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大单元整合　提能力验考情六
化工生产中的适宜条件
1. 化工生产适宜条件选择的一般原则
外界条件 有利于加快速率的条件控制 有利于平衡正向移动的条件控制 综合分析结果
浓度 增大反应物的浓度 增大反应物的浓度，减小生成物的浓度 不断补充反应物，及时分离出生成物
催化剂 加合适的催化剂 缩短达到平衡的时间 加合适的催化剂
温度 高温 ΔH＜0 低温 兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度
ΔH＞0 高温 在设备条件允许的前提下，尽量采取高温，并考虑催化剂的活性
压强 高压(有气体参加) 反应后气体分子数减小的反应 高压 在设备条件允许的前提下，尽量采取高压
反应后气体分子数增大的反应 低压 兼顾反应速率和平衡转化率，选取适宜的压强
备注 从原料的利用率分析，通过增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本
2. 工业合成氨条件选择
条件 温度 压强 投料比 催化剂 循环操作
具体内容 400～500 ℃ 10～30 MPa ＝ 铁触媒 采用循环操作，提高原料利用率
催化剂与化学反应速率、化学平衡
1. 有催化剂参加的反应称为催化反应。催化反应一般分为均相催化反应和多相催化反应。
(1) 均相催化：催化剂与反应物状态一致。
(2) 多相催化：催化剂与反应物状态不一致。
2. 多相催化反应中催化剂经常是固体，多相催化是在催化剂表面进行的。反应的主要步骤：反应物分子扩散到固体催化剂表面并被吸附；被吸附在催化剂表面的反应物分子发生反应，生成产物；产物分子从固体催化剂表面脱附并扩散离开催化剂。
(1) 合成氨的催化历程示意图如下：
① ＝，氮气过量的原因
热力学原因：与H2相比，N2容易获得，适度过量有利于提高H2的转化率。
动力学原因：N2在催化剂表面吸附是决速步骤，合理地占据活性位点，有利于提高整体反应的化学反应速率。
② NH3的浓度过大，反应速率减慢的原因
热力学原因：NH3的浓度过大，分压较大，不利于反应正向进行。
动力学原因：NH3的浓度过大，不利于脱附和扩散，过多地占据活性位点，阻碍反应进行。
(2) 多相催化的思维模型
3. 催化剂“四能”“四不能”
4. 催化剂与转化率(或产率)
(1) 转化率(或产率)分平衡前转化率(或产率)和平衡转化率(或平衡产率)，催化剂加快反应速率，使平衡前转化率(或产率)提高，但不能改变平衡转化率(或平衡产率)。
(2) 实际工业生产中大多数反应未达到平衡就流出反应器，所以实际转化率总比平衡转化率低。但反应速率提高，单位时间内产量提高，目标产物的产率相应得以提升。
化学反应速率及影响因素
1. (2025·甘肃卷) CO2加氢转化成甲烷，是综合利用CO2实现“碳中和”和“碳达峰”的重要方式。525 ℃，101 kPa下，CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH＝－185 kJ/mol。反应达到平衡时，能使平衡向正反应方向移动的是(C)
A. 减小体系压强 B. 升高温度
C. 增大H2浓度 D. 恒容下充入惰性气体
【解析】 正反应是气体分子数减小的反应，减小压强，平衡左移，A错误；正反应放热，升高温度，平衡左移，B错误；增大H2浓度，平衡右移，C正确；恒容充入惰性气体，平衡不移动，D错误。
2. (2025·北京卷)为研究三价铁配合物性质进行如下实验(忽略溶液体积变化)。
已知：[FeCl4]－为黄色、[Fe(SCN)]2＋为红色、[FeF6]3－为无色。
下列说法不正确的是(D)
A. ①中浓盐酸促进Fe3＋＋4Cl－??[FeCl4]－平衡正向移动
B. 由①→②，生成[Fe(SCN)]2＋并消耗[FeCl4]－
C. ②③对比，说明c(Fe3＋)：②>③
D. 由①→④推断，若向①深黄色溶液中加入KI、淀粉溶液，溶液也无明显变化
【解析】 ①中滴加浓盐酸，溶液黄色加深，说明滴加浓盐酸，平衡Fe3＋＋4Cl－??[FeCl4]－右移，A正确；由①→②，溶液变为红色，说明[FeCl4]－转化为[Fe(SCN)]2＋，B正确；②中加入NaF溶液，生成更稳定的[FeF6]3－，[FeF6]3－比[Fe(SCN)]2＋难电离，则c(Fe3＋)：②>③，C正确；Fe3＋能将I－氧化为I2，淀粉遇I2变蓝， D错误。
化学反应速率与化学平衡及其图像
3. (2025·江苏卷)甘油(C3H8O3)水蒸气重整获得H2过程中的主要反应如下：
反应Ⅰ　C3H8O3(g)===3CO(g)＋4H2(g)　ΔH>0
反应Ⅱ　CO(g)＋H2O(g)===CO2(g)＋H2(g)　ΔH<0
反应Ⅲ　CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH<0
1．0×105 Pa条件下，1 mol C3H8O3和9 mol H2O发生上述反应达平衡状态时，体系中CO、H2、CO2和CH4的物质的量随温度变化的理论计算结果如图所示。下列说法正确的是(A)
A. 550 ℃时，H2O的平衡转化率为20%
B. 550 ℃反应达平衡状态时，n(CO2)∶n(CO)＝11∶25
C. 其他条件不变，在400～550 ℃范围，平衡时H2O的物质的量随温度升高而增大
D. 其他条件不变，加压有利于增大平衡时H2的物质的量
【解析】 550 ℃时，曲线①代表的物质的物质的量为5.0 mol，初始时投入的C3H8O3为1 mol，则体系中碳原子物质的量为3 mol，由碳原子守恒可知，曲线①不可能代表CO或CH4，则曲线①代表H2；随温度升高，反应Ⅰ平衡正向移动，反应Ⅱ、Ⅲ平衡逆向移动，CH4的物质的量减少，则曲线②代表CH4，曲线③代表CO。550 ℃时，n(H2)＝5 mol，n(CH4)＝0.4 mol，根据H原子守恒可得n(H2O)＝＝7.2 mol，α(H2O)＝×100%＝20%，A正确；550 ℃时，n(CO2)＝2.2 mol，n(CO)＝0.4 mol，则n(CO2)∶n(CO)＝11∶2，B错误；H2O和CO2均出现在反应Ⅱ和反应Ⅲ中，400～550 ℃范围，随温度升高，反应Ⅱ、Ⅲ平衡均逆向移动，n(CO2)增大，说明反应Ⅲ逆向移动程度更大，则H2O的物质的量减小，C错误；增大压强，反应Ⅰ平衡逆向移动，反应Ⅱ平衡不移动，反应Ⅲ平衡正向移动，H2的物质的量减小，D错误。
催化剂与反应机理
4. (2025·北京卷)乙烯、醋酸和氧气在钯(Pd)催化下高效合成CH2===CHOOCCH3(醋酸乙烯酯)的过程示意图如下。
下列说法不正确的是(C)
A. ①中反应为4CH3COOH＋O2＋2Pd―→2Pd(CH3COO)2＋2H2O
B. ②中生成CH2===CHOOCCH3的过程中，有σ键断裂与形成
C. 生成CH2===CHOOCCH3总反应的原子利用率为100%
D. Pd催化剂通过参与反应改变反应历程，提高反应速率
【解析】 ①中反应物为CH3COOH、O2、Pd，生成物为H2O和Pd(CH3COO)2，化学方程式为4CH3COOH＋O2＋2Pd―→2Pd(CH3COO)2＋2H2O，A正确；②中生成CH2===CHOOCCH3的过程中，断开C—H σ键和Pd—O，形成C—O σ键，B正确；生成CH2===CHOOCCH3的总反应为2CH2===CH2＋2CH3COOH＋O2―→2H2O＋2CH2===CHOOCCH3，除生成CH2===CHOOCCH3外还有H2O生成，原子利用率不是100%，C错误；Pd是反应的催化剂，改变了反应的历程，加快反应速率，D正确。
5. (2025·湖南卷)环氧化合物是重要的有机合成中间体。以钛掺杂沸石为催化剂，由丙烯()为原料生产环氧丙烷()的反应机理如图所示。下列说法正确的是(B)
A. 过程中Ⅱ是催化剂
B. 过程中有极性键和非极性键的断裂和形成
C. 过程中Ti元素的化合价发生了变化
D. 丙烯与双氧水反应生成环氧丙烷的原子利用率为100%
【解析】 根据反应原理，Ⅰ先消耗再生成，是整个历程的催化剂，Ⅱ先生成，再消耗，是中间产物，A错误；过程中存在H2O2中O—O非极性键的断裂，以及O2中非极性键的形成，还存在H—O极性键的断裂，以及C—O极性键的形成，B正确；过程中Ti—O始终是4个，配位键不改变Ti的化合价，Ti元素化合价不变，C错误；丙烯与双氧水反应生成环氧丙烷，还有其他生成物，原子利用率小于100%，D错误。
6. (2025·全国理综卷)研究发现水微滴表面有强电场，能引发反应：H2O===H＋＋HO·＋e－。三唑水溶液微滴表面接触CO2发生反应，可能的反应机理如图所示。
根据上述反应机理，下列叙述错误的是(B)
A. 三唑在反应循环中起催化作用
B. CO2换成C18O2，可生成HO2
C. 碳原子杂化轨道类型存在从sp到sp2的转变
D. 总反应为2H2O＋CO2===H2O2＋HCOOH
【解析】 由机理图可知，三唑与CO2发生反应，后又生成，三唑作催化剂，A正确；由机理图可知，CO2中3个原子全部进入产物甲酸中，若将CO2换成C18O2，生成HC18O18OH，B错误；中CO2中C采取sp杂化、三唑中C采取sp2杂化； 中环上的C和羧基中C均采取sp2杂化，C正确；由机理图可知，总反应为CO2和H2O生成H2O2和HCOOH，D正确。
7. (2025·云南卷)铜催化下，由CO2电合成正丙醇的关键步骤如图所示。
下列说法正确的是(C)
A．Ⅰ到Ⅱ的过程中发生氧化反应
B. Ⅱ到Ⅲ的过程中有非极性键生成
C. Ⅳ的示意图为
D. 催化剂Cu可降低反应热
【解析】 由图可知，Ⅰ到Ⅱ的过程中加氢去氧，为还原反应，且该步骤得电子，也说明该反应为还原反应，A错误；Ⅱ到Ⅲ的过程中形成C—H极性键，B错误；Ⅱ到Ⅲ形成C—H，Ⅲ到Ⅳ也形成C—H，C正确；催化剂降低活化能，但不改变反应热，D错误。
8. (2025·河南卷)在催化剂a或催化剂b作用下，丙烷发生脱氢反应制备丙烯，总反应的化学方程式为CH3CH2CH3(g)??CH3CH===CH2(g)＋H2(g)，反应进程中的相对能量变化如图所示(“*”表示吸附态，*CH3CHCH2＋2*H―→CH3CH===CH2(g)＋H2(g)中部分进程已省略)。
下列说法正确的是(C)
A. 总反应是放热反应
B. 两种不同催化剂作用下总反应的化学平衡常数不同
C. 和催化剂b相比，丙烷被催化剂a吸附得到的吸附态更稳定
D. ①转化为②的进程中，决速步骤为*CH3CH2CH3―→*CH3CHCH3＋*H
【解析】 由图可知，生成物能量高于反应物，总反应为吸热反应，A错误；平衡常数只和温度有关，与催化剂无关，B错误；由图可知，丙烷被催化剂a吸附后能量更低，吸附态更稳定，C正确；活化能高的反应速率慢，是反应的决速步骤，决速步骤为*CH3CHCH3―→*CH3CHCH2＋*H或*CH3CHCH3＋*H―→*CH3CHCH2＋2*H，D错误。
化学反应速率与化学平衡综合
9. (2025·全国理综卷)乙酸乙酯是一种应用广泛的有机化学品，可由乙酸和乙醇通过酯化反应制备。已知：CH3COOH(l)＋CH3CH2OH(l)===CH3COOC2H5(l)＋H2O(l)　ΔH＝－3 kJ/mol。
(1) 在常压和353.15 K时，初始组成n(CH3COOH)∶n(C2H5OH)＝3∶1、NaHSO4作催化剂的条件下进行反应，得到乙醇浓度随反应时间的变化如图所示。
平衡时乙酸的转化率α＝30%，平衡常数K＝3.9(保留2位有效数字)。已知酯化反应的速率方程为v＝k＋·c(CH3COOH)·c(C2H5OH)＝k－·c(CH3COOC2H5)·c(H2O)，其中k＋＝1.0×10－5 L/(mol·s)，则k－＝2.6×10－6 L/(mol·s)(保留2位有效数字)。
(2) 研究发现，难以通过改变反应温度或压强来提高乙酸乙酯平衡产率，原因是|ΔH|很小，温度对平衡影响小；液相反应，压强对平衡影响小。若要提高乙酸乙酯的产率，可以采用的方法是及时移出产物(举1例)。
【解析】 (1) 初始组成n(CH3COOH)∶n(C2H5OH)＝3∶1，由图可知：乙醇的初始浓度3.3 mol/L，则乙酸的初始浓度为9.9 mol/L，平衡时乙醇的浓度减小3.3 mol/L－0.33 mol/L＝2.97 mol/L，则乙酸的浓度减小2.97 mol/L，乙酸的转化率α＝×100%＝30%。平衡时乙醇的浓度为0.33 mol/L、乙酸的浓度为9.9 mol/L－2.97 mol/L＝6.93 mol/L、乙酸乙酯的浓度为2.97 mol/L、水的浓度为2.97 mol/L，平衡常数K＝＝3.9。平衡时v＝0，＝K＝3.9，k－＝＝≈2.6×10－6 L/(mol·s)。(2) 反应|ΔH|很小，反应对温度变化不敏感，温度对平衡影响小；同时，该酯化反应是液相反应，压强对物质体积变化以及反应体系体积变化的影响小，因此，难以通过改变温度或压强来影响平衡的移动，以提高乙酸乙酯平衡产率。该酯化反应是一个可逆反应，为提高产率，可以采用的方法是及时移出产物，以便平衡右移。
10. (2025·黑吉辽蒙卷)乙二醇是一种重要化工原料，以合成气(CO、H2)为原料合成乙二醇具有重要意义。
Ⅰ. 直接合成法：2CO(g)＋3H2(g)??HOCH2CH2OH(g)，不同温度下平衡常数如下：
温度 298 K 355 K 400 K
平衡常数 6.5×104 1.0 1.3×10－3
(1) 实验表明，在500K时，即使压强(34 MPa)很高，乙二醇产率(7%)也很低，可能的原因是温度过高，反应平衡常数较小，平衡转化率低(答1条即可)。
Ⅱ. 间接合成法：用合成气和O2制备的DMO合成乙二醇，发生如下3个均放热的连续反应，其中MG生成乙二醇的反应为可逆反应。
(2) 在2 MPa、Cu/SiO2催化、固定流速条件下，发生上述反应，初始氢酯比＝52.4，出口处检测到DMO的实际转化率及MG、乙二醇、乙醇的选择性随温度的变化曲线如图所示。
① 已知曲线Ⅱ表示乙二醇的选择性，则曲线Ⅰ(填图中标号，下同)表示DMO的转化率，曲线Ⅳ表示MG的选择性。
② 有利于提高A点DMO转化率的措施有BD(填字母)。
A. 降低温度 B. 增大压强
C. 减小初始氢酯比 D. 延长原料与催化剂的接触时间
③ 483 K时，出口处的值为1.98(精确至0.01)。
④ A点反应MG(g)＋2H2(g)??HOCH2CH2OH(g)＋CH3OH(g)的浓度商Qx＝0.025(用物质的量分数代替浓度计算，精确至0.001)。
【解析】 (1) 根据表格中数据可知，500 K时，K<1.3×10－3，乙二醇产率低。(2) ①根据图示曲线，随温度升高曲线Ⅰ变化趋势为上升后不变，曲线Ⅰ为DMO的实际转化率；曲线Ⅱ为乙二醇的选择性，随着反应的进行MG逐渐转化为乙二醇，故曲线Ⅳ为MG的选择性，因此曲线Ⅲ为乙醇的选择性。②根据图示，降低温度，DMO的转化率降低，A错误；增大压强，反应速率加快，DMO转化率增大，B正确；减小初始的氢酯比，DMO的转化率降低，C错误；A点DMO的转化率为80%，升高温度转化率增大，说明A点未达平衡，延长原料和催化剂的反应时间可以促进反应继续进行，DMO转化率增大，D正确。③483 K时，DMO的实际转化率为99%，设起始DMO为100 mol，则出口处流出的乙醇的物质的量为100 mol×99%×2%＝1.98 mol，此时还有1 mol DMO未反应，出口处＝＝1.98。④设初始H2与DMO分别为52.4 mol和1 mol，A点DMO的实际转化率为80%，MG和乙二醇的选择性为50%，第一步反应列三段式：
DMO(g)＋2H2(g)===MG(g)＋CH3OH(g)
始/mol　　1　　　52.4　　　0　　　　0
变/mol　　0.8　　1.6　　　0.8　　　　0.8
末/mol　　0.2　　50.8　　　0.8　　　　0.8
第二步反应列三段式：
MG(g)＋2H2(g)??乙二醇(g)＋CH3OH(g)
始/mol　　0.8　50.8　　　　0　　　　0.8
变/mol　　0.4　0.8　　　　0.4　　　　0.4
平/mol　　0.4　50.0　 　　0.4　　　　1.2
此时体系中DMO为0.2 mol、MG为0.4 mol、H2为50.0 mol、CH3OH为1.2 mol、乙二醇为0.4 mol，体系中气体总物质的量为0.2 mol＋0.4 mol＋50.0 mol＋1.2 mol＋0.4 mol＝52.2 mol。用物质的量分数代替浓度计算MG(g)＋2H2(g)??HOCH2CH2OH(g)＋CH3OH(g)的浓度商Qx＝≈0.025。
11. (2025·陕晋宁青卷)MgCO3/MgO循环在CO2捕获及转化等方面具有重要应用。科研人员设计了利用MgCO3与H2反应生成CH4的路线，主要反应如下：
Ⅰ. MgCO3(s)===MgO(s)＋CO2(g)　ΔH1＝＋101 kJ/mol
Ⅱ. CO2(g)＋4H2(g)===CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH2＝－166 kJ/mol
Ⅲ. CO2(g)＋H2(g)===H2O(g)＋CO(g)　ΔH3＝＋41 kJ/mol
(1) 提高CH4平衡产率的条件是B(填字母)。
A. 高温高压 B. 低温高压
C. 高温低压 D. 低温低压
(2) 高温下MgCO3分解产生的MgO催化CO2与H2反应生成CH4，部分历程如图1，其中吸附在催化剂表面的物种用“*”标注，所示步骤中最慢的基元反应是④(填序号)，生成水的基元反应为HO*＋H＋CH===CH＋H2O。
图1
　　　　
图2　　　　　　　　　　　　　　　图3
(3) 100 kPa下，在密闭容器中H2(g)和MgCO3(s)各1 mol发生反应。反应物(H2、MgCO3)的平衡转化率和生成物(CH4、CO2)的选择性随温度变化关系如图2(反应Ⅲ在360 ℃以下不考虑)，图3为图2内点M区域放大图。注：含碳生成物选择性＝×100%
① 表示CH4选择性的曲线是c(填字母)。
② 点M温度下，反应Ⅱ的Kp＝(kPa)－2(列出计算式即可)。
③ 在550 ℃下达到平衡时，n(CO)＝0.2 mol。500～600 ℃，随温度升高H2平衡转化率下降的原因可能是温度升高，反应Ⅱ逆向移动，反应Ⅲ正向移动，反应Ⅱ逆向进行的程度大于反应Ⅲ正向进行的程度。
【解析】 (1) 生成CH4的正反应放热且气体分子数减小，低温高压有利于提高CH4平衡产率。(2) 活化能越大，反应速率越慢，从图中可以看出，④活化能最大，速率最慢。由图可知，只有③生成了水，化学方程式为HO*＋H＋CH===CH＋H2O。(4) 已知反应Ⅰ为吸热反应，Ⅱ为放热反应，Ⅲ为吸热反应，温度升高，MgCO3平衡转化率逐渐升高，H2转化率下降，在360 ℃以下不考虑反应Ⅲ，则CO2选择性上升，CH4选择性下降，所以a表示MgCO3转化率、b表示CO2选择性、c表示CH4选择性。①表示CH4选择性的曲线是c。②点M温度下，由图可知，MgCO3转化率为49%，则剩余MgCO3为0.51 mol，根据碳原子守恒，CH4和CO2中C的物质的量之和为0.49 mol，由于CO2和CH4选择性相等，则CH4和CO2均为0.245 mol，根据O守恒可知水为0.49 mol，根据H守恒可知H2为0.02 mol，气体总物质的量为0.02 mol＋0.245 mol＋0.245 mol＋0.49 mol＝1 mol，p(H2)＝×100 kPa＝2 kPa，p(CO2)＝p(CH4)＝×100 kPa＝24.5 kPa，p(H2O)＝×100 kPa＝49 kPa，反应Ⅱ的Kp＝＝。③550 ℃达到平衡时，MgCO3完全转化，CO2选择性为70%，CH4选择性为10%，则生成的CO2为0.7 mol，生成的CH4为0.1 mol，根据C守恒可知n(CO)＝(1－0.7－0.1) mol＝0.2 mol。反应Ⅱ放热、反应Ⅲ吸热，500～600 ℃，温度升高，反应Ⅱ逆向移动，反应Ⅲ正向移动，反应Ⅱ逆向进行的程度大于反应Ⅲ正向进行的程度，H2平衡转化率下降。

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