第四講化學反應的方向化學反應的調控(基礎課)復習目標1.知道化學反應是有方向的，知道化學反應的方向與反應的焓變和熵變有關。2.認識化學反應速率和化學平衡的綜合調控在生產、生活和科學研究中的重要作用。知識點一化學反應的方向1.自發(fā)反應在一定條件下，無需外界幫助就能自發(fā)進行的反應稱為自發(fā)反應。2.熵和熵變(1)熵的含義度量體系混亂程度的物理量，符號為S。熵值越大，體系混亂度越大。同一條件下，不同物質有不同的熵值；同一種物質在不同狀態(tài)下熵值也不同，一般規(guī)律是S(g)>S(l)>S(s)。(2)熵變的含義ΔS＝S(生成物)－S(反應物)?；瘜W反應的ΔS越大，越有利于反應自發(fā)進行。下列對熵的理解正確的是________。①等質量的同種物質氣態(tài)時熵值最大，固態(tài)時熵值最?、隗w系越有序，熵值越?。辉交靵y，熵值越大③與外界隔離的體系，自發(fā)過程將導致體系的熵增大④25℃、1.01×105Pa時，2N2O5(g)=4NO2(g)＋O2(g)是熵減反應⑤體系的熵增越大，化學反應速率越快提示①②③3.化學反應方向的判斷焓變(ΔH)＜0有自發(fā)進行的傾向，但有些ΔH＞0的反應也可自發(fā)進行，焓變判斷反應進行的方向不全面熵變(ΔS)＞0有自發(fā)進行的傾向，但有些ΔS＜0的反應也可自發(fā)進行，熵變判斷反應進行的方向不全面自由能(ΔG)＜0ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG＜0的反應可自發(fā)進行，ΔG＝0，反應處于平衡狀態(tài)，ΔG＞0，反應不能自發(fā)進行汽車燃油不完全燃燒時產生CO，有人設想按下列反應除去CO：2CO(g)=2C(s)＋O2(g)。已知該反應的ΔH＞0，簡述該設想能否實現(xiàn)的依據(jù)：____________________________________________________________________________________________________________。提示不能實現(xiàn)，因為該反應的ΔH＞0，ΔS＜0，反應不可能自發(fā)進行1.下列關于化學反應方向及其判據(jù)的說法中正確的是()A.1molSO3在不同狀態(tài)時的熵值：S[SO3(s)]>S[SO3(l)]>S[SO3(g)]B.常溫下，反應C(s)＋CO2(g)=2CO(g)不能自發(fā)進行，則該反應的ΔH>0C.凡是需要加熱的反應都不能自發(fā)進行D.反應2KClO3(s)=2KCl(s)＋3O2(g)ΔH>0能否自發(fā)進行與溫度無關答案B解析A.物質聚集狀態(tài)不同，熵值不同，S(g)>S(l)>S(s)，1molSO3在不同狀態(tài)時的熵值：S[SO3(s)]<S[SO3(l)]<S[SO3(g)]，A項錯誤；B.反應的自發(fā)性由焓變和熵變共同決定，該反應ΔS>0，常溫下不能自發(fā)進行，說明高溫下ΔG＝ΔH－TΔS<0，所以該反應的ΔH>0，B項正確；C.反應的自發(fā)性由焓變和熵變共同決定，當ΔG＝ΔH－TΔS<0時反應能自發(fā)進行，與是否需要加熱沒有必然聯(lián)系，C項錯誤；D.ΔH>0、ΔS>0，由ΔG＝ΔH－TΔS<0的反應可自發(fā)進行，可知題述反應能否自發(fā)進行與溫度有關，D項錯誤。2.下列有關化學反應方向及其判據(jù)的說法中錯誤的是()A.1molH2O在不同狀態(tài)時的熵值：S[H2O(l)]＜S[H2O(g)]B.反應CaCO3(s)=CaO(g)＋CO2(g)ΔH＞0能否自發(fā)進行與溫度有關C.H2O2分解和HClO分解均是自發(fā)過程，故這兩個反應的ΔH和ΔS的變化相同D.常溫下，反應4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)=4Fe(OH)3(s)能自發(fā)進行，則該反應的ΔH＜0答案C解析A.物質聚集狀態(tài)不同熵值不同，氣體＞液體＞固體，1molH2O在不同狀態(tài)時的熵值：S[H2O(l)]＜S[H2O(g)]，故A正確；B.CaCO3(s)CaO(s)＋CO2(s)ΔH＞0，ΔS＞0，能否自發(fā)進行，ΔH－TΔS＜0與溫度有關，故B正確；C.反應自發(fā)只能說明ΔH－TΔS＜0，不能說明ΔH和ΔS的變化相同，故C錯誤；D.反應物有4mol固體、2mol液態(tài)物質、1mol氣體物質，生成物只有固體，ΔS＜0，若能自發(fā)進行，ΔH－TΔS＜0，則ΔH必須小于0，故D正確。知識點二工業(yè)合成氨1.合成氨反應的特點N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.2kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·K－1·mol－1。2.提高合成氨反應速率和平衡轉化率條件的比較條件提高反應速率提高平衡轉化率綜合結果壓強高壓高壓高壓溫度高溫低溫兼顧速率和平衡，且考慮催化劑活性催化劑使用無影響使用濃度由反應速率方程可知，增大氮氣、氫氣的濃度，減小氨氣的濃度增大反應物的濃度，降低反應產物的濃度增大反應物的濃度，且不斷減小反應產物的濃度3.工業(yè)合成氨的適宜條件序號影響因素選擇條件(1)溫度反應溫度控制在700__K左右(2)濃度N2、H2投料比為1∶2.8。氨及時從混合氣中分離出去，剩余氣體循環(huán)使用(3)壓強1×107～1×108Pa(4)催化劑選擇鐵觸媒做催化劑4.合成氨工業(yè)的簡要流程(1)原料氣的制取N2：將空氣液化、蒸發(fā)分離出N2或者將空氣中的O2與碳作用生成CO2，除去CO2后得N2。H2：用水和燃料(煤、焦炭、石油、天然氣等)在高溫下制取。用煤和水制H2的主要反應為C＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(高溫))CO＋H2，CO＋H2O(g)eq\o(=,\s\up7(催化劑))CO2＋H2。(2)制得的N2、H2需凈化、除雜質，再用壓縮機壓縮至高壓。(3)氨的合成：在適宜的條件下，在合成塔中進行。(4)氨的分離：經冷凝使氨液化，將氨分離出來，為提高原料的利用率，將沒有完全反應的N2和H2循環(huán)送入合成塔，使其被充分利用。(1)工業(yè)制得的N2、H2如果不凈化，有何影響？(2)鐵觸媒能提高反應混合物中氨的體積分數(shù)嗎？(3)在一定溫度和壓強下，反應物氮氣和氫氣的體積比為1∶3時，平衡混合物中氨的含量最高，為何實際投料比為1∶2.8?(4)合成氨時為何沒有采用更高的壓強來提高速率和轉化率？提示(1)會導致催化劑中毒。(2)能。因為實際合成氨過程為非平衡狀態(tài)下進行，反應速率大，單位時間里生產的氨氣的量多。(3)氮氣在催化劑上的吸附為合成氨催化歷程中最慢的步驟，也是影響速率的關鍵步驟。實驗表明，適當提高氮氣的比例，使氮氣和氫氣的體積比為1∶2.8時，更能加快合成氨反應的進行。(4)合成氨時增大壓強盡管可以同時提高反應速率和反應物的轉化率。但是，壓強越大，對材料的強度和設備的要求也越高，增加生產投資將降低綜合經濟效益。(一)工業(yè)合成氨1.(2023·寧德區(qū)域性學業(yè)質檢)關于合成氨反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－57.3kJ·mol－1，下列說法不正確的是()A.使用高效催化劑能減小反應活化能B.為了提高原料利用率，N2和H2循環(huán)使用C.工業(yè)合成氨溫度為700K是因為升高溫度有利于提高H2的平衡轉化率D.恒溫恒容下，若體系的總壓強不再改變，說明該反應已達平衡狀態(tài)答案C解析A.使用高效催化劑能降低反應活化能，加快反應速率，故A正確；B.合成氨工業(yè)，N2和H2循環(huán)使用可以提高原料利用率，故B正確；C.N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)正反應放熱，升高溫度平衡逆向移動，H2的平衡轉化率降低，工業(yè)合成氨溫度為700K是為了加快反應速率，故C錯誤；D.N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反應前后氣體系數(shù)和不同，恒溫恒容下，壓強是變量，若體系的總壓強不再改變，說明該反應已達平衡狀態(tài)，故D正確。2.(2024·塔城一中月考)鐵觸媒催化合成氨的反應歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面的物質用“ad”表示，下列說法正確的是()A.“吸附”過程吸熱，“脫附”過程放熱B.合成氨反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的ΔH＝－92kJ·mol－1C.降溫或加壓可以增大反應速率D.該歷程中反應速率最慢的過程為eq\f(1,2)N2ad＋eq\f(3,2)H2=Nad＋3Had答案B解析A.由圖可知，“吸附”是放熱過程，而“脫附”則是吸熱過程，選項A錯誤；B.由圖像可知，eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)NH3(g)ΔH＝－46kJ·mol－1，即N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92kJ·mol－1，選項B正確；C.降溫減小反應速率，選項C錯誤；D.反應歷程中反應速率最慢的過程應為活化能最大的過程，由圖可知eq\f(1,2)N2ad＋eq\f(3,2)H2=Nad＋3Had的活化能不為最大，選項D錯誤。(二)化學反應原理在物質制備中的調控作用3.(2023·鹽城三模)焦爐煤氣(主要成分：CH4、CO2、H2、CO)在炭催化下，使CH4與CO2重整生成H2和CO。其主要反應為反應Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g)=2CO(g)＋2H2(g)ΔH1＝247.1kJ·mol－1反應Ⅱ：H2(g)＋CO2(g)=CO(g)＋H2O(g)ΔH2＝41.2kJ·mol－1反應Ⅲ：C(s)＋CO2(g)=2CO(g)ΔH3＝172kJ·mol－1反應Ⅳ：C(s)＋H2O(g)=CO(g)＋H2(g)ΔH4＝131.29kJ·mol－1在1×105Pa、將焦爐煤氣以一定流速通過裝有炭催化劑的反應管，CH4、CO、H2的相對體積和CO2的轉化率隨溫度變化的曲線如圖所示。相對體積V(CH4)＝eq\f(產品氣V（CH4）,原料氣V（CH4）)、相對體積V(CO或H2)＝eq\f(產品氣V（CO或H2）－原料氣V（CO或H2）,原料氣V（CH4）)下列說法不正確的是()A.溫度低于900℃，反應Ⅰ基本不發(fā)生B.850℃～900℃時，主要發(fā)生反應ⅣC.增大焦爐煤氣流速一定能提高CO的相對體積D.工業(yè)生產上需要研發(fā)低溫下CH4轉化率高的催化劑答案C解析A.從圖中可以看出，溫度低于900℃時，CH4的相對體積基本上是100%，所以反應Ⅰ基本不發(fā)生，A正確；B.850℃～900℃時，H2、CO的相對體積都增大，且增大的幅度相近，而CH4的相對體積略有減小，可能是CO2轉化率增大的原因，所以反應Ⅰ進行的幅度很小，反應Ⅱ、Ⅲ基本不發(fā)生，主要發(fā)生反應Ⅳ，B正確；C.從圖中可以看出，4個反應均為生成CO的反應，且都為吸熱反應，所以若想提高CO的相對體積，應選擇升高溫度，與增大焦爐煤氣的流速無關，C不正確；D.圖中信息顯示，溫度低于900℃，CH4的相對體積基本上是100%，則反應Ⅰ基本不發(fā)生，所以工業(yè)生產上需要研發(fā)低溫下CH4轉化率高的催化劑，D正確。4.已知2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)ΔH＜0的實驗數(shù)據(jù)如下表：溫度不同壓強下SO2的轉化率(%)1×105Pa5×105Pa1×106Pa5×106Pa1×107Pa450℃97.598.999.299.699.7550℃85.692.994.997.798.3(1)應選擇的溫度是________，理由是_________________________________________________________________________________。(2)應采用的壓強是________，理由是_________________________________________________________________________________。(3)生產中通入過量空氣的目的是__________________________________________________________________________________。答案(1)450℃該反應是放熱反應，升高溫度，轉化率降低；在450℃時，反應物的轉化率較高(2)1×105Pa常壓下SO2的轉化率已經很高，采用較大的壓強，SO2的轉化率提高很少，但會提高生產成本(3)增大O2濃度，提高SO2的轉化率化工生產適宜條件選擇的一般原則條件原則從化學反應速率分析既不能過快，又不能太慢從化學平衡移動分析既要注意外界條件對速率和平衡影響的一致性，又要注意對二者影響的矛盾性從原料的利用率分析增加易得廉價原料，提高難得高價原料的利用率，從而降低生產成本從實際生產能力分析如設備承受高溫、高壓能力等從催化劑的使用活性分析注意催化劑的活性受溫度的限制1.(2022·浙江1月選考)AB型強電解質在水中的溶解(可視作特殊的化學反應)表示為AB(s)=An＋(aq)＋Bn－(aq)，其焓變和熵變分別為ΔH和ΔS。對于不同組成的AB型強電解質，下列說法正確的是()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解析強電解質NaOH溶于水放熱，ΔH＜0，強電解質NH4Cl溶于水吸熱，ΔH＞0，A項、B項錯誤；AB型強電解質固體溶于水轉化為離子，混亂度增加，但離子在水中存在水合過程，使水的混亂度下降，所以整個溶解過程的熵變取決于固體轉化為離子的熵增和水合過程的熵減兩個作用的相對大小，若前者占主導，則溶解過程熵增，反之熵減，故C項錯誤、D項正確。2.(2023·江蘇卷)二氧化碳加氫制甲烷過程中的主要反應為CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g)ΔH＝－164.7kJ·mol－1CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g)ΔH＝41.2kJ·mol－1在密閉容器中，1.01×105Pa、n起始(CO2)∶n起始(H2)＝1∶4時，CO2平衡轉化率、在催化劑作用下反應相同時間所測得的CO2實際轉化率隨溫度的變化如題圖所示。CH4的選擇性可表示為eq\f(n生成（CH4）,n反應（CO2）)×100%。下列說法正確的是()A.反應2CO(g)＋2H2(g)=CO2(g)＋CH4(g)的焓變ΔH＝－205.9kJ·mol－1B.CH4的平衡選擇性隨著溫度的升高而增加C.用該催化劑催化二氧化碳反應的最佳溫度范圍約為480～530℃D.450℃時，提高eq\f(n起始（H2）,n起始（CO2）)的值或增大壓強，均能使CO2平衡轉化率達到X點的值答案D解析A.由蓋斯定律可知反應2CO(g)＋2H2(g)=CO2(g)＋CH4(g)的焓變ΔH＝－2×41.2kJ·mol－1－164.7kJ·mol－1＝－247.1kJ·mol－1，A錯誤；B.CO2(g)＋4H2(g)=CH4(g)＋2H2O(g)為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，CH4的含量降低，故CH4的平衡選擇性隨著溫度的升高而降低，B錯誤；C.由圖可知溫度范圍約為350～400℃時二氧化碳實際轉化率最高，此時為最適溫度，溫度繼續(xù)增加，催化劑活性下降，C錯誤；D.450℃時，提高eq\f(n起始（H2）,n起始（CO2）)的值可提高二氧化碳的平衡轉化率，增大壓強反應Ⅰ平衡正向移動，可提高二氧化碳的平衡轉化率，均能使CO2平衡轉化率達到X點的值，D正確。3.(2022·遼寧卷節(jié)選)工業(yè)合成氨是人類科學技術的一項重大突破，目前已有三位科學家因其獲得諾貝爾獎，其反應為N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1ΔS＝－200J·K－1·mol－1?；卮鹣铝袉栴}：(1)合成氨反應在常溫下________(填“能”或“不能”)自發(fā)。(2)________溫(填“高”或“低”，下同)有利于提高反應速率，________溫有利于提高平衡轉化率，綜合考慮催化劑(鐵觸媒)活性等因素，工業(yè)常采用400～500℃。針對反應速率與平衡產率的矛盾，我國科學家提出了解決方案。(3)M－LiH復合催化劑。下列說法正確的是________(填字母)。a.300℃時，復合催化劑比單一催化劑效率更高b.同溫同壓下，復合催化劑有利于提高氨的平衡產率c.溫度越高，復合催化劑活性一定越高(4)某合成氨速率方程為：v＝kcα(N2)·cβ(H2)·cγ(NH3)，根據(jù)表中數(shù)據(jù)，γ＝________。實驗eq\f(c（N2）,mol·L－1)eq\f(c（H2）,mol·L－1)eq\f(c（NH3）,mol·L－1)eq\f(v,mol·L－1·s－1)1mnpq22mnp2q3mn0.1p10q4m2np2.828q在合成氨過程中，需要不斷分離出氨的原因為________(填字母)。a.有利于平衡正向移動b.防止催化劑中毒c.提高正反應速率答案(1)能(2)高低(3)a(4)－1a解析(1)對于合成氨反應，常溫下，ΔG＝ΔH－TΔS＝－92.4kJ·mol－1－298K×(－0.2kJ·K－1·mol－1)＝－32.8kJ·mol－1<0，故合成氨反應在常溫下能自發(fā)。(2)其他條件一定時，升高溫度，可以提供更高的能量，使活化分子百分數(shù)增多，反應速率加快；合成氨反應是放熱反應，要提高平衡轉化率，即使反應平衡正向移動，應降低溫度。(3)由題圖可知，300℃時，復合催化劑催化時合成氨反應的反應速率比單一催化劑催化時大很多，說明300℃時復合催化劑比單一催化劑效率更高，a正確；同溫同壓下，復合催化劑能提高反應速率，但不能使平衡發(fā)生移動，故不能提高氨的平衡產率，b錯誤；溫度過高，復合催化劑可能會失去活性，催化效率反而降低，c錯誤。(4)將實驗1、3中數(shù)據(jù)分別代入合成氨的速率方程可得：①q＝k·mα·nβ·pγ，③10q＝k·mα·nβ·(0.1p)γ，兩式聯(lián)立可得γ＝－1。合成氨過程中，不斷分離出氨，即降低體系中c(NH3)，生成物濃度下降，平衡向正反應方向移動，但不會提高正反應速率，a正確、c錯誤；反應主產物即氨不能使催化劑中毒，b錯誤?；A落實選擇題只有1個選項符合題意1.(2023·濟寧實驗中學月考)已知凡氣體分子總數(shù)增多的反應一定是熵增大的反應。一定條件下，下列反應不能自發(fā)進行的是()A.2O3(g)=3O2(g)ΔH<0B.2CO(g)=2C(s)＋O2(g)ΔH>0C.N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0D.CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)ΔH>0答案B解析A.反應2O3(g)=3O2(g)，ΔH＜0，ΔS>0，該反應一定能自發(fā)進行，故A不符合題意；B.反應2CO(g)=2C(s)＋O2(g)，ΔH>0，ΔS＜0，該反應一定不能自發(fā)進行，故B符合題意C.反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，ΔH＜0，ΔS＜0，該反應在低溫下能自發(fā)進行，故C不合題意；D.反應CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)，ΔH>0，ΔS>0，該反應在高溫下能自發(fā)進行，故D不合題意。2.已知2A(g)3B(g)＋C(g)ΔH＞0，假設ΔH和ΔS不隨溫度而改變，下列說法中正確的是()A.低溫下能自發(fā)進行B.高溫下能自發(fā)進行C.任何溫度下都能自發(fā)進行D.任何溫度下都不能自發(fā)進行答案B解析2A(g)3B(g)＋C(g)ΔH＞0，即正反應是氣體體積增大的吸熱反應，ΔH＞0，ΔS＞0，要使ΔH－T·ΔS＜0，則T應為高溫，所以反應2A(g)3B(g)＋C(g)ΔH＞0，在高溫下能自發(fā)進行，在低溫下不能自發(fā)進行。3.(2023·?？趦尚Ｆ谀?已知：2NH3(g)＋CO2(g)CO(NH2)2(s)＋H2O(g)。以空氣等為原料合成尿素[CO(NH2)2]的流程如圖所示(部分產物略去)。下列敘述錯誤的是()A.N2與H2的反應是放熱反應，合成工藝中溫度越低越好B.利用物質的沸點不同分離空氣C.在高壓的條件下更有利于尿素的合成D.煤與氧氣反應放出的熱量可提供給合成氨工藝答案A解析A.溫度越低，化學反應速率越慢，從而降低產率，故合成工藝中要選擇合適的溫度，故A錯誤；B.利用物質的沸點不同將空氣分離，故B正確；C.根據(jù)反應方程式為2NH3＋CO2CO(NH2)2＋H2O，該反應是氣體體積減小的反應，加壓平衡正向移動，所以從提高產率角度來說，在加壓的條件下反應更有利于尿素的合成，故C正確；D.煤與氧氣發(fā)生的是氧化反應，氧化反應都放熱，放出的熱量可提供給合成氨工藝，故D正確。4.(2023·梅州大埔虎山中學期中)硫酸是一種重要的化工產品，目前主要采用“接觸法”進行生產。有關反應2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化劑),\s\do5(加熱))2SO3的說法中不正確的是()A.實際生產中，SO2、O2再循環(huán)使用提高原料利用率B.實際生產中，為了提高反應速率，壓強越高越好C.在生產中，通入過量空氣的目的是提高SO2的轉化率D.實際生產中，選定400～500℃作為操作溫度的主要原因是催化劑的活性最高答案B解析A.二氧化硫和氧氣的反應為可逆反應，SO2和O2不能反應完，因此SO2和O2需再循環(huán)利用以提高原料利用率，A正確；B.壓強過大，設備可能無法承受太大的壓強，適當增大壓強可提高反應速率和轉化率，B錯誤；C.通入過量的空氣，則反應平衡正向移動，SO2的轉化率提高，C正確；D.實際生產中，溫度為400～500℃時，催化劑的活性最高，因此400～500℃作為操作溫度，D正確。5.(2023·吉安一模)德國化學家格哈德·埃特爾的成就之一是證實了氫氣與氮氣在固體催化劑表面合成氨氣的反應過程，因此獲取了諾貝爾化學獎，該反應過程模擬示意圖如圖。關于合成氨工藝，下列說法正確的是()A.圖①到圖③的活化能減去圖⑤到圖③的活化能就是合成氨反應的反應熱B.反應中有極性鍵的斷裂與形成C.當溫度、體積一定時，在原料氣中添加少量惰性氣體，有利于提高平衡轉化率D.合成氨反應使用的條件高溫、高壓是為了提高反應物的平衡轉化率答案A解析A.圖①到圖③為氮氣和氫氣中的化學鍵斷裂的過程，圖⑤到圖③為氨氣中化學鍵的斷裂的過程，故圖①到圖③的活化能減去圖⑤到圖③的活化能就是合成氨反應的反應熱，A正確；B.該反應過程為氮氣和氫氣反應生成氨氣，反應過程中只有非極性鍵的斷裂和極性鍵的形成，B錯誤；C.當溫度、體積一定時，在原料氣中添加少量惰性氣體不影響各組分的濃度，因此不影響平衡，不能提高平衡轉化率，C錯誤；D.合成氨的反應是氣體總體積減小的放熱反應，故高壓是為了提高反應物的平衡轉化率，但高溫不是為了提高轉化率，D錯誤。6.據(jù)報道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氫氣合成乙醇(CH3CH2OH)已成為現(xiàn)實：2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)下列敘述錯誤的是()A.使用Cu—Zn—Fe催化劑可大大提高生產效率B.升高溫度，該反應平衡常數(shù)K一定增大C.充入大量CO2氣體可提高H2的轉化率D.從平衡混合氣體中分離出CH3CH2OH和H2O，可提高CO2和H2的利用率答案B解析因催化劑能提高化學反應速率，加快反應進行，則在一定時間內提高了生產效率，故A正確；反應需在300℃進行是為了獲得較快的反應速率，不能說明反應是吸熱還是放熱，所以K不一定增大，故B錯誤；充入大量CO2氣體，能使平衡正向移動，提高H2的轉化率，故C正確；從平衡混合物中及時分離出產物，使平衡正向移動，可提高CO2和H2的轉化率，故D正確。7.(2023·重慶長壽中學期中)氨在國民經濟生產中占有重要地位。下圖是合成氨的簡要流程和反應方程式：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0(1)圖中X是________，這樣操作的目的是_______________________________________________________________________________。(2)T℃時在容積為2L的密閉恒容容器中充入0.8molN2(g)和1.6molH2(g)，5min后達到平衡，測得N2的濃度為0.2mol/L。①計算此段時間的反應速率v(NH3)＝________，H2的轉化率________。②已知300℃時K＝0.86，則(2)中的反應溫度T________300(填“>”“<”或“＝”)。若向平衡后的體系中同時加入1.2molN2、1.6molH2、1.2molNH3，平衡將________(填“正向移動”“不移動”或“逆向移動”)。(3)下列措施可提高N2平衡轉化率的是________(填序號)。a.恒容時充入H2，使體系總壓強增大b.恒容時將NH3從體系中分離c.恒容時充入He，使體系總壓強增大d.加入合適的催化劑(4)科學家一直致力于研究常溫、常壓下“人工固氮”的新方法。曾有實驗報道：在低溫、常壓、光照條件下，N2在催化劑(摻有少量Fe2O3的TiO2)表面與水發(fā)生反應：2N2(g)＋6H2O(l)4NH3(g)＋3O2(g)ΔH＝＋765.2kJ·mol－1。進一步研究NH3生成量與溫度的關系，部分實驗數(shù)據(jù)見下表(光照、壓強1.0×105Pa、反應時間3h)：T/K303313323353NH3生成量/(×10－6mol)4.85.96.02.0當溫度高于323K時，NH3的生成量反而降低的可能原因是____________________________________________________________________________________________________________。答案(1)N2、H2提高原料的利用率(2)0.08mol/(L·min)75%<正向移動(3)ab(4)催化劑失去活性；發(fā)生副反應氨氣與氧氣反應；溫度升高液態(tài)水脫離催化劑表面，降低了氮氣在催化劑表面與水接觸的幾率解析(1)冷凝器將氨氣冷凝分離出后，氮氣和氫氣進入壓縮機循環(huán)，則X為N2、H2，這樣操作的目的是提高原料的利用率；(2)①在容積為2L的密閉恒容容器中充入0.8molN2(g)和1.6molH2(g)，開始時，氮氣和氫氣的濃度分別為0.4mol/L和0.8mol/L，5min后達到平衡，測得N2的濃度為0.2mol/L，氫氣的濃度為0.8mol/L－3×(0.4－0.2)mol/L＝0.2mol/L，氨氣的濃度為2×(0.4－0.2)mol/L＝0.4mol/L，則此段時間的反應速率v(NH3)＝eq\f(Δc,Δt)＝eq\f(0.4mol/L,5min)＝0.08mol/(L·min)，消耗氫氣的物質的量為3×(0.8－0.2×2)mol＝1.2mol，則H2的轉化率＝eq\f(消耗H2的物質的量,H2的總物質的量)×100%＝eq\f(1.2,1.6)×100%＝75%；②T℃時，平衡常數(shù)K＝eq\f(c2（NH3）,c（N2）c3（H2）)＝eq\f(0.42,0.2×0.23)＝100，300℃時K＝0.86，相比于300℃，平衡常數(shù)增大，平衡正移，由于合成氨為放熱反應，則T＜300℃，若向平衡后的體系中同時加入1.2molN2、1.6molH2、1.2molNH3，此時氮氣、氫氣和氨氣的物質的量濃度分別為0.8mol/L、1.0mol/L、1.0mol/L，Q＝eq\f(c2（NH3）,c（N2）c3（H2）)＝eq\f(1.02,0.8×1.03)＝1.25＜K，則平衡將正向移動；(3)a.恒容時充入H2，使體系總壓強增大，增大反應物濃度，平衡正移，則N2平衡轉化率增大，故a正確；b.恒容時將NH3從體系中分離，減小生成物濃度，平衡正移，則N2平衡轉化率增大，故b正確；c.恒容時充入He，使體系總壓強增大，各物質的濃度均不變，平衡不移動，則N2平衡轉化率不變，故c錯誤；d.加入合適的催化劑，平衡不移動，則N2平衡轉化率不變，故d錯誤；(4)當溫度高于323K時，NH3的生成量反而降低的可能原因是催化劑失去活性；發(fā)生副反應氨氣與氧氣反應；溫度升高液態(tài)水脫離催化劑表面，降低了氮氣在催化劑表面與水接觸的幾率。8.乙烯是石油化工最基本的原料之一。(1)乙烷在一定條件下可脫氫制得乙烯：C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g)ΔH1＞0。提高乙烷平衡轉化率的措施有________、________。(2)在乙烷中引入O2可以降低反應溫度，減少積碳。涉及如下反應：a.2C2H6(g)＋O2(g)2C2H4(g)＋2H2O(g)ΔH2＜0b.2C2H6(g)＋5O2(g)4CO(g)＋6H2O(g)ΔH3＜0c.C2H4(g)＋2O2(g)2CO(g)＋2H2O(g)ΔH4＜0氧氣的引入可能導致過度氧化。為減少過度氧化，需要尋找催化劑降低反應________(填“a”“b”或“c”)的活化能，判斷的依據(jù)是_____________________________________________________________________。(3)常壓下，在某催化劑作用下按照n(C2H6)∶n(O2)＝1∶1投料制備乙烯，體系中C2H4和CO在含碳產物中的物質的量百分數(shù)及C2H6轉化率隨溫度的變化如圖所示。①乙烯的物質的量百分數(shù)隨溫度升高而降低的原因是_______________。②在570～600℃溫度范圍內，下列說法正確的是________(填字母)。A.C2H4產率隨溫度升高而增大B.H2O的含量隨溫度升高而增大C.C2H6在體系中的物質的量百分數(shù)隨溫度升高而增大D.此催化劑的優(yōu)點是在較低溫度下降低CO的平衡產率答案(1)減小壓強升高溫度(或及時移出生成物)(2)a制備的目標產品是C2H4，b、c均為副反應，應加快反應a的反應速率(3)①反應a、c是放熱反應，升高溫度，a反應平衡逆向移動程度較大②BD解析(1)C2H6(g)C2H4(g)＋H2(g)ΔH1＞0，該反應是氣體體積增大的吸熱反應，提高乙烷平衡轉化率的措施有減小壓強、升高溫度或及時移出生成物。(3)①分析反應a、c都為放熱反應，升高溫度，兩者反應平衡均逆向移動，但反應a平衡逆向移動的程度較大，則乙烯的物質的量百分數(shù)降低。②根據(jù)圖中信息，C2H4產率隨溫度升高而降低，故A錯誤；乙烷轉化率增大，生成水的量增大，而乙烯量減小，說明發(fā)生反應c，水的量增大，因此H2O的含量隨溫度升高而增大，故B正確；根據(jù)圖中信息C2H6轉化率增大，則C2H6在體系中的物質的量百分數(shù)隨溫度升高而降低，故C錯誤；根據(jù)圖中信息，CO在較高溫度時含量較大，因此該催化劑的優(yōu)點是在較低溫度下降低CO的平衡產率，故D正確。能力提升9.(江蘇卷改編)N2是合成氨工業(yè)的重要原料，NH3不僅可制造化肥，還能通過催化氧化生產HNO3；HNO3能溶解Cu、Ag等金屬，也能與許多有機化合物發(fā)生反應；在高溫或放電條件下，N2與O2反應生成NO，NO進一步氧化生成NO2。2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)ΔH＝－116.4kJ·mol－1。大氣中過量的NOx和水體中過量的NHeq\o\al(＋,4)、NOeq\o\al(－,3)均是污染物。通過催化還原的方法，可將煙氣和機動車尾氣中的NO轉化為N2，也可將水體中的NOeq\o\al(－,3)轉化為N2。對于反應2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)，下列說法正確的是()A.該反應的ΔH<0，ΔS>0B.反應的平衡常數(shù)可表示為K＝eq\f(c2（NO）·c（O2）,c2（NO2）)C.使用高效催化劑能降低反應的焓變D.其他條件相同，增大eq\f(n（O2）,n（NO）)，NO的轉化率增大答案D解析2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)ΔH＝－116.4kJ·mol－1，反應氣體物質的量減少，ΔS<0，故A錯誤；反應2NO(g)＋O2(g)2NO2(g)的平衡常數(shù)可表示為K＝eq\f(c2（NO2）,c2（NO）·c（O2）)，故B錯誤；使用高效催化劑，反應的焓變不變，故C錯誤；其他條件相同，增大eq\f(n（O2）,n（NO）)，NO的轉化率增大，故D正確。10.(2023·鎮(zhèn)江一中學情調查)恒壓條件下，密閉容器中將CO2、H2按照體積比為1∶3合成CH3OH，其中涉及的主要反應：Ⅰ.CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)ΔH1＝－49kJ·mol－1Ⅱ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH2＝41kJ·mol－1在不同催化劑作用下發(fā)生反應Ⅰ和反應Ⅱ，在相同的時間段內CH3OH的選擇性和產率隨溫度的變化如圖已知：CH3OH的選擇性＝eq\f(CH3OH的物質的量,反應的CO2的物質的量)×100%下列說法正確的是()A.保持恒溫恒壓下充入氮氣，不影響CO的產率B.合成甲醇的適宜工業(yè)條件是約230℃，催化劑選擇CZ(Zr－1)TC.使用CZ(Zr－1)T，230℃以上，升高溫度甲醇的產率降低，原因是催化劑的活性降低D.使用CZT，230℃以上，升高溫度甲醇的產率降低，是因為反應Ⅰ平衡逆向移動答案B解析A.充入氮氣反應Ⅰ壓強減小平衡逆向移動，H2和CO2增加從而導致反應Ⅱ的反應物濃度增大平衡正向移動，所以CO的產率增加，A項錯誤；B.相同條件下催化劑CZ(Zr－1)T選擇性更高。此催化劑在230℃選擇性最高且CH3OH的產率較高，所以甲醇的最適宜條件為約230℃、催化劑選擇CZ(Zr－1)T，B項正確；C.230℃以上反應Ⅰ為放熱反應，升溫平衡逆向移動，而反應Ⅱ為吸熱反應，升溫平衡正向移動，導致甲醇的產率降低，C項錯誤；D.CZT，230℃以上甲醇的選擇性低，且升溫反應Ⅱ正向，所以該條件下主要以反應Ⅱ為主導致甲醇的產率降低，D項錯誤。11.甲烷重整制合成氣，體系中主要反應如下：Ⅰ.CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)ΔH1Ⅱ.CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)ΔH2各反應平衡常數(shù)與溫度的關系如圖所示，下列說法不正確的是()A.體系