第二章 第四节 化学反应的调控
A组·基础达标
1．在合成氨反应中使用催化剂和施加高压，下列叙述中正确的是( )
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
【答案】C
2．下列有关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
【答案】D 【解析】A项，结合生产实践，投料比为n(N2)∶n(H2)＝1∶2.8时，更有利于NH3的合成；B项，恒容条件下，充入稀有气体对平衡无影响；C、D项，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。
3．（2023·广东深圳外国语学校期中）以下事实不能用勒夏特列原理解释的是( )
A．实验室常用排饱和食盐水的方法收集氯气
B．工业生产硫酸的过程中使用过量的空气以提高SO2的利用率
C．工业制取硫酸和合成氨反应都要使用催化剂
D．合成氨工业生产中，把合成塔中的氨气不断抽出
【答案】C 【解析】氯气溶于水存在平衡Cl2＋H2O H＋＋Cl－＋ HClO，饱和食盐水中Cl－浓度大，增大Cl－浓度，平衡向左移动，降低氯气的溶解度，能用勒夏特列原理解释，A不符合题意；二氧化硫和氧气发生反应为2SO2＋O22SO3，使用过量的空气，即增大氧气的浓度，平衡向正反应方向移动，则SO2的转化率增大，提高了SO2的利用率，可用勒夏特列原理解释，B不符合题意；催化剂同等程度改变正、逆反应速率，对平衡移动无影响，不能用勒夏特列原理解释，C符合题意；合成氨反应为N2＋ 3H22NH3，把合成塔中的氨不断抽出，减少生成物浓度，平衡正向移动，能用勒夏特列原理解释，D不符合题意。
4．（2023·四川安宁河联盟期中）硫酸工业中，使SO2氧化为SO3的反应为：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH＝－196.6 kJ·mol-1
温度 /℃ 平衡时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
根据反应原理和上表中数据分析下列叙述错误的是( )
A．实际生产中可以通过通入大量的空气来提高SO2的转化率
B．常压下SO2的转化率已经比较大了，所以实际生产中没必要增大成本采用高压
C．生产中采用温度400～500 ℃主要是考虑催化剂的活性温度，从而提高反应物的转化率
D．尾气中的SO2必须回收循环利用，防止污染环境并提高原料的利用率
【答案】C 【解析】空气的成本较低，在实际生产中，通入过量的空气，反应物浓度增大，反应速率加快，平衡正向移动，从而可提高成本较高的二氧化硫的转化率，A正确；由表格数据可知，在常压及400～500 ℃时，二氧化硫的转化率已经很高，继续增大压强，虽然二氧化硫的平衡转化率会提高，但不明显，且会增加设备成本，增大投资和能量消耗，B正确；该反应为放热反应，从理论上分析，温度越低越有利于平衡正向移动，但温度过低反应速率太小，且影响催化剂的催化活性，所以工业上选择温度400～500 ℃，主要原因是考虑催化剂的活性最佳，C错误；尾气中的SO2必须回收循环利用，防止污染环境并提高原料的利用率，D正确。
5．对于合成氨反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＜0，下列研究结果和图示相符的是( )
选项 A B
研究结果 压强对反应的影响 温度对反应的影响
图示
选项 C D
研究结果 平衡体系增加N2对反应的影响 催化剂对反应的影响
图示
【答案】C
6．合成氨反应通常控制在20～50 MPa的压强和500 ℃左右的温度，且进入合成塔的氮气和氢气的体积比大约为1∶3，经科学测定，在相应条件下氮气和氢气反应所得氨的平衡浓度（体积分数）如表所示：
压强/MPa 20 60
体积分数/% 19.1 42.2
而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%，这表明( )
A．表中所测数据有明显误差
B．生产条件控制不当
C．氨的分解速率大于预测值
D．合成塔中的反应并未达到平衡
【答案】D 【解析】表中数据为通过科学实验所得，没有明显误差，A错误；合成氨的过程是连续的，不可能对生产条件控制不当，B错误；平衡浓度问题与速率的大小没有直接关系，因此答案选D。
7．（2022·湖南邵阳联考）某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g) 2M(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，越高压越好
B．若物质B价廉易得，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反应速率
【答案】D
B组·能力提升
8．（2022·辽宁卷，改编）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) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol-1 ΔS＝－200 J·K-1·mol-1。回答下列问题：
(1)______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400～500 ℃。
(2)我国科学家在合成氨研究方面不断加强创新，一些关键核心技术实现突破。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决方案。
①方案一：双温 双控 双催化剂。使用Fe TiO2－xHy双催化剂，通过光辐射产生温差（如体系温度为495 ℃时，Fe的温度为547 ℃，而TiO2－xHy的温度为415 ℃）。
下列说法正确的是________。
a．氨气在“冷Ti”表面生成，有利于提高氨的平衡产率
b．N≡N在“热Fe”表面断裂，有利于提高合成氨反应速率
c．“热Fe”高于体系温度，有利于提高氨的平衡产率
d．“冷Ti”低于体系温度，有利于提高合成氨反应速率
②方案二：M-LiH复合催化剂。
下列说法正确的是________。
a．300 ℃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
(3)在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为________。
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】(1)高 低 (2)①ab ②a (3)a
【解析】(1)温度越高，反应速率越快，所以高温有利于提高反应速率；因为正反应为放热反应，所以低温有利于提高平衡转化率。
(2)①因为正反应为放热反应，所以低温有利于平衡正向移动，氨气在“冷Ti”表面生成，有利于提高氨的平衡产率，a正确；温度升高，反应速率加快，所以N≡N在“热Fe”表面断裂，有利于提高合成氨反应速率，b正确；合成氨反应的正反应为放热反应，“热Fe”高于体系温度，不利于提高氨的平衡产率，c错误；温度升高，可提高合成氨反应的速率，所以“冷Ti”低于体系温度，不利于提高合成氨反应速率，d错误。
②从图中可以看出，300 ℃时，复合催化剂比单一催化剂的反应速率快，催化效率更高，a正确；催化剂只能改变反应速率，不能改变平衡产率，所以同温同压下，复合催化剂不能提高氨的平衡产率，b错误；虽然图中显示温度高反应速率快，但温度高到一定程度后，复合催化剂活性就可能不变或变低，c错误。
(3)在合成氨过程中，需要不断分离出氨，有利于平衡正向移动，a正确；氨是在该催化剂的催化作用下生成，不会使催化剂中毒，b错误；分离出氨，正反应速率减小，c错误。
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第二章 第四节 化学反应的调控
A组·基础达标
1．在合成氨反应中使用催化剂和施加高压，下列叙述中正确的是( )
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
2．下列有关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
3．（2023·广东深圳外国语学校期中）以下事实不能用勒夏特列原理解释的是( )
A．实验室常用排饱和食盐水的方法收集氯气
B．工业生产硫酸的过程中使用过量的空气以提高SO2的利用率
C．工业制取硫酸和合成氨反应都要使用催化剂
D．合成氨工业生产中，把合成塔中的氨气不断抽出
4．（2023·四川安宁河联盟期中）硫酸工业中，使SO2氧化为SO3的反应为：2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH＝－196.6 kJ·mol-1
温度 /℃ 平衡时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
根据反应原理和上表中数据分析下列叙述错误的是( )
A．实际生产中可以通过通入大量的空气来提高SO2的转化率
B．常压下SO2的转化率已经比较大了，所以实际生产中没必要增大成本采用高压
C．生产中采用温度400～500 ℃主要是考虑催化剂的活性温度，从而提高反应物的转化率
D．尾气中的SO2必须回收循环利用，防止污染环境并提高原料的利用率
5．对于合成氨反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＜0，下列研究结果和图示相符的是( )
选项 A B
研究结果 压强对反应的影响 温度对反应的影响
图示
选项 C D
研究结果 平衡体系增加N2对反应的影响 催化剂对反应的影响
图示
6．合成氨反应通常控制在20～50 MPa的压强和500 ℃左右的温度，且进入合成塔的氮气和氢气的体积比大约为1∶3，经科学测定，在相应条件下氮气和氢气反应所得氨的平衡浓度（体积分数）如表所示：
压强/MPa 20 60
体积分数/% 19.1 42.2
而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%，这表明( )
A．表中所测数据有明显误差
B．生产条件控制不当
C．氨的分解速率大于预测值
D．合成塔中的反应并未达到平衡
7．（2022·湖南邵阳联考）某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g) 2M(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，越高压越好
B．若物质B价廉易得，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反应速率
B组·能力提升
8．（2022·辽宁卷，改编）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) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol-1 ΔS＝－200 J·K-1·mol-1。回答下列问题：
(1)______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400～500 ℃。
(2)我国科学家在合成氨研究方面不断加强创新，一些关键核心技术实现突破。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决方案。
①方案一：双温 双控 双催化剂。使用Fe TiO2－xHy双催化剂，通过光辐射产生温差（如体系温度为495 ℃时，Fe的温度为547 ℃，而TiO2－xHy的温度为415 ℃）。
下列说法正确的是________。
a．氨气在“冷Ti”表面生成，有利于提高氨的平衡产率
b．N≡N在“热Fe”表面断裂，有利于提高合成氨反应速率
c．“热Fe”高于体系温度，有利于提高氨的平衡产率
d．“冷Ti”低于体系温度，有利于提高合成氨反应速率
②方案二：M-LiH复合催化剂。
下列说法正确的是________。
a．300 ℃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
(3)在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为________。
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
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