耗的n(N2)＝a mol，列三段式：
　　　　　　　　　 N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
起始浓度/(mol·L－1)　 4a　　8a　 　 0
转化浓度/(mol·L－1)　 2a　　6a　 　4a
平衡浓度/(mol·L－1)　 2a　　2a　　 　4a
K＝，由于反应的ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，则放热46.2 kJ时参加反应的n(N2)＝ mol＝0.5 mol，即a＝0.5，
K＝4。　
(4)起始时，氨气的物质的量为0，一段时间内随着温度的升高，氨气的物质的量逐渐变大，当达到平衡之后，继续升温，平衡逆向移动，氨气的物质的量逐渐减小。

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