專題2.4化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控【題型1化學(xué)反應(yīng)條件的控制及優(yōu)化——以合成氨為例】【題型2化學(xué)反應(yīng)條件的控制及優(yōu)化的拓展——以硫酸的生產(chǎn)為例】【題型3化學(xué)反應(yīng)條件的控制及優(yōu)化的拓展】【題型4基于平衡計(jì)算視覺(jué)的反應(yīng)調(diào)控】【題型1化學(xué)反應(yīng)條件的控制及優(yōu)化——以合成氨為例】合成氨反應(yīng)：N2（g）＋3H2（g）?2NH3（g）。298K：ΔH＝－92.4kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1。1.具有自發(fā)性與可逆性的特點(diǎn)，正反應(yīng)是氣體體積縮小的發(fā)熱反應(yīng)。2.工業(yè)合成氨的適宜條件：10～30Mpa、400～500℃、使用鐵觸媒作催化劑、氨及時(shí)從混合氣中分離出去，剩余氣體循環(huán)使用；及時(shí)補(bǔ)充N2和H2?！纠?】（2023春·江蘇蘇州·高二江蘇省木瀆高級(jí)中學(xué)校考期中）下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說(shuō)法正確的是A．N2、H2的投料比采用1∶2.8（物質(zhì)的量比）而不是1∶3，是為了提高N2的轉(zhuǎn)化率B．反應(yīng)溫度控制在700K左右，目的是使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)C．壓強(qiáng)采用10~30MPa，是因?yàn)樵摋l件下催化劑的活性最好D．不斷將氨液化并移去液氨，目的之一是使平衡正向移動(dòng)【答案】D【詳解】A．適當(dāng)提高氮?dú)獾谋壤?，即N2和H2物質(zhì)的量之比為1∶2.8時(shí)更能提高H2的轉(zhuǎn)化率，故A錯(cuò)誤；B．氮?dú)夂蜌錃夥磻?yīng)生成氨氣的過(guò)程是放熱的，反應(yīng)溫度控制在700K左右，目的是加快反應(yīng)速率，并不是使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，B錯(cuò)誤；C．氮?dú)夂蜌錃夥磻?yīng)是氣體體積減小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，合成氨工業(yè)采用10~30MPa，是因?yàn)樵僭龃髩簭?qiáng)，平衡轉(zhuǎn)化率不會(huì)提高太多，且增大壓強(qiáng)對(duì)設(shè)備的要求更高，不能達(dá)到更好的經(jīng)濟(jì)效益，C錯(cuò)誤；D．不斷將氨液化并移去液氨，目的是降低氨氣的濃度，使平衡正向移動(dòng)，D正確；故選D?！咀兪?-1】（2023秋·江蘇南通·高二統(tǒng)考期末）工業(yè)上通常采用鐵觸媒、在400～500℃和10～30MPa的條件下合成氨。合成氨的反應(yīng)為N2（g）＋3H2（g）?2NH3（g）ΔH＝－92.4kJ·mol－1。下列說(shuō)法正確的是A．N2（g）＋3H2（g）?2NH3（g）的B．采用400～500℃的高溫是有利于提高平衡轉(zhuǎn)化率C．采用10～30MPa的高壓能增大反應(yīng)的平衡常數(shù)D．使用鐵觸媒可以降低反應(yīng)的活化能【答案】D【詳解】A．N2（g）＋3H2（g）?2NH3（g）正反向氣體分子總數(shù)減小，，A錯(cuò)誤；B．采用400～500℃的高溫是有利于提高催化劑活性、提供反應(yīng)速率，正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升溫平衡左移、平衡轉(zhuǎn)化率小，B錯(cuò)誤；C．采用10～30MPa的高壓能增大反應(yīng)速率、能使平衡右移，但平衡常數(shù)只受溫度影響，故增壓不影響平衡常數(shù)，C錯(cuò)誤；D．使用鐵觸媒可以降低反應(yīng)的活化能、加快反應(yīng)速率，D正確；答案選D?！咀兪?-2】（2022秋·浙江溫州·高二校聯(lián)考期中）在固定容積的密閉容器中，進(jìn)行如下反應(yīng)：N2（g）＋3H2（g）?2NH3（g）

，其化學(xué)平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系如下表。下列說(shuō)法正確的是溫度（℃）25125225…平衡常數(shù)…A．能說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)平衡B．平衡常數(shù)C．混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不再改變不能說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)平衡D．為提高反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率，工業(yè)生產(chǎn)時(shí)通常選擇400~500℃、10~30MPa的反應(yīng)條件【答案】A【詳解】A．用不同物質(zhì)的反應(yīng)速率判斷達(dá)到平衡，要求反應(yīng)方向是一正一逆，且反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，即，因此2v正（H2）=3v逆（NH3）能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故A正確；B．化學(xué)平衡常數(shù)只與溫度有關(guān)，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向進(jìn)行，平衡常數(shù)減小，即平衡常數(shù)K1＞K2，故B錯(cuò)誤；C．組分都是氣體，混合氣體總質(zhì)量始終不變，該反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng)，因此混合氣體的平均摩爾質(zhì)量不變，說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡，故C錯(cuò)誤；D．實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)通常選擇400～500℃是為了催化劑活性最大，加快反應(yīng)速率，該反應(yīng)為氣體物質(zhì)的量減少的反應(yīng)，壓強(qiáng)越大，有利于反應(yīng)正向移動(dòng)，但對(duì)材料的強(qiáng)度和設(shè)備的制造要求越高，需要的動(dòng)力越大，這將會(huì)大大增加生產(chǎn)投資，并可能降低綜合經(jīng)濟(jì)效益，因此目前壓強(qiáng)選擇10～30MPa，故D錯(cuò)誤；答案為A?！咀兪?-3】歷史上諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)曾經(jīng)3次頒給研究合成氨的化學(xué)家。合成氨的原理為N2（g）+3H2（g）?2NH3（g）。回答下列問(wèn)題。（1）t℃時(shí)，向填充有催化劑、體積為2L的剛性容器中充入一定量的H2和N2合成氨，實(shí)驗(yàn)中測(cè)得c（NH3）隨時(shí)間的變化如表所示：時(shí)間/min51015202530c（NH3）/mol?L﹣10.080.140.180.200.200.20①5～15min內(nèi)N2的平均反應(yīng)速率v（N2）=mol?L-1?min-1。②根據(jù)表中數(shù)據(jù)，在min以后反應(yīng)處于平衡狀態(tài)。能加快反應(yīng)達(dá)到平衡的措施有（寫出兩條）。③下列情況能說(shuō)明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)的是（填標(biāo)號(hào)）。A．2v（NH3）=3v（H2）B．混合氣體的相對(duì)分子質(zhì)量不再變化C．N2體積分?jǐn)?shù)不再變化D．混合氣體的密度保持不變（2）如表列出了在不同溫度和壓強(qiáng)下，反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)NH3的百分含量w（NH3）。壓強(qiáng)/MPav（NH3）/%溫度/℃0.11020306010020015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.579.85000.110.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4①?gòu)谋碇袛?shù)據(jù)得出，最優(yōu)的條件是。②工業(yè)上通常選擇在400～500℃和10～30MPa條件下合成氨，原因是。【答案】（1）0.00520升高溫度BC（2）200℃、100MPa溫度太低，反應(yīng)太慢，反應(yīng)逆向進(jìn)行，反應(yīng)太慢，對(duì)設(shè)備損傷大【詳解】（1）①5～15min內(nèi)NH3的變化量為（0.18﹣0.08）mol＝0.10mol，則v（NH3）＝==0.01mol·L-1·min-1，速率之比等于對(duì)應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比，則v（N2）＝v（NH3）=0.005mol?L-1?min-1；故答案為：0.005；②由表格數(shù)據(jù)可知，20min時(shí)NH3的物質(zhì)的量不再改變說(shuō)明反應(yīng)已達(dá)到平衡；升高溫度，故答案為：20；升高溫度；③A.2v（NH3）＝4v（H2），沒(méi)有標(biāo)明正逆反應(yīng)速率，選項(xiàng)A錯(cuò)誤；B.由反應(yīng)方程式可知，都為氣體，氣體的總物質(zhì)的量隨反應(yīng)進(jìn)行會(huì)發(fā)生變化，說(shuō)明氣體的總物質(zhì)的量不再改變，選項(xiàng)B正確；C.N2體積分?jǐn)?shù)不再變化，N2的濃度不再改變，反應(yīng)已達(dá)到平衡，選項(xiàng)C正確；D.由反應(yīng)方程式可知，都為氣體，容器容積為定值，與反應(yīng)進(jìn)行的程度無(wú)關(guān)，選項(xiàng)D錯(cuò)誤；故答案為：BC；（2）①由表格中數(shù)據(jù)可知，溫度越高NH3的百分含量越小，壓強(qiáng)越大3的百分含量越大，即溫度越低，平衡時(shí)NH3的百分含量越大，最優(yōu)的條件是200℃，故答案為：200℃、100MPa；②溫度越低，NH3的百分含量越大，但反應(yīng)速率越小，NH3的百分含量越大，反應(yīng)速率越大，因此工業(yè)上通常選擇在400～500℃和10～30MPa條件下合成氨，反應(yīng)太慢，反應(yīng)逆向進(jìn)行，反應(yīng)太慢，對(duì)設(shè)備損傷大。故答案為：溫度太低，反應(yīng)太慢，反應(yīng)逆向進(jìn)行，反應(yīng)太慢，對(duì)設(shè)備損傷大?！绢}型2化學(xué)反應(yīng)條件的控制及優(yōu)化的拓展——以硫酸的生產(chǎn)為例】【例2】工業(yè)上制備硫酸的一步重要反應(yīng)是SO2在400～500℃下的催化氧化反應(yīng)：。下列有關(guān)說(shuō)法錯(cuò)誤的是A．常通入過(guò)量的空氣，以提高的平衡轉(zhuǎn)化率B．為提高反應(yīng)速率和平衡轉(zhuǎn)化率，采用的壓強(qiáng)越大越好C．控制溫度為400～500℃既能提升反應(yīng)速率，又能使催化劑有較高的活性D．要綜合考慮影響速率與平衡的各種因素、設(shè)備條件和經(jīng)濟(jì)成本等，尋找適宜的生產(chǎn)條件【答案】B【詳解】A．通入過(guò)量的空氣，可以增大氧氣的量，促使平衡正向移動(dòng)，可以提高二氧化硫的轉(zhuǎn)化率，A正確；B．在二氧化硫的催化氧化中，常壓下二氧化硫的轉(zhuǎn)化率很高，增大壓強(qiáng)會(huì)增加成本，B錯(cuò)誤；C．選擇溫度時(shí)，從速率考慮需要高溫，但是該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆向移動(dòng)，原料的轉(zhuǎn)化率降低，選擇400-500℃既能提升反應(yīng)速率，又能使催化劑有較高的活性，這是該反應(yīng)催化劑的催化活性、反應(yīng)速率、反應(yīng)限度等角度綜合考慮的結(jié)果，C正確；D．要綜合考慮影響速率與平衡的各種因素、設(shè)備條件和經(jīng)濟(jì)成本等，尋找適宜的生產(chǎn)條件，提高生產(chǎn)的效率降低生產(chǎn)的成本，D正確；故選B。【變式2-1】在工業(yè)合成硫酸中，其中一步反應(yīng)為2SO2（g）＋O2（g）2SO3（g）ΔH=?196.6kJ·mol-1（1）根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)，利用原理分析，增大反應(yīng)速率的措施有，增大原料轉(zhuǎn)化率的措施有。（2）利用下表實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)回答問(wèn)題：溫度平衡時(shí)SO2的轉(zhuǎn)化率（%）1×105Pa5×105Pa1×106Pa5×106Pa1×107Pa450℃97.598.999.299.699.7550℃85.692.994.997.798.3①應(yīng)選擇的溫度是，理由是。②應(yīng)采用的壓強(qiáng)是，理由是。【答案】（1）增大SO2和O2的濃度，增大壓強(qiáng)，升高溫度，選用合適的催化劑增大壓強(qiáng)，降低溫度（合理即可）（2）450℃該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，轉(zhuǎn)化率降低；在450℃反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率較高1×105Pa該壓強(qiáng)下SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，若采用較大的壓強(qiáng)，SO2的轉(zhuǎn)化率提高很少，但需要的動(dòng)力更大，對(duì)設(shè)備的要求更高【詳解】（1）根據(jù)反應(yīng)特點(diǎn)，可以從濃度、溫度、壓強(qiáng)，催化劑進(jìn)行分析，增大反應(yīng)速率的措施有增大SO2和O2的濃度或增大壓強(qiáng)或升高溫度或選用合適的催化劑，增大原料轉(zhuǎn)化率的措施主要從平衡移動(dòng)角度分析得到有增大壓強(qiáng)或降低溫度；故答案為：增大SO2和O2的濃度，增大壓強(qiáng)，升高溫度，選用合適的催化劑；增大壓強(qiáng)，降低溫度（合理即可）。（2）①根據(jù)表中數(shù)據(jù)溫度在450℃，轉(zhuǎn)化率從已經(jīng)達(dá)到較大值，該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，平衡逆向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率降低，因此應(yīng)選擇的溫度是450℃；故答案為：450℃；該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度，轉(zhuǎn)化率降低；在450℃反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率較高。②根據(jù)表中數(shù)據(jù)，壓強(qiáng)在1×105Pa，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)達(dá)到較大值，增大壓強(qiáng)，平衡正向移動(dòng)，轉(zhuǎn)化率增大，但增大程度較小，加壓對(duì)設(shè)備和動(dòng)力要求更大，因此應(yīng)采用的壓強(qiáng)是1×105Pa；故答案為：1×105Pa；該壓強(qiáng)下SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，若采用較大的壓強(qiáng)，SO2的轉(zhuǎn)化率提高很少，但需要的動(dòng)力更大，對(duì)設(shè)備的要求更高?！绢}型3化學(xué)反應(yīng)條件的控制及優(yōu)化的拓展】【例3】（2023·江蘇鎮(zhèn)江·江蘇省鎮(zhèn)江第一中學(xué)校考一模）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(yīng)：Ⅰ．CO2（g）+3H2（g）?CH3OH（g）+H2O（g）ΔH1=-49kJ·moI-1Ⅱ．CO2（g）+H2（g）?CO（g）+H2O（g）ΔH2=41kJ·moI-1在不同催化劑作用下發(fā)生反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ，在相同的時(shí)間段內(nèi)的選擇性和產(chǎn)率隨溫度的變化如圖已知：CH3OH的選擇性=下列說(shuō)法正確的是A．保持恒溫恒壓下充入氮?dú)?，不影響CO的產(chǎn)率B．合成甲醇的適宜工業(yè)條件是約230°C，催化劑選擇CZ（Zr-1）TC．使用CZ（Zr-l）T，230°C以上，升高溫度甲醇的產(chǎn)率降低，原因是催化劑的活性降低D．使用CZT，230°C以上，升高溫度甲醇的產(chǎn)率降低，是因?yàn)榉磻?yīng)Ⅰ平衡逆向移動(dòng)【答案】B【詳解】A．充入氮?dú)夥磻?yīng)Ⅰ壓強(qiáng)減小平衡逆向移動(dòng)，H2和CO2增加從而導(dǎo)致反應(yīng)Ⅱ的反應(yīng)物濃度增大平衡正向，所以CO的產(chǎn)率增加，A項(xiàng)錯(cuò)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(chǎn)率較高，所以甲醇的最適宜條件為約230°C、催化劑選擇CZ（Zr-1）T，B項(xiàng)正確；C．230℃以上反應(yīng)Ⅰ為放熱反應(yīng)升溫平衡逆向，而反應(yīng)Ⅱ?yàn)槲鼰岱磻?yīng)升溫平衡正向，導(dǎo)致甲醇的產(chǎn)率降低，C項(xiàng)錯(cuò)誤；D．CZT，230°C以上甲醇的選擇性低，且升溫反應(yīng)Ⅱ正向，所以該條件下主要以反應(yīng)Ⅱ?yàn)橹鲗?dǎo)致甲醇的產(chǎn)率降低，D項(xiàng)錯(cuò)誤；故選B?！咀兪?-1】焦?fàn)t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(yīng)為反應(yīng)I：

反應(yīng)II：

反應(yīng)III：

反應(yīng)IV：

在1×105Pa、將焦?fàn)t煤氣以一定流速通過(guò)裝有炭催化劑的反應(yīng)管，CH4、CO、H2的相對(duì)體積和CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度變化的曲線如圖所示。

相對(duì)體積、相對(duì)體積下列說(shuō)法不正確的是A．溫度低于900℃，反應(yīng)I基本不發(fā)生B．850℃～900℃時(shí)，主要發(fā)生反應(yīng)ⅣC．增大焦?fàn)t煤氣流速一定能提高CO的相對(duì)體積D．工業(yè)生產(chǎn)上需要研發(fā)低溫下CH4轉(zhuǎn)化率高的催化劑【答案】C【詳解】A．從圖中可以看出，溫度低于900℃時(shí)，CH4的相對(duì)體積基本上是100%，所以反應(yīng)I基本不發(fā)生，A正確；B．850℃～900℃時(shí)，H2、CO的體積分?jǐn)?shù)都增大，且增大的幅度相近，而CH4的相對(duì)體積略有減小，可能是CO2轉(zhuǎn)化率增大的原因，所以反應(yīng)I進(jìn)行的幅度很小，反應(yīng)Ⅱ、Ⅲ基本不發(fā)生，主要發(fā)生反應(yīng)Ⅳ，B正確；C．從圖中可以看出，4個(gè)反應(yīng)均為生成CO的反應(yīng)，且都為吸熱反應(yīng)，所以若想提高CO的相對(duì)體積，應(yīng)選擇升高溫度，與增大焦?fàn)t煤氣的流速無(wú)關(guān)，C不正確；D．圖中信息顯示，溫度低于900℃，CH4的相對(duì)體積基本上是100%，則反應(yīng)I基本不發(fā)生，所以工業(yè)生產(chǎn)上需要研發(fā)低溫下CH4轉(zhuǎn)化率高的催化劑，D正確；故選C?！咀兪?-2】（2023春·江蘇常州·高二統(tǒng)考期中）以、為原料合成涉及的反應(yīng)如下：反應(yīng)Ⅰ：反應(yīng)Ⅱ：反應(yīng)Ⅲ：在5MPa下，按照投料，平衡時(shí)，CO和在含碳產(chǎn)物中物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)及的轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化如圖。下列說(shuō)法正確的是A．反應(yīng)Ⅲ中反應(yīng)物的總鍵能大于生成物的總鍵能B．曲線代表CO在含碳產(chǎn)物中物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)C．該條件下溫度越低，越有利于工業(yè)生產(chǎn)D．圖示270℃時(shí)，平衡體系中的體積分?jǐn)?shù)約為66.6%【答案】D【詳解】A根據(jù)蓋斯定律I-Ⅱ可得反應(yīng)ⅢCO（g）+2H2（g）?CH3OH（g）ΔH3=-49kJ·mol-1-41kJ·mol-1=-90kJ·mol-1；ΔH=反應(yīng)物的總鍵能-生成物的總鍵能，故反應(yīng)Ⅲ中反應(yīng)物的總鍵能小于生成物的總鍵能，A錯(cuò)誤；B．反應(yīng)Ⅱ的正反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，生成物中有CO，溫度升高，反應(yīng)Ⅱ的平衡正向移動(dòng)，CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大；反應(yīng)Ⅲ的正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，反應(yīng)物中有CO，溫度升高，反應(yīng)Ⅲ的平衡逆向移動(dòng)，CO的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)也會(huì)增大，也就是說(shuō)，溫度升高，CO的產(chǎn)量變大，則CO在含碳產(chǎn)物的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)增大，故符合這個(gè)規(guī)律的是曲線n，B錯(cuò)誤；C．由圖可知，溫度在150℃時(shí)有利于反應(yīng)Ⅰ進(jìn)行，CH3OH的含量高，有利于提高CH3OH的產(chǎn)率，但并不是溫度越低越好，因?yàn)闇囟忍头磻?yīng)速率太慢，C錯(cuò)誤；D．根據(jù)題意設(shè)起始量n（CO2）=1mol，n（H2）=3mol，平衡時(shí)甲醇和CO的物質(zhì)的量相等，設(shè)CH3OH物質(zhì)的量為xmol，則CO的物質(zhì)的量也為xmol，270℃時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率為25%，則平衡時(shí)CO2的物質(zhì)的量為0.75mol，根據(jù)碳守恒：0.75+2x=1，解得x=0.125，根據(jù)氧守恒，水的物質(zhì)的量為：2mol-0.75mol×2-0.125mol-0.125mol=0.25mol，根據(jù)氫守恒，氫氣的物質(zhì)的量為=2.5mol，則反應(yīng)后總的物質(zhì)的量0.75mol+0.125mol+0.125mol+2.5mol+0.25mol=3.75mol，則平衡體系中H2的體積分?jǐn)?shù)為=66.7%，D正確；答案選D?！咀兪?-3】一定條件下，將一定量的CO2和H2混合氣體通過(guò)裝有催化劑的反應(yīng)器可得到甲烷。已知：Ⅰ.CO2（g）＋H2（g）=CO（g）＋H2O（g）；ΔH=＋41kJ·mol-l。Ⅱ.CO2（g）＋4H2（g）=CH4（g）＋2H2O（g）；ΔH=-165kJ·mol-1。在兩種不同催化劑作用下反應(yīng)相同時(shí)間，CO2轉(zhuǎn)化率和生成CH4選擇性隨溫度變化關(guān)系如圖所示（CH4選擇性=×100%）。下列說(shuō)法不正確的是A．反應(yīng)CO（g）＋3H2（g）=CH4（g）＋H2O（g）；ΔH=-206kJ·mol-1B．在280℃條件下反應(yīng)制取CH4，應(yīng)選擇催化劑A的效果較好C．260～300℃間，使用催化劑A或B，升高溫度時(shí)CH4的產(chǎn)率都增大D．M點(diǎn)可能是該溫度下的平衡點(diǎn)，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，不一定能提高CH4的產(chǎn)率【答案】D【詳解】A．根據(jù)蓋斯定律反應(yīng)Ⅱ-反應(yīng)Ⅰ可得CO（g）＋3H2（g）=CH4（g）＋H2O（g）ΔH=-165kJ·mol-1-41kJ·mol-l=-206kJ·mol-1，A正確；B．據(jù)圖可知在280℃條件下反應(yīng)，使用催化劑A時(shí)CH4的選擇性更高，B正確；C．由圖可知，260～300℃間，使用催化劑A或B，升高溫度時(shí)CO2的轉(zhuǎn)化率都增大，CH4的選擇性都增大，則產(chǎn)率都增大，C正確；D．據(jù)圖可知選用催化劑A時(shí)，在與M點(diǎn)相同溫度條件下，CO2有更高的轉(zhuǎn)化率，而催化劑不影響平衡，說(shuō)明M點(diǎn)一定不是平衡點(diǎn)，D錯(cuò)誤；綜上所述答案為D?！绢}型4基于平衡計(jì)算視覺(jué)的反應(yīng)調(diào)控】【例4】（2023秋·新疆巴音郭楞·高三八一中學(xué)?？茧A段練習(xí)）回答下列問(wèn)題（1）工業(yè)合成NH3的反應(yīng)，解決了世界約三分之一的人糧食問(wèn)題。已知：N2＋3H2?2NH3，且該反應(yīng)的v正=k正·c（N2）·c3（H2），v逆=k逆·c2（NH3），則反應(yīng)N2＋H2?NH3的平衡常數(shù)K=（用k正和k逆表示）。（2）500℃時(shí)，向容積為2L的密閉容器中通入1molN2和3molH2，模擬合成氨的反應(yīng)，容器內(nèi)的壓強(qiáng)隨時(shí)間的變化如下表所示：時(shí)間/min010203040＋∞壓強(qiáng)/MPa20171513.21111①達(dá)到平衡時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率為。②用壓強(qiáng)表示該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp=（Kp等于平衡時(shí)生成物分壓冪的乘積與反應(yīng)物分壓冪的乘積的比值，某物質(zhì)的分壓等于總壓×該物質(zhì)的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)）。③隨著反應(yīng)的進(jìn)行合成氨的正反應(yīng)速率與NH3的體積分?jǐn)?shù)及能量變化情況的關(guān)系如圖所示，則該反應(yīng)為反應(yīng)（吸熱、放熱），若升高溫度再次達(dá)到平衡時(shí)，可能的點(diǎn)為（從點(diǎn)“A、B、C、D”中選擇）【答案】（1）（2）90%48Mpa-2放熱A【詳解】（1）當(dāng)正、逆反應(yīng)速率相等時(shí)，反應(yīng)到平衡，即v正＝v逆＝k正·c（N2）·c3（H2）＝k逆·c2（NH3），則反應(yīng)N2＋H2（（NH3的平衡常數(shù)K＝＝；（2）假設(shè)到平衡時(shí)氮?dú)廪D(zhuǎn)化濃度為xmol/L，則有：根據(jù)壓強(qiáng)比等于物質(zhì)的量比分析，有關(guān)系式：＝，解x＝0.45；①達(dá)到平衡時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率為0.45/0.5×100%＝90%；②用壓強(qiáng)表示該反應(yīng)的平衡常數(shù)Kp＝＝48MPa－2；③合成氨的反應(yīng)為放熱反應(yīng)，若升溫，則反應(yīng)速率增大，平衡逆向移動(dòng)，氨氣的體積分?jǐn)?shù)減小，可能的點(diǎn)為A?！咀兪?-1】（2023春·江蘇南京·高一校聯(lián)考期末）回答下列問(wèn)題：Ⅰ．工業(yè)上利用甲醇和水蒸氣催化重整法可制備氫氣。（1）已知：反應(yīng)1：CH3OH（g）?CO（g）＋2H2（g）?H1=+90.0kJ·mol-1反應(yīng)2：CO（g）＋H2O（g）?CO2（g）＋H2（g）?H2=-41.0kJ·mol-1則反應(yīng)3：CH3OH（g）＋H2O（g）?CO2（g）＋3H2（g）?H3=kJ·mol-1（2）以CuO-ZnO-Al2O3催化劑進(jìn)行甲醇重整制氫時(shí)，固定其它條件不變，改變水、甲醇的物質(zhì)的量比，甲醇平衡轉(zhuǎn)化率及CO選擇性的影響如圖1所示。[CO選擇性=]

①當(dāng)水、甲醇比大于0.8時(shí)，CO選擇性下降的原因是。②當(dāng)水、甲醇比一定時(shí)，溫度升高，CO選擇性有所上升，可能原因是。（3）在t℃下，在1L密閉容器中，當(dāng)投入的CH3OH和H2O均為1mol時(shí)，甲醇平衡轉(zhuǎn)化率為80%、CO選擇性為60%，則c（CO）=mol·L-1。Ⅱ．用CO2和H2可以合成甲醇。其主要反應(yīng)為反應(yīng)ⅠCO2（g）＋3H2（g）?CH3OH（g）＋H2O（g）反應(yīng)ⅡCO2（g）＋H2（g）?CO（g）＋H2O（g）在恒容密閉容器內(nèi)，充入1molCO2和3molH2，測(cè)得平衡時(shí)CO2轉(zhuǎn)化率，CO和CH3OH選擇性隨溫度變化如圖2所示[選擇性]。

（4）270℃時(shí)主要發(fā)生的反應(yīng)是（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）。（5）以下溫度中，甲醇產(chǎn)率最高的是___________。A．210℃B．230℃C．250℃D．270℃（6）在不改變投料的情況下，既能加快反應(yīng)速率，又能提高CH3OH產(chǎn)率的方法有（填一種方法即可）?！敬鸢浮浚?）+49.0kJ·mol-1（2）增加水的用量（或增大水、甲醇比），反應(yīng)2或反應(yīng)3正向進(jìn)行程度增大；CO2選擇性上升CO選擇性下降反應(yīng)1的ΔH1>0，升高溫度，使CH3OH轉(zhuǎn)化為CO的平衡轉(zhuǎn)化率上升（或反應(yīng)1正向進(jìn)行程度增大）；反應(yīng)3的ΔH3>0，升高溫度，使CH3OH轉(zhuǎn)化為CO2的平衡轉(zhuǎn)化率上升（或反應(yīng)3正向進(jìn)行程度增大）；且上升幅度前者超過(guò)后者，導(dǎo)致CO選擇性上升。（3）0.48（4）Ⅰ（5）C（6）加壓（或縮小容器體積）【詳解】（1）反應(yīng)1：CH3OH（g）?CO（g）＋2H2（g）?H1=+90.0kJ·mol-1，反應(yīng)2：CO（g）＋H2O（g）?CO2（g）＋H2（g）?H2=-41.0kJ·mol-1，根據(jù)蓋斯定律可知反應(yīng)3=反應(yīng)1+反應(yīng)2，則有CH3OH（g）＋H2O（g）?CO2（g）＋3H2（g）?H3=?H1+?H2=+90.0kJ·mol-1+-41.0kJ·mol-1=+49.0kJ·mol-1。（2）①當(dāng)水、甲醇比大于0.8時(shí)，CO選擇性下降的原因是增加水的用量（或增大水、甲醇比），反應(yīng)2或反應(yīng)3正向進(jìn)行程度增大；CO2選擇性上升CO選擇性下降。②當(dāng)水、甲醇比一定時(shí)，溫度升高，CO選擇性有所上升，可能原因是反應(yīng)1的ΔH1>0，升高溫度，使CH3OH轉(zhuǎn)化為CO的平衡轉(zhuǎn)化率上升（或反應(yīng)1正向進(jìn)行程度增大）；反應(yīng)3的ΔH3>0，升高溫度，使CH3OH轉(zhuǎn)化為CO2的平衡轉(zhuǎn)化率上升（或反應(yīng)3正向進(jìn)行程度增大）；且上升幅度前者超過(guò)后者，導(dǎo)致CO選擇性上升。（3）當(dāng)投入的CH3OH和H2O均為1mol時(shí)，甲醇平衡轉(zhuǎn)化率為80%，發(fā)生反應(yīng)反應(yīng)1：CH3OH（g）?CO（g）＋2H2（g），反應(yīng)的甲醇為1mol×0.8=0.8mol，CO選擇性為60%，則c（CO）=0.8mol×60%=0.48mol。（4）Ⅱ．隨著溫度升高，反應(yīng)I平衡逆向移動(dòng)，反應(yīng)Ⅱ平衡正向移動(dòng)，故CO的選擇性逐漸增大，C'H3OH的選擇性逐漸減小，故隨著溫度而降低曲線代表是CH3OH的選擇性，CO的選擇性和CH3OH的選擇性之和是1，可得最下面這條曲線是代表CO的選擇性，中間曲線是代表CO2平衡轉(zhuǎn)化率。270℃時(shí)，CH3OH的選擇性更大，故主要發(fā)生反應(yīng)Ⅰ。（5）250°C和230°C相比CH3OH的選擇性相差不大，但是250°C時(shí)CO的平衡轉(zhuǎn)化率要明顯大于230°C時(shí)；270℃時(shí)CO的選擇性較大，CH3OH的選擇性下降，故250°C時(shí)轉(zhuǎn)化生成的CH3OH更多，故選C。（6）縮小容器體積，相當(dāng)于是增大壓強(qiáng)，反應(yīng)I平衡正向移動(dòng)，可以加快反應(yīng)速率且提高甲醇的產(chǎn)率?！咀兪?-2】（2022秋·山西太原·高二山西大附中校考期中）I．HI分解曲線和液相法制備HI反應(yīng)曲線分別如圖1和圖2所示：（1）反應(yīng)的（填“大于”或“小于”）0。（2）Bodensteins研究了該反應(yīng)在時(shí)，氣體混合物中碘化氫的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)與反應(yīng)時(shí)間t的關(guān)系如下表：t/min02040608012010.910.850.8150.7950.78400.600.730.7730.7800.784上述反應(yīng)中，正反應(yīng)速率為，逆反應(yīng)速率為，其中、k逆為速率常數(shù)，則k逆為（以K和k正表示）。若，在t=40min時(shí)（保留三位有效數(shù)字）。（3）將二氧化硫通入碘水中會(huì)發(fā)生反應(yīng)：，，圖2中曲線a、b分別代表的產(chǎn)物微粒是（填微粒符號(hào)）；由圖2知要提高碘的還原率，除控制溫度外，還可以采取的措施是。II．的排放主要來(lái)自于汽車尾氣，包含和，有人提出用活性炭對(duì)進(jìn)行吸附，發(fā)生反應(yīng)如下：反應(yīng)a：反應(yīng)b：（4）對(duì)于密閉容器中反應(yīng)a，在T1℃時(shí)，借助傳感器測(cè)得反應(yīng)在不同時(shí)間點(diǎn)上各物質(zhì)的濃度如下：01020304050NO1.000.580.400.400.480.4800.210.300.300.360.3630min后，只改變某一條件，反應(yīng)重新達(dá)到平衡；根據(jù)上表中的數(shù)據(jù)判斷改變的條件可能是_______（填字母代號(hào)）。A．加入一定量的活性炭B．通入一定量的NOC．適當(dāng)縮小容器的體積D．加入合適的催化劑（5）某實(shí)驗(yàn)室模擬反應(yīng)b，在密用容器中加入足量的C和一定量的氣體，維持溫度為T2℃，如圖為不同壓強(qiáng)下反應(yīng)b經(jīng)過(guò)相同時(shí)間的轉(zhuǎn)化率隨著壓強(qiáng)變化的示意圖。請(qǐng)分析，前，反應(yīng)b中轉(zhuǎn)化率隨著壓強(qiáng)增大而增大的原因是。用某物質(zhì)的平衡分壓代替其物質(zhì)的量濃度也可以表示化學(xué)平衡常數(shù)（記作）；在T2℃、時(shí)，該反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)Pa；已知：氣體分壓（p分）氣體總壓（p總）×體積分?jǐn)?shù)?！敬鸢浮浚?）大于（2）1.95×10-3（3）H+、減小的投料比（4）BC（5）1050kPa前反應(yīng)未達(dá)平衡狀態(tài)，隨著壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率加快，NO2轉(zhuǎn)化率提高8.1×104【詳解】（1）由圖1知，升高溫度HI減少，H2增多，平衡正向移動(dòng)，則該反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，△H大于0；（2）當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡時(shí)，=，則，；若，在t=40min時(shí)；（3）將二氧化硫通入碘水中會(huì)發(fā)生反應(yīng)：，，由于兩個(gè)反應(yīng)依次發(fā)生，當(dāng)=1時(shí)，只發(fā)生第一個(gè)反應(yīng)，則圖2中曲線a代表的產(chǎn)物微粒是H+，b代表的產(chǎn)物微粒是；要提高碘的還原率，可使第一個(gè)反應(yīng)進(jìn)行程度大些，第二個(gè)反應(yīng)進(jìn)行程度小些，由圖2知，可減小的投料比；（4）A.由表格知，改變條件后，30min后的NO和N2的濃度都增大，加入一定量的活性炭，反應(yīng)物濃度沒(méi)有改變，平衡不移動(dòng)，A不符合題意；B.通入一定量的NO，NO的量增加同時(shí)平衡正向移動(dòng)，N2的量也增加，B符合題意；C.縮小容器的體積，NO和N2的濃度都增大，C符合題意；D.加入催化劑，平衡不移動(dòng)，NO和N2的濃度不變，D不符合題意；故選BC；（5）①1050kPa前反應(yīng)未達(dá)平衡狀態(tài)，隨著壓強(qiáng)增大，反應(yīng)速率加快，NO2轉(zhuǎn)化率提高；②在T2℃、1.1×106Pa時(shí)，的平衡轉(zhuǎn)化率為40%，設(shè)的投入量為xmol，可列出三段式：，平衡時(shí)氣體總物質(zhì)的量為：0.6x+0.2x+0.4x=1.2x，故Pa?！咀兪?-3】（2023·四川巴中·統(tǒng)考模擬預(yù)測(cè)）綜合利用含碳資源、促進(jìn)碳中和在保護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面具有重要意義?；卮鹣铝袉?wèn)題：（1）中國(guó)科學(xué)院在國(guó)際上宣布首次實(shí)現(xiàn)CO2到淀粉的全合成，其中前兩步涉及的反應(yīng)如圖1所示。

①反應(yīng)：CO2（g）+2H2（g）=HCHO（g）+H2O（g）△H=（用△H1、△H2、△H3、△H4表示）。②反應(yīng)I進(jìn)行時(shí)，同時(shí)發(fā)生反應(yīng)：2CO2（g）+6H2（g）C2H4（g）+4H2O（g）。在1L恒容密閉容器中充入4.0molCO2和6.0molH2，一定溫度下，達(dá)到平衡時(shí)，c（CO2）=c（H2O）=2.4mol/L，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：反應(yīng)I的平衡常數(shù)的表達(dá)式K=。CH3OH物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為%（計(jì)算結(jié)果保留1位小數(shù)）。（2）乙烯是合成工業(yè)的重要原料，一定條件下可發(fā)生反應(yīng)：3C2H4（g）2C3H6（g）分別在不同溫度、不同催化劑下，保持其他初始條件不變，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，經(jīng)相同時(shí)間測(cè)得C2H4體積分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖2所示。

在催化劑甲作用下，圖2中M點(diǎn)的速率V正V逆（填“＞”“＜”或“=”），根據(jù)圖中所給信息，應(yīng)選擇的反應(yīng)條件為。（3）CO2氧化1－丁烯脫氫生產(chǎn)1，3－丁二烯，其反應(yīng)原理為：CH2=CHCH2CH3（g）+CO2（g）→CH2=CHCH=CH2（g）+H2O（g）+CO（g）氧化脫氫反應(yīng)可能的反應(yīng)路徑有兩種，如圖3所示：

①為確定反應(yīng)路徑，可檢測(cè)反應(yīng)體系中的物質(zhì)是（填化學(xué)式）。②若為“兩步路徑”，在溫度和總壓相同時(shí)，1－丁烯氧化脫氫的平衡轉(zhuǎn)化率高于直接脫氫的原因是?！敬鸢浮浚?）△H1+△H2+△H3+△H411.1（2）<催化劑乙、反應(yīng)溫度200℃（3）H2通入CO2使容器體積增大，使平衡正向移動(dòng)；CO2與H2反應(yīng)，也使平衡向脫氫的方向移動(dòng)【詳解】（1）①①CO2（g）+3H2（g）=H2O（g）+CH3OH（g）ΔH1；②CH3OH（g）+O2（g）=H2O2（l）+HCHO（g）ΔH2；③2H2O2（l）=2H2O（g）+O2（g）ΔH3；④3H2O（g）=3H2（g）+O2（g）ΔH4，目標(biāo)反應(yīng)可由反應(yīng)①+反應(yīng)②+×反應(yīng)③+×反應(yīng)④，ΔH=△H1+△H2+△H3+△H4。②反應(yīng)①CO2（g）+3H2（g）=H2O（g）+CH3OH（g），其平衡常數(shù)表達(dá)式K=。設(shè)反應(yīng)①消耗CO2xmol，反應(yīng)2CO2（g）+6H2（g）C2H4（g）+4H2O（g）消耗CO2ymol，則x+y=1.6mol，x+2y=2.4mol，解得x=0.8mol，y=0.8mol。則平衡時(shí)各物質(zhì)的物質(zhì)的量為n（CO2）=2.4mol，n（H2O）=2.4mol，n（H2）=1.2mol，n（CH3OH）=0.8mol，n（C2H4）=0.4mol，則甲醇的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)為0.8÷7.2=11.1%。（2）從圖中可知，M點(diǎn)C2H4的體積分?jǐn)?shù)呈