資源簡介

第二章 化學反應速率與化學平衡
第四節 化學反應的調控
課程學習目標
1．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。
2．知道催化劑可以改變反應歷程，對調控化學反應速率具有重要意義。
學科核心素養
1.變化觀念與平衡思想：知道如何應用化學反應速率和化學平衡分析合成氨的適宜條件，體會應用化學原理分析
化工生產條件的思路和方法。
2.科學態度與社會責任：認識化學反應速率和化學平衡的調控在工業生產中的重要應用，探索最適宜的化工生產
條件。
【新知學習】
1．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
2．控制反應條件的基本措施
通過改變反應體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(或濃度)、固體的表面積
控制化學反應速率的措施
以及使用催化劑等途徑調控反應速率
通過改變可逆反應體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(或濃度)等改變可逆
提高轉化率的措施
反應的限度，從而提高轉化率
一．工業合成氨的生產條件的選擇
1．合成氨反應的特點
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
合成氨反應
已知 298 K 時：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1
自發性 常溫(298 K)下，ΔH－TΔS＜0，能自發進行
可逆性 反應為可逆反應
焓變 ΔH＜0，是放熱反應
體積變化(熵變) ΔS＜0，正反應是氣體體積縮小的反應
2．濃度、溫度、壓強、催化劑對反應速率和氨的含量的影響
根據合成氨反應的特點，利用我們學過的影響反應速率的因素和勒夏特列原理分析應如何選擇反應條件，以增大
合成氨的反應速率、提高平衡混合物中氨的含量，請填寫下表。
影響因素
對合成氨反應的影響
濃度 溫度 壓強 催化劑
增大合成氨的反應速率反應速率 增大反應物濃度 升高溫度 增大壓強 使用
增大反應物濃度，
提高平衡混合物中中氨的含量 降低溫度 增大壓強 無影響
降低生成物濃度
合成氨生產中的有關數據
不同條件下，合成氨反應達到化學平衡時反應混合物中氨的含量(體積分數)
400℃下平衡時氨的的體積分數隨壓強的變化示意圖 10 MPa 下平衡時氨的的體積分數隨溫度的變化示意圖
3．數據分析
在不同溫度和壓強下(初始時 N2 和 H2 的體積比為 1∶3)，平衡混合物中氨的含量實驗數據分析，提高反應速率的
條件是升高溫度、增大壓；提高平衡混合物中氨的含量的條件是降低溫度、增大壓強。二者在溫度這一措施上是
不一致的。
4．工業合成氨的適宜條件
①增大壓強既可以增大反應速率，又能使平衡正向向移動，壓強越大越好
壓強 原理分析 ②壓強越大，對設備的要求越高，壓縮 H2和 N2所需的動力越大，會增加生產投資，
并可能降低綜合經濟效益
選用條件 目前，我國合成氨廠一般采用的壓強為 10～30MPa
①降低溫度有利于提高平衡混合物中氨的含量
原理分析 ②溫度越低，反應速率越小，達到平衡所需時間越長，故溫度不宜過低
溫度
③催化劑的活性在一定溫度下下最大
選用條件 目前，在實際生產中一般采用的溫度為 400～500℃(此溫度下催化劑的活性最大)
即使在高溫、高壓下，N2和 H2的反應速率仍然很慢。
原理分析
使用催化劑在較低溫度時能較快進行反應
催化劑
通常采用加入以鐵為主體的多成分催化劑，又稱鐵觸媒
選用條件
(為了防止混有的雜質使催化劑“中毒”，原料氣必須經過凈化)
在 500 ℃和 30 MPa 時，平衡混合物中 NH3 的體積分數及平衡時 N2 和 H2 的轉化率
原理分析
仍較低
濃度 采取迅速冷卻的方法，使氣態氨變成液氨后及時從平衡混合物中分離出去
采取措施 將 NH3分離后的原料氣循環使用，并及時補充 N2和 H2，使反應物保持一定的濃度(既
提高了原料的利用率，又提高了反應速率，有利于合成氨反應)
5．工業合成氨的適宜條件
外部條件 工業合成氨的適宜條件
壓強 10～30 MPa
溫度 400～500 ℃
催化劑 使用鐵觸媒作催化劑
濃度 氨及時從混合氣中分離出去，剩余氣體循環使用；及時補充 N2和 H2
6．合成氨的工藝流程
【典例 1】下列關于工業合成氨的敘述正確的是(　　)
A．合成氨工業溫度選擇為 700 K 左右，只要是為了提高 NH3產率
B．使用催化劑和施加高壓，都能提高反應速率，但對化學平衡狀態無影響
C．合成氨生產過程中將 NH3液化分離，可提高 N2、H2的轉化率
D．合成氨工業中為了提高氫氣的利用率，可適當增加氫氣濃度
【典例 2】氮是糧食作物生長必需的元素。將空氣中游離態的氮轉化成含氮化合物叫做氨的固定，主要有自然固
氮和人工固氮兩種方式。在高溫、高壓和鐵催化條件下合成氨的人工固氮技術是 20 世紀人類最偉大的成就之一、
N2 g + 3H g =2NH g 合成氨反應為： 2 3 ΔH = -92.4kJ × mol-1 。對于合成氨反應，下列有關說法正確
的是
ΔH=E N N +3E H-H -2E N-HA ．反應的 (E 表示鍵能)
B．使用催化劑能縮短該反應到達平衡的時間
C．反應的ΔS>0
D N．升高溫度有利于提高 2 的平衡轉化率
1．催化劑的活性與“中毒”
催化劑的催化能力一般稱為催化活性。催化劑因吸附或沉積少量的雜質(毒物)而使活性明顯下降甚至喪失的現
象，稱為催化劑“中毒”。
為了防止催化劑“中毒”，合成氨的原料氣、硫酸工業中從沸騰爐排出來的爐氣都必須經過凈化。
2．合成氨發展前景
為降低合成氨的能耗，科學家一直在研究使合成氨反應在較低溫度下進行的催化劑，以對合成條件進行優化。我
國科學家合成了一種新型催化劑，將合成氨的溫度、壓強分別降到了 350℃、1 MPa。利用電化學反應原理，在
實驗室已實現由 N2和 H2在室溫下合成氨。
二．選擇工業合成適宜條件的原則
1．考慮參加反應的物質組成、結構和性質等本身因素。
2．考慮影響化學反應速率和平衡的溫度、壓強、濃度、催化劑等反應條件。
3．選擇適宜的生產條件還要考慮設備條件、安全操作、經濟成本等情況。
4．選擇適宜的生產條件還要考慮環境保護及社會效益等方面的規定和要求。
【典例 3】CO2催化加氫合成二甲醚過程中主要發生下列反應：
2CO2 g +6H2 g CH3OCH3 g +3H O g DH=-122.5kJgmol-1反應Ⅰ： 2
2CO2 g +H2 g CO g +H2O g DH=41.2kJgmol-1反應Ⅱ：
在恒壓，CO2和 H2起始量一定的條件下，CO2平衡轉化率和平衡時 CO 的選擇性(CO 的選擇性=
CO的物質的量
× 100%
反應的CO2的物質的量 )隨溫度的變化關系如圖。下列說法正確的是
A．T℃時，起始投入 2molCO2和 6molH2，達到平衡時反應Ⅱ消耗 H2的物質的量為 0.2mol
B．選擇合適的催化劑，可提高二甲醚的平衡產率
C．該催化條件下合成二甲醚較適宜的溫度為 340℃
D．充入一定量的 He，可提高二甲醚的產量
【知識進階】
工業生產中適宜生產條件的選擇思路
【問題探究】
1.工業生產中增大壓強既可提高反應速率，又可提高氨的產量，那么在合成氨工業中壓強是否越大越好？為什
么？
不是。因為溫度一定時，增大混合氣體的壓強對合成氨的速率和平衡都有利，但是，壓強越大，對材料的強度和
設備的制造要求越高，需要的動力也越大，目前，我國的合成氨廠一般采用的壓強為 10 MPa～30 MPa。
2.既然降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動，那么生產中是否溫度越低越好？為什么？
不是。因為從平衡的角度考慮，合成氨低溫有利，但是溫度過低使化學反應速率減小，達到平衡所需時間變長，
這在工業生產中是很不經濟的，所以在實際生產中一般采用的溫度為 400～500 ℃(在此溫度時催化劑的活性最
大)。
3.在合成氨工業中要使用催化劑，既然催化劑對化學平衡的移動沒有影響，為什么還要使用呢？使用的催化劑一
般是什么？
為了加快反應速率。工業合成氨普遍使用的是以鐵為主體的多成分催化劑(又稱鐵觸媒)。
【知識歸納與總結】
（1）分析反應特點。主要分析反應的方向性、可逆性、反應熱和熵變等。
（2）原理分析。根據反應特點，利用影響反應速率的因素和勒夏特列原理分析增大反應速率、提高原料轉化率
的反應條件。
（3）根據實驗數據進一步分析反應條件，確定適宜條件的范圍及催化劑的篩選。
（4）根據工業生產的實際情況、經濟效益及環保要求等最終確定適宜的條件。
影響 有利于加快反應速率
有利于平衡移動條件的控制 綜合分析結果
因素 的控制
不斷補充反應物、
濃度 增大反應物濃度 增大反應物濃度、減小生成物濃度
及時分離出生成物
設備條件允許的前提下，
ΔV<0 高壓
盡量采取高壓
壓強 高壓(有氣體參加)
兼顧速率和平衡、
ΔV>0 低壓
選取適宜的壓強
兼顧速率和平衡、
ΔH<0 低溫
考慮催化劑的適宜溫度
溫度 高溫
在設備條件允許的前提下，盡量
ΔH>0 高溫
采取高溫并選取合適催化劑
加合適的催化劑，
催化劑 加合適的催化劑 無影響
考慮催化劑活性與溫度關系
【效果檢測】
1．合成氨工業中采用循環操作，主要是為了
A．增大化學反應速率 B．提高平衡混合物中氨的含量
C．降低氨的沸點 D．提高氮氣和氫氣的利用率

2．合成氨反應為：N2(g)+3H (g)

2 2NH3(g) △H=-92.4kJ·mol-1。下列說法正確的是
A．合成氨反應在任何溫度下都能自發
B．1molN2與過量 H2充分反應放熱 92.4kJ
C．合成氨實際生產中選擇高壓和低溫
D．將氨液化分離，可促進平衡正移及循環利用氮氣和氫氣
3．將一定量的 N2O4充入容積為 3L 的真空密閉容器中，某溫度時，容器內 N2O4和 NO2的物質的量變化如表所
示：
時間/s 0 2 10 30 60 90
n(N2O4)/mol 0.4 0.3 0.2 0.15 0.1 0.1
n(NO2)/mol 0 0.2 0.4 0.5 0.6 0.6
下列說法正確的是 A．在密閉容器中充入氮氣，使容器中的壓強變大，則反應速率加快
B．該溫度下反應 2NO2(g) N2O4(g)的平衡常數 K=0.2

C ．平衡后，在密閉容器中再加入一定量的 N2O4，則反應 N2O4(g) 2NO2(g)向逆反應方向進行且 c(N2O4)變小
D．達到平衡后，改變溫度對化學平衡的移動有影響
4 CO．若在催化劑作用下 2和H2合成甲酸主要涉及以下反應：
I CO2 (g)+H2 (g)=HCOOH(g) ΔH1<0．
II CO2 (g)+H2 (g)
CO(g)+H2O(g) ΔH． 2
CO (g) H (g) CO
在 2L恒容密閉容器中， 2 和 2 各投1mol發生反應，平衡時 2的轉化率及HCOOH 和CO的選擇性(產
CO
物的選擇性：生成的HCOOH 或CO與轉化的 2的比值)隨溫度變化如圖所示。
下列說法正確的是
A II ΔH2 <0．反應 ：
B CO．曲線 a 表示平衡時 2的轉化率
K=16
C．240℃時，反應 I 的平衡常數 9
D．合成甲酸應選擇在較高溫度下甲酸選擇性高的催化劑
2NO(g)+O (g)
5 2
2NO2 (g) 2NO(g) N O．反應 分兩步進行：① 2 2 (g) (快)，
N O (g)+O (g) 2 2 2 2NO2 (g)② (慢)。恒容條件下，按物質的量之比為 2∶1 加入NO O和 2，測得起始
c O2 =5.0 10-4mol ×L-1。在相同時間內，測得不同溫度下NO 轉化為NO2 的轉化率如圖所示，下列說法錯誤的是
A．反應的活化能：①<②
B．100℃ v正>v時， 逆
C．兩步反應均為吸熱反應
-4
D 380℃ c O2 =2.5 10 mol × L
-1
． 時，反應達到平衡時
6．一定條件下，關于工業合成氨的反應，圖甲表示該反應過程中的能量變化，圖乙表示 1 L 密閉容器中 n(N2)隨
時間的變化曲線，圖丙表示在其他條件不變的情況下，改變起始時 n(H2)對該平衡的影響。下列說法正確的是
A．甲：升高溫度，該反應的平衡常數增大
B．乙：從 11 min 起其他條件不變，壓縮容器的體積，則 n(N2)的變化曲線為 d
C．乙：10 min 內該反應的平均速率 v(H2)=0. 03 mol·L-1·min-1
D．丙：溫度 T1＜T2，a、b、c 三點所處的平衡狀態中，b 點 N2的轉化率最高
7．甲、乙均為 1L 的恒容密閉容器，向甲中充入 1molCH4和 1molCO2，乙中充入 1molCH4和 nmolCO2，在催化

劑存在下發生反應：CH 4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)，測得 CH4的平衡轉化率隨溫度的變化如圖所示。下列
說法不正確的是
A．該反應的正反應是吸熱反應
B．H2的體積分數：φ(b)>φ(c)
C．773K 時，該反應的平衡常數小于 12.96
D．873K 時，向甲的平衡體系中再充入 CO2、CH4各 0.4mol，CO、H2各 1.2mol，平衡逆向移動
8．一定溫度下，把 2.5 mol A 和 2.5 mol B 混合通入容積為 2 L 的密閉容器里，發生如下反應：
3A(g)+B(s) xC(g)+2D(g)，經 5 s 反應達平衡，在此 5 s 內 C 的平均反應速率為 0.2 mol·L-1·s-1，同時生成 1 mol
D，下列敘述中不正確的是
A．x=2
B．反應達到平衡狀態時 A 的轉化率為 60%
C．若混合氣體的密度不再變化，則該可逆反應達到化學平衡狀態
D．反應達到平衡狀態時，相同條件下容器內氣體的壓強與起始時壓強比為 8∶5
9．羰基硫( COS )可作為一種糧食熏蒸劑，能防止某些昆蟲、線蟲和真菌的危害。在恒容密閉容器中，將10mol CO
H S CO g + H S g COS g + H g
和一定量的 2 混合加熱并達到下列平衡： 2 2 K = 0.1，平衡后CO物質的
量為8mol。下列說法不正確的是
A．CO、H2S的轉化率之比為 1：1
B H S．達平衡后 2 的體積分數為 29.4%
C．加入正催化劑，可以加快反應速率，但不能提高平衡轉化率
D CO、H S、COS、H．恒溫下向平衡體系中再加入 2 2 各1mol，平衡會移動
10．一定溫度下，在某恒容密閉容器中，充入物質的量均為 2mol 的 NO 和 CO，發生反應：
2CO g + 2NO g 2CO2 g + N2 g ΔH。容器內總壓強隨時間的變化如圖所示，下列說法正確的是
t min c CO =1mol ×L-1A． 1 時， 2
c2 CO ×c2 NOK=
c2B CO ×c N．該反應的平衡常數表達式為 2 2
1
C N．平衡時， 2 的體積是氣體總體積的 7
D．若混合氣體的總質量不再隨時間改變，則該反應達到平衡
éCO NH2 ù11．尿素 2 NH CO對于我國經濟和社會的可持續發展具有重要意義，工業上以 3和 2為原料合成：
CO -12 (g) + 2NH3(g) CO NH2 (g) + H2O(g)2 DH = akJ × mol CO，在溫度為T1和T2 時，分別將 0.50mol 2和
1.20mol NH3 n CO 充入體積為 1L 的密閉容器中，測得 2 隨時間變化的數據如表所示：
時間/min 0 10 20 40 50
T1 0.50 0.35 0.25 0.10 0.10
T2 0.50 0.30 0.18 …… 0.15
下列說法不正確的是
A T 0~10min v CO2 = 0.015mol ×L
-1 ×min-1
． 1時， 內
B T1 NH． 溫度下該反應平衡時 3的轉化率為 66.7%
C． a < 0
D K T < K T ．平衡常數： 1 2
12．乙基叔丁基酸(以 ETBE 表示)是一種性能優良的高辛烷值汽油調和劑，用乙醇與異丁烯(以 TB 表示)催化合
C2H5OH g + TB g ETBE g成 ETBE. 反應為 。向剛性恒容容器中按物質的量之比 1∶1 充入乙醇和異丁烯，
T
在溫度為 1與T2 時異丁烯的轉化率隨時間變化如圖所示。
回答下列問題：
（1）與乙醇互為同分異構體的某有機物的結構簡式為____，異丁烯的官能團名稱為____。
2 T（ ） 1 ___ T2 (選填“>” “=”或“<”)，該反應的正反應為____(選填“吸熱”或“放熱”)反應。
（3）a b c 三點，逆反應速率最大的點是_____。
T p Pa K = K
（4） 1時，容器內起始總壓為 0 ，則平衡常數 p ____( p 為壓強平衡常數，用平衡分壓代替平衡濃度計
算)。
13．氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農業生產、生活中有著重要作用，合成氨工業在國民生
產中有重要意義。以下是關于合成氨的有關問題，請回答：
（1）在容積為 2L 的恒溫密閉容器中加入 0.1mol 的 N2和 0.3mol 的 H2在一定條件下發生反應：
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，在 5 分鐘時反應恰好達到平衡，此時測得 NH3的物質的量為 0.1mol。這段時間內
用 H2表示的反應速率為 v(H2)=____。
（2）平衡后，若要再提高反應速率，且增大 NH3的產率，可以采取的措施有____。(答一條即可)
（3）下列各項能作為判斷該反應達到化學平衡狀態的依據是____(填序號字母)。
A．容器內 N2、H2、NH3的物質的量濃度之比為 1：3：2
B．v(H2)正=3v(N2)逆
C．混合氣體的密度保持不變
D．容器內壓強保持不變
（4）已知合成氨反應 N2+3H2 2NH3在 400℃時的平衡常數 K=0.5(mol/L)-2。在 400℃時，測得某時刻
c(N2)=2mol/L、c(H2)=2mol/L、c(NH3)=3mol/L，此時刻該反應的 v 正____v 逆(填“>”“=”或“<”)。
n(H2 )
（5）如圖表示在恒壓密閉容器中，不同溫度下，達到平衡時 NH3的體積百分數與投料比[ n(N2 ) ]的關系。
由此判斷 KA、KB、KC的大小關系為：____。
14．環戊烯作為一種重要的化工產品，廣泛應用于橡膠、醫藥、農藥等領域。工業上通過環戊二烯加氫制備環戊
烯涉及的反應如下：
反應 I： ΔH = -100.5kJ / mol
反應 II： ΔH = -209.9kJ / mol
回答下列問題：
（1）反應 的ΔH = _______kJ/mol，該反應在_______(填“較高”、“較低”或
“任意”)溫度下為自發反應。
（2）科研人員研究了其他條件一定時，反應溫度對環戊二烯轉化率和環戊烯選擇性的影響(如圖所示)。
①由圖可知，反應Ⅰ適宜選擇的溫度范圍為_______(填選項字母)。
A．25~30℃ B．35~40℃ C．40~45℃
② n H 同一催化劑條件下，影響選擇性的因素除 2 /n(烴)外，還有_______ (填一個因素)。
（3）環戊二烯可通過雙環戊二烯解聚制備： ，實際生產中常通入氮氣以解
決結焦問題(氮氣不參與反應)。某溫度下，向恒容反應容器中通入總壓為 100kPa 的雙環戊二烯和氮氣，達到平
衡后總壓為 145kPa p N =，雙環戊二烯的轉化率為 90%，則 2 _______kPa，平衡常數
p2 環戊二烯
K
K = p
=
p _______kPa( p 雙環戊二烯 )。第二章 化學反應速率與化學平衡
第四節 化學反應的調控
課程學習目標
1．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。
2．知道催化劑可以改變反應歷程，對調控化學反應速率具有重要意義。
學科核心素養
1.變化觀念與平衡思想：知道如何應用化學反應速率和化學平衡分析合成氨的適宜條件，體會應用化學原理分析
化工生產條件的思路和方法。
2.科學態度與社會責任：認識化學反應速率和化學平衡的調控在工業生產中的重要應用，探索最適宜的化工生產
條件。
【新知學習】
1．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
2．控制反應條件的基本措施
通過改變反應體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(或濃度)、固體的表面積
控制化學反應速率的措施
以及使用催化劑等途徑調控反應速率
通過改變可逆反應體系的溫度、溶液的濃度、氣體的壓強(或濃度)等改變可逆
提高轉化率的措施
反應的限度，從而提高轉化率
一．工業合成氨的生產條件的選擇
1．合成氨反應的特點
N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)
合成氨反應
已知 298 K 時：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1
自發性 常溫(298 K)下，ΔH－TΔS＜0，能自發進行
可逆性 反應為可逆反應
焓變 ΔH＜0，是放熱反應
體積變化(熵變) ΔS＜0，正反應是氣體體積縮小的反應
2．濃度、溫度、壓強、催化劑對反應速率和氨的含量的影響
根據合成氨反應的特點，利用我們學過的影響反應速率的因素和勒夏特列原理分析應如何選擇反應條件，以增大
合成氨的反應速率、提高平衡混合物中氨的含量，請填寫下表。
影響因素
對合成氨反應的影響
濃度 溫度 壓強 催化劑
增大合成氨的反應速率反應速率 增大反應物濃度 升高溫度 增大壓強 使用
增大反應物濃度，
提高平衡混合物中中氨的含量 降低溫度 增大壓強 無影響
降低生成物濃度
合成氨生產中的有關數據
不同條件下，合成氨反應達到化學平衡時反應混合物中氨的含量(體積分數)
400℃下平衡時氨的的體積分數隨壓強的變化示意圖 10 MPa 下平衡時氨的的體積分數隨溫度的變化示意圖
3．數據分析
在不同溫度和壓強下(初始時 N2 和 H2 的體積比為 1∶3)，平衡混合物中氨的含量實驗數據分析，提高反應速率的
條件是升高溫度、增大壓；提高平衡混合物中氨的含量的條件是降低溫度、增大壓強。二者在溫度這一措施上是
不一致的。
4．工業合成氨的適宜條件
①增大壓強既可以增大反應速率，又能使平衡正向向移動，壓強越大越好
壓強 原理分析 ②壓強越大，對設備的要求越高，壓縮 H2和 N2所需的動力越大，會增加生產投資，
并可能降低綜合經濟效益
選用條件 目前，我國合成氨廠一般采用的壓強為 10～30MPa
①降低溫度有利于提高平衡混合物中氨的含量
原理分析 ②溫度越低，反應速率越小，達到平衡所需時間越長，故溫度不宜過低
溫度
③催化劑的活性在一定溫度下下最大
選用條件 目前，在實際生產中一般采用的溫度為 400～500℃(此溫度下催化劑的活性最大)
即使在高溫、高壓下，N2和 H2的反應速率仍然很慢。
原理分析
使用催化劑在較低溫度時能較快進行反應
催化劑
通常采用加入以鐵為主體的多成分催化劑，又稱鐵觸媒
選用條件
(為了防止混有的雜質使催化劑“中毒”，原料氣必須經過凈化)
在 500 ℃和 30 MPa 時，平衡混合物中 NH3 的體積分數及平衡時 N2 和 H2 的轉化率
原理分析
仍較低
濃度 采取迅速冷卻的方法，使氣態氨變成液氨后及時從平衡混合物中分離出去
采取措施 將 NH3分離后的原料氣循環使用，并及時補充 N2和 H2，使反應物保持一定的濃度(既
提高了原料的利用率，又提高了反應速率，有利于合成氨反應)
5．工業合成氨的適宜條件
外部條件 工業合成氨的適宜條件
壓強 10～30 MPa
溫度 400～500 ℃
催化劑 使用鐵觸媒作催化劑
濃度 氨及時從混合氣中分離出去，剩余氣體循環使用；及時補充 N2和 H2
6．合成氨的工藝流程
【典例 1】下列關于工業合成氨的敘述正確的是(　　)
A．合成氨工業溫度選擇為 700 K 左右，只要是為了提高 NH3產率
B．使用催化劑和施加高壓，都能提高反應速率，但對化學平衡狀態無影響
C．合成氨生產過程中將 NH3液化分離，可提高 N2、H2的轉化率
D．合成氨工業中為了提高氫氣的利用率，可適當增加氫氣濃度
【答案】C
【解析】
合成氨反應為放熱反應，溫度較高不利于提高 NH3產率，故 A 錯誤；催化劑和高壓能加快反應速率，增大壓強
平衡正移，催化劑對平衡無影響，故 B 錯誤；減少生成物的濃度平衡正向移動，所以將 NH3液化分離，可提高
N2、H2的轉化率，故 C 正確；增加一種反應物的濃度可以提高另一種反應物的轉化率，而本身轉化率降低，所
以合成氨工業中為了提高氫氣的利用率，可適當增加氮氣的濃度，故 D 錯誤。
【典例 2】氮是糧食作物生長必需的元素。將空氣中游離態的氮轉化成含氮化合物叫做氨的固定，主要有自然固
氮和人工固氮兩種方式。在高溫、高壓和鐵催化條件下合成氨的人工固氮技術是 20 世紀人類最偉大的成就之一、
N g + 3H
合成氨反應為： 2 2
g =2NH3 g ΔH = -92.4kJ × mol-1 。對于合成氨反應，下列有關說法正確
的是
ΔH=E N N +3E H-H -2E N-HA ．反應的 (E 表示鍵能)
B．使用催化劑能縮短該反應到達平衡的時間
C．反應的ΔS>0
D N．升高溫度有利于提高 2 的平衡轉化率
【答案】B
【解析】
ΔH=E N N +3E H-H -6E N-HA ．反應的焓變等于反應物的總鍵能-生成物的總鍵能，反應的 (E 表示鍵
能)，A 錯誤；
B． 催化劑能加快反應速率而不影響化學平衡，故使用催化劑能縮短該反應到達平衡的時間，B 正確；
C． 反應后氣體的物質的量減少，反應的ΔS<0 ，C 錯誤；
D． N正反應放熱，升高溫度平衡向左移動，升溫不利于提高 2 的平衡轉化率，D 錯誤；
答案選 B。
1．催化劑的活性與“中毒”
催化劑的催化能力一般稱為催化活性。催化劑因吸附或沉積少量的雜質(毒物)而使活性明顯下降甚至喪失的現
象，稱為催化劑“中毒”。
為了防止催化劑“中毒”，合成氨的原料氣、硫酸工業中從沸騰爐排出來的爐氣都必須經過凈化。
2．合成氨發展前景
為降低合成氨的能耗，科學家一直在研究使合成氨反應在較低溫度下進行的催化劑，以對合成條件進行優化。我
國科學家合成了一種新型催化劑，將合成氨的溫度、壓強分別降到了 350℃、1 MPa。利用電化學反應原理，在
實驗室已實現由 N2和 H2在室溫下合成氨。
二．選擇工業合成適宜條件的原則
1．考慮參加反應的物質組成、結構和性質等本身因素。
2．考慮影響化學反應速率和平衡的溫度、壓強、濃度、催化劑等反應條件。
3．選擇適宜的生產條件還要考慮設備條件、安全操作、經濟成本等情況。
4．選擇適宜的生產條件還要考慮環境保護及社會效益等方面的規定和要求。
【典例 3】CO2催化加氫合成二甲醚過程中主要發生下列反應：
2CO g +6H g CH -1
反應Ⅰ 2 2 ： 3OCH3 g +3H2O g DH=-122.5kJgmol
2CO g +H g CO g +H O g DH=41.2kJgmol-1
反應Ⅱ： 2 2 2
在恒壓，CO2和 H2起始量一定的條件下，CO2平衡轉化率和平衡時 CO 的選擇性(CO 的選擇性=
CO的物質的量
× 100%
反應的CO2的物質的量 )隨溫度的變化關系如圖。下列說法正確的是
A．T℃時，起始投入 2molCO2和 6molH2，達到平衡時反應Ⅱ消耗 H2的物質的量為 0.2mol
B．選擇合適的催化劑，可提高二甲醚的平衡產率
C．該催化條件下合成二甲醚較適宜的溫度為 340℃
D．充入一定量的 He，可提高二甲醚的產量
【答案】A
【解析】
A n(CO )=40% 2mol=0.8mol．該溫度下 CO 的選擇性是 25%，二氧化碳的轉化率為 40%，則反應的 2 ，CO 的
CO的物質的量
100%=25%
= 反應的CO2的物質的量選擇性 ，因此生成的 CO 物質的量= 25% 0.8mol=0.2mol ，結合化學方
程式定量關系計算反應Ⅱ消耗氫氣物質的量為 0.2mol，A 正確；
B．加入催化劑平衡不移動，不能提高二甲醚的平衡產率，B 錯誤；
C 由于溫度過低，反應速率太慢，溫度過高，CO 選擇性過大，二甲醚的選擇性減小，所以該催化劑條件下合成
二甲醚時較適宜的溫度為 260℃，C 錯誤；
D．恒壓充入一定量的 He，容器體積增大，相當于減壓，反應Ⅰ和反應Ⅱ都逆向移動，會減小二甲醚的產量，D 錯
誤；
故選 A。
【知識進階】
工業生產中適宜生產條件的選擇思路
【問題探究】
1.工業生產中增大壓強既可提高反應速率，又可提高氨的產量，那么在合成氨工業中壓強是否越大越好？為什
么？
不是。因為溫度一定時，增大混合氣體的壓強對合成氨的速率和平衡都有利，但是，壓強越大，對材料的強度和
設備的制造要求越高，需要的動力也越大，目前，我國的合成氨廠一般采用的壓強為 10 MPa～30 MPa。
2.既然降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動，那么生產中是否溫度越低越好？為什么？
不是。因為從平衡的角度考慮，合成氨低溫有利，但是溫度過低使化學反應速率減小，達到平衡所需時間變長，
這在工業生產中是很不經濟的，所以在實際生產中一般采用的溫度為 400～500 ℃(在此溫度時催化劑的活性最
大)。
3.在合成氨工業中要使用催化劑，既然催化劑對化學平衡的移動沒有影響，為什么還要使用呢？使用的催化劑一
般是什么？
為了加快反應速率。工業合成氨普遍使用的是以鐵為主體的多成分催化劑(又稱鐵觸媒)。
【知識歸納與總結】
（1）分析反應特點。主要分析反應的方向性、可逆性、反應熱和熵變等。
（2）原理分析。根據反應特點，利用影響反應速率的因素和勒夏特列原理分析增大反應速率、提高原料轉化率
的反應條件。
（3）根據實驗數據進一步分析反應條件，確定適宜條件的范圍及催化劑的篩選。
（4）根據工業生產的實際情況、經濟效益及環保要求等最終確定適宜的條件。
影響 有利于加快反應速率
有利于平衡移動條件的控制 綜合分析結果
因素 的控制
不斷補充反應物、
濃度 增大反應物濃度 增大反應物濃度、減小生成物濃度
及時分離出生成物
設備條件允許的前提下，
ΔV<0 高壓
盡量采取高壓
壓強 高壓(有氣體參加)
兼顧速率和平衡、
ΔV>0 低壓
選取適宜的壓強
兼顧速率和平衡、
溫度 高溫 ΔH<0 低溫
考慮催化劑的適宜溫度
在設備條件允許的前提下，盡量
ΔH>0 高溫
采取高溫并選取合適催化劑
加合適的催化劑，
催化劑 加合適的催化劑 無影響
考慮催化劑活性與溫度關系
【效果檢測】
1．合成氨工業中采用循環操作，主要是為了
A．增大化學反應速率 B．提高平衡混合物中氨的含量
C．降低氨的沸點 D．提高氮氣和氫氣的利用率
【答案】D
【解析】合成氨工業中氫氣和氮氣在催化劑作用下生成氨氣的反應為可逆反應，反應后的混合氣分離出氨氣后還
含有氫氣和氮氣，進行循環操作可以提高氮氣和氫氣的利用率，降低成本；與增大化學反應速率、提高平衡混合
物中氨的含量、降低氨的沸點無必然關系；
故選 D。
2．合成氨反應為：N2(g)+3H

2(g) 2NH3(g) △H=-92.4kJ·mol-1。下列說法正確的是
A．合成氨反應在任何溫度下都能自發
B．1molN2與過量 H2充分反應放熱 92.4kJ
C．合成氨實際生產中選擇高壓和低溫
D．將氨液化分離，可促進平衡正移及循環利用氮氣和氫氣
【答案】D
【解析】A．合成氨時放熱且熵減的反應，根據 G= H-T S＜0 能自發可知，該反應低溫下能自發，A 錯誤；
B．該反應為可逆反應，不能完全進行，因此 1molN2與過量 H2充分反應放熱小于 92.4kJ，B 錯誤；
C．為了加快反應速率，實際生產中選擇高壓(10-20MPa)和高溫(400℃-500℃)，C 錯誤；
D．氨氣易液化，液化分離后生成物減少，平衡正向移動，沒有液化的 H2和 N2可以繼續放入反應器中反應，循
環利用，D 正確；
故選 D。
3．將一定量的 N2O4充入容積為 3L 的真空密閉容器中，某溫度時，容器內 N2O4和 NO2的物質的量變化如表所
示：
時間/s 0 2 10 30 60 90
n(N2O4)/mol 0.4 0.3 0.2 0.15 0.1 0.1
n(NO2)/mol 0 0.2 0.4 0.5 0.6 0.6
下列說法正確的是 A．在密閉容器中充入氮氣，使容器中的壓強變大，則反應速率加快
B

．該溫度下反應 2NO2(g) N2O4(g)的平衡常數 K=0.2

C ．平衡后，在密閉容器中再加入一定量的 N2O4，則反應 N2O4(g) 2NO2(g)向逆反應方向進行且 c(N2O4)變小
D．達到平衡后，改變溫度對化學平衡的移動有影響
【答案】D
【解析】A．反應為固定容積容器，氮氣不參與反應，充入氮氣，不影響反應物濃度，不影響反應速率，A 錯誤；
0.1mol/L
B．平衡時 N2O4、NO2濃度分別為 3 、0.2mol/L

，則該溫度下反應 2NO2(g)
N2O4(g)的平衡常數 K=
0.1
3 = 5
0.22 6 ，B 錯誤；

C ．平衡后，在密閉容器中再加入一定量的 N2O4，N2O4濃度變大，N2O4(g) 2NO2(g)的平衡正向移動，但最
終鋅平衡時 c(N2O4)仍大于原來平衡時 c(N2O4)，C 錯誤；
D．達到平衡后，改變溫度導致平衡發生移動，故對化學平衡的移動有影響，D 正確；
故選 D。
4 CO．若在催化劑作用下 2和H2合成甲酸主要涉及以下反應：
I CO2 (g)+H2 (g)=HCOOH(g) ΔH1<0．
II CO (g)+H (g)
CO(g)+H
． 2 2 2O(g) ΔH2
2L CO2 (g) H (g) CO在 恒容密閉容器中， 和 2 各投1mol發生反應，平衡時 2的轉化率及HCOOH 和CO的選擇性(產
CO
物的選擇性：生成的HCOOH 或CO與轉化的 2的比值)隨溫度變化如圖所示。
下列說法正確的是
A．反應 II ΔH2 <0：
B．曲線 a CO表示平衡時 2的轉化率
K=16
C．240℃時，反應 I 的平衡常數 9
D．合成甲酸應選擇在較高溫度下甲酸選擇性高的催化劑
【答案】C
CO (g)+H (g)=HCOOH(g) ΔH <0
【分析】由題干圖示信息可知，根據反應 I 2 2 1 可知，升高溫度，平衡逆向移動，
則 HCOOH 的選擇性隨溫度的升高而減小，CO2的轉化率隨溫度升高而減小，根據 240℃時，曲線 a、c 對應的
數值之和為 100%，說明這兩條曲線分別代表 HCOOH 和 CO 的選擇性，曲線 b 代表 CO2的轉化率隨溫度的變化
關系，說明 CO 的選擇性隨溫度升高而增大，即升高溫度反應 II 正向移動，故△H2＞0，據此分析解題。
【解析】A．由分析可知，△H2＞0，A 錯誤；
B．由分析可知，曲線 b 表示平衡時 CO2的轉化率，B 錯誤；
C．由圖示信息可知，240℃時，CO2的轉化率為 40%，HCOOH 的選擇性為 80%，CO 的選擇性為 20%，三段式
CO2 g +H2 g HCOOH g
起始量(mol/L) 0.5 0.5 0
轉化量(mol/L) 0.5 40% 80% 0.16 0.16
分析為：平衡量(mol/L) 0.34 0.34 0.16 ，
CO2 g +H2 g CO g +H2O g
起始量(mol/L) 0.34 0.34 0 0
轉化量(mol/L) 0.5 40% 20% 0.04 0.04 0.04 c(HCOOH) 0.16 16
平衡量(mol/L) 0.30 0.30 0.04 0.04 ，則反應 I 的平衡常數 K= c(CO2 )c(H2 ) = 0.3 0.3 = 9 ，
C 正確；
D．曲線 a 代表 HCOOH 的選擇性，升高溫度反應 I 平衡逆向移動，HCOOH 的產率減小，且 HCOOH 的選擇性
也減小，則合成甲酸應選擇在較低溫度下甲酸選擇性高的催化劑，D 錯誤；
故答案為：C。
2NO(g)+O2 (g) 2NO2 (g) 2NO(g) N2O2 (g)5．反應 分兩步進行：① (快)，
N2O2 (g)+O2 (g)②
2NO2 (g) (慢) O。恒容條件下，按物質的量之比為 2∶1 加入NO 和 2，測得起始
c O2 =5.0 10-4mol ×L-1。在相同時間內，測得不同溫度下NO 轉化為NO2 的轉化率如圖所示，下列說法錯誤的是
A．反應的活化能：①<②
B．100℃ v正>v時， 逆
C．兩步反應均為吸熱反應
c O =2.5 10-4mol × L-1D．380℃時，反應達到平衡時 2
【答案】C
【解析】A．活化能越大，反應越慢，反應①快，反應②慢，反應的活化能：①＜②，A 項正確；
B．由圖可知，100℃時，NO 轉化率小于 NO 平衡轉化率，100℃時反應沒有達到平衡，反應正向進行，則 v 正＞
v 逆，B 項正確；
C．由圖可知，隨著溫度的升高，NO 平衡轉化率減小，說明溫度升高，平衡 2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)逆向移動，
反應 2NO(g)+O2(g) 2NO2(g)的 H＜0，根據蓋斯定律，反應①和反應②的 H 之和小于 0，故兩步反應不可能均
為吸熱反應，C 項錯誤；
D．起始 c(O2)=5.0×10-4mol/L，則起始 c(NO)=1×10-3mol/L，380℃時 NO 平衡轉化率為 50%，轉化 NO 的濃度為
5.0×10-4mol/L，轉化 O2的濃度為 2.5×10-4mol/L，平衡時 c(O )=5.0×10-4mol/L-2.5×10-42 mol/L=2.5×10-4mol/L，D 項
正確；
答案選 C。
6．一定條件下，關于工業合成氨的反應，圖甲表示該反應過程中的能量變化，圖乙表示 1 L 密閉容器中 n(N2)隨
時間的變化曲線，圖丙表示在其他條件不變的情況下，改變起始時 n(H2)對該平衡的影響。下列說法正確的是
A．甲：升高溫度，該反應的平衡常數增大
B．乙：從 11 min 起其他條件不變，壓縮容器的體積，則 n(N2)的變化曲線為 d
C．乙：10 min 內該反應的平均速率 v(H2)=0. 03 mol·L-1·min-1
D．丙：溫度 T1＜T2，a、b、c 三點所處的平衡狀態中，b 點 N2的轉化率最高
【答案】B
【解析】A．由圖象甲分析，反應是放熱反應，升高溫度化學平衡逆向移動，則升高溫度，該反應的平衡常數減
小，故 A 錯誤；
B．其他條件不變，壓縮容器的體積，氮氣的物質的量不變，平衡正移，氮氣然后逐漸減少，由圖可知，n(N2)的
變化曲線為 d，故 B 正確；
v(N )= Δn = 0.3mol2 =0.03mol ×L
-1 ×min -1
C．由圖乙信息，10min 內氮氣減少了 0.3mol，則氮氣的速率的為 VΔt 1L 10min ，
氫氣的速率為 0.03mol L-l min-l×3=0.09mol L-l min-l，故 C 錯誤；
D．由圖丙可知，氫氣的起始物質的量相同時，溫度 T1平衡后，氨氣的含量更高，該反應為放熱反應，降低溫度
平衡向正反應移動，故溫度 T1＜T2，a、b、c 都處于平衡狀態，達平衡后，增大氫氣用量，氮氣的轉化率增大，
故 a、b、c 三點中，c 的氮氣的轉化率最高，故 D 錯誤；
故選：B。
7．甲、乙均為 1L 的恒容密閉容器，向甲中充入 1molCH4和 1molCO2，乙中充入 1molCH4和 nmolCO2，在催化

劑存在下發生反應：CH4(g)+CO (g)

2 2CO(g)+2H2(g)，測得 CH4的平衡轉化率隨溫度的變化如圖所示。下列
說法不正確的是
A．該反應的正反應是吸熱反應
B．H2的體積分數：φ(b)>φ(c)
C．773K 時，該反應的平衡常數小于 12.96
D．873K 時，向甲的平衡體系中再充入 CO2、CH4各 0.4mol，CO、H2各 1.2mol，平衡逆向移動
【答案】B
【解析】A．由圖可知，隨著溫度的升高，CH4的平衡轉化率增大，說明升高溫度，平衡正向移動，該反應的正
反應是吸熱反應，故 A 正確；
B．由圖像可知，相同溫度下乙中甲烷的平衡轉化率大于甲中，說明 n＞1，b 點、c 點 CH4的平衡轉化率均為
60%，兩容器中甲烷的起始量相等，則平衡時 CH4、H2和 CO 的物質的量分別相等，但 b 點 CO2的物質的量大于
c 點 CO2的物質的量，則 H2的體積分數：φ(b) ＜φ(c)，故 B 錯誤；
C．873K 時，c 點 CH4的平衡轉化率為 60%，△n(CH4)=1mol×60%=0.6mol，容器體積為 1L，列化學平衡三段式：
CH4(g) + CO2(g) 2CO(g) + 2H2(g)
起始量/mol/L 1 1 0 0
轉化量/mol/L 0.6 0.6 1.2 1.2 c2 CO ×c2 H2 2 2=1.2 1.2
平衡量/mol/L 0.4 0.4 1.2 1.2 K= c CH4 ×c CO， 2 0.4 0.4 =12.96，該反應是吸
熱反應，降低溫度，平衡逆向移動，K 值減小，則 773K 時，該反應的平衡常數小于 12.96，故 C 正確；
D．由 B 可知，873K 時，化學平衡常數 K=12.96，向甲的平衡體系中再充入 CO2、CH4各 0.4mol，CO、H2各
2.42 2.42
1.2mol，此時 CO2、CH4濃度均為 0.8mol/L，CO、H2濃度均為 2.4mol/L，Qc= 0.8 0.8 =51.84＞12.96，說明平
衡逆向移動，故 D 正確；
故選：B。
8．一定溫度下，把 2.5 mol A 和 2.5 mol B 混合通入容積為 2 L 的密閉容器里，發生如下反應：
3A(g)+B(s) xC(g)+2D(g)，經 5 s 反應達平衡，在此 5 s 內 C 的平均反應速率為 0.2 mol·L-1·s-1，同時生成 1 mol
D，下列敘述中不正確的是
A．x=2
B．反應達到平衡狀態時 A 的轉化率為 60%
C．若混合氣體的密度不再變化，則該可逆反應達到化學平衡狀態
D．反應達到平衡狀態時，相同條件下容器內氣體的壓強與起始時壓強比為 8∶5
【答案】A
【分析】經 5s 反應達平衡，在此 5s 內 C 的平均反應速率為 0.2mol L-1 s-1，可知生成 C 為
0.2mol L-1 s-1×2L×5s=2mol，同時生成 1mol D，則 x=4，列三段式如下：
3A(g) + B(s) 4C(g) + 2D(g)
起始(mol) 2.5 2.5 0 0
轉化(mol) 1.5 0.5 2 1
平衡(mol) 1 2 2 1 。
【解析】A．根據分析知 x=4，故 A 錯誤；
1.5mol ×100%=60%
B．根據三段式確定 A 轉化量為 1.5mol，故 A 的轉化率= 2.5mol ，故 B 正確；
C．B 為固體，氣體的質量為變量，體積不變，則混合氣體的密度不再變化時該可逆反應達到化學平衡狀態，故
C 正確；
D．根據阿伏加德羅定律，同溫同體積時，體系的壓強與氣體物質的量成正比，即：
p(平) n(平，g) (1+ 2 +1)mol 8
= = =
p(始) n(始，g) 2.5mol 5 ，故 D 正確；
答案選 A。
9．羰基硫( COS )可作為一種糧食熏蒸劑，能防止某些昆蟲、線蟲和真菌的危害。在恒容密閉容器中，將10mol CO
H2S CO g + H2S g COS g + H g 和一定量的 混合加熱并達到下列平衡： 2 K = 0.1，平衡后CO物質的
量為8mol。下列說法不正確的是
A．CO、H2S的轉化率之比為 1：1
B H．達平衡后 2S的體積分數為 29.4%
C．加入正催化劑，可以加快反應速率，但不能提高平衡轉化率
D CO、H2S、COS、H．恒溫下向平衡體系中再加入 2 各1mol，平衡會移動
【答案】A
【分析】反應前 CO 的物質的量為 10mol，平衡后 CO 物質的量為 8mol，設反應前 H2S 的物質的量為 nmol，則：
CO(g) + H2S(g) COS(g) + H2 (g)
起始(mol) 10 n 0 0
轉化(mol) 2 2 2 2
平衡(mol) 8 n-2 2 2
，該溫度下該反應的 K=0.1，設容器的容積為 V，則平衡常數 K=
2 2

V V
8 n-2

V V =0.1，解得 n=7，即反應前 H2S 的物質的量為 7mol。
【解析】A．由于反應前 CO、H2S 的物質的量分別為 10mol、7mol，而二者的化學計量數相等，反應消耗的物質
的量相等，所以二者的轉化率一定不相等，故 A 錯誤；
B．該反應前后氣體的體積相等，則反應后氣體的總物質的量不變，仍然為 10mol+7mol=17mol，平衡后 H2S 的
5mol

物質的量為(7-2)mol=5mol，相同條件下氣體的體積分數=物質的量分數= 17mol 100% 29.4%，故 B 正確；
C．加入正催化劑，降低反應活化能，可以加快反應速率，但不影響始末狀態，平衡不移動，則不能提高平衡轉
化率，故 C 正確；
D．恒溫下向平衡體系中再加入 CO、H2S、COS、H2各 1mol，則此時該反應的濃度商
2 +1 2 +1

V V
8 +1 5 +1 1

Qc= V V = 6 >K=0.1，說明平衡會向著逆向移動，故 D 正確；
答案選 A。
10．一定溫度下，在某恒容密閉容器中，充入物質的量均為 2mol 的 NO 和 CO，發生反應：
2CO g + 2NO g 2CO2 g + N2 g ΔH。容器內總壓強隨時間的變化如圖所示，下列說法正確的是
A t1min c CO2 =1mol ×L
-1
． 時，
c2 CO ×c2 NO
K=
B c
2 CO2 ×c N．該反應的平衡常數表達式為 2
1
C N．平衡時， 2 的體積是氣體總體積的 7
D．若混合氣體的總質量不再隨時間改變，則該反應達到平衡
【答案】C
【分析】設 N2反應的物質的量為 x
2CO(g)+ 2NO(g) 2CO2(g)+ N2(g)
起始(mol) 2 2 0 0
轉化(mol) 2x 2x 2x x
平衡(mol) 2-2x 2-2x 2x x
2 + 2 80
=
恒溫恒容條件下，總物質的量之比等于總壓強之比，所以 2 - 2x + 2 - 2x + 2x + x 70
x=0.5mol。
【解析】
A．t1min 時，n(CO2)=1mol，題干中沒有體積，所以無法計算濃度，故 A 錯誤；
B．平衡常數是指各生成物濃度的化學計量數次冪的乘積與各反應物濃度的化學計量數次冪的乘積的比，該
2
K= c (CO2 )c(N2 )
c2(CO )c2反應的平衡常數表達式為： (NO ) ，故 B 錯誤；
C．平衡時氮氣的物質的量為 0.5mol，氣體總物質的量為 3.5mol，相同條件下，氣體的體積之比等于物質的
1
N
量之比，則平衡時 2 的體積是氣體總體積的 7 ，故 C 正確；
D．反應物和生成物都是氣體，混合氣體的總質量一直不變，所以若混合氣體的總質量不再隨時間改變，無
法判斷反應是否平衡，故 D 錯誤；
答案選 C。
éCO NH2 ù11．尿素 2 NH CO對于我國經濟和社會的可持續發展具有重要意義，工業上以 3和 2為原料合成：
CO2 (g) + 2NH3(g) CO NH2 (g) + H2O(g)2 DH = akJ × mol-1，在溫度為T1和T2 時，分別將 0.50mol CO2和
1.20mol NH3 n CO 充入體積為 1L 的密閉容器中，測得 2 隨時間變化的數據如表所示：
時間/min 0 10 20 40 50
T1 0.50 0.35 0.25 0.10 0.10
T2 0.50 0.30 0.18 …… 0.15
下列說法不正確的是
A T 0~10min v CO2 = 0.015mol ×L
-1 ×min-1
． 1時， 內
B．T1 NH溫度下該反應平衡時 3的轉化率為 66.7%
C． a < 0
D K T1 < K T2 ．平衡常數：
【答案】D
0.50mol-0.35mol
v(CO2 )=
Δc = 1L = 0.015mol × L-1 × min-1
【解析】A． Δt 10min ，A 正確；
B．T1溫度下該反應平衡時二氧化碳的物質的量為 0.10mol，反應的物質的量為 0.50mol-0.10mol=0.40mol，方程
0.80mol
100% = 66.7%
式中 NH3與 CO2系數比為 2：1，故 CO2轉化量為 0.80mol，轉化率： 1.20mol ，B 正確；
C．前 10min，T2溫度下 CO2轉化量多，反應速率快，故 T2溫度高。在 T2溫度下，達平衡時 CO2的物質的量為
0.15mol，T1時 CO2的物質的量為 0.10mol，故升高溫度平衡逆向移動，反應放熱，a<0，C 正確；
D．放熱反應，升高溫度，K 減小，因 T2>T1，故 K(T1)>K(T2)，D 錯誤；
故選 D。
12．乙基叔丁基酸(以 ETBE 表示)是一種性能優良的高辛烷值汽油調和劑，用乙醇與異丁烯(以 TB 表示)催化合
C H OH g + TB g ETBE g
成 ETBE. 反應為 2 5 。向剛性恒容容器中按物質的量之比 1∶1 充入乙醇和異丁烯，
T
在溫度為 1與T2 時異丁烯的轉化率隨時間變化如圖所示。
回答下列問題：
（1）與乙醇互為同分異構體的某有機物的結構簡式為____，異丁烯的官能團名稱為____。
T
（2） 1 ___ T2 (選填“>” “=”或“<”)，該反應的正反應為____(選填“吸熱”或“放熱”)反應。
（3）a b c 三點，逆反應速率最大的點是_____。
（4 T1 p Pa K = K） 時，容器內起始總壓為 0 ，則平衡常數 p ____( p 為壓強平衡常數，用平衡分壓代替平衡濃度計
算)。
CH OCH
【答案】（1） 3 3 碳碳雙鍵
（2） > 放熱
（3）c
40 Pa-1
（4） p0
【解析】（1）
CH OCH
乙醇的分子式為 C2H6O，與乙醇互為同分異構體的有機物為二甲醚，其結構簡式為 3 3 ；異丁烯的結構簡
式為 CH2=C(CH CH OCH3)2，其官能團名稱為碳碳雙鍵，故答案為： 3 3 ；碳碳雙鍵；
（2）
T T
溫度越高，反應速率越快，反應越先達到平衡狀態，則 1 > T2 ，由圖可知，溫度由T2 升高到 1，異丁烯的轉化率
降低，說明升高溫度，平衡逆向移動，則該反應的正反應為放熱反應，故答案為：>；放熱；
（3）
a b c 三點中 c 點溫度高于 b 點，c 點生成物濃度大于 a、b 點，所以 c 點的逆反應速率最大，故答案為：c；
（4）
T
設乙醇和異丁烯起始物質的量均為 1mol， 1時，反應達到平衡時，異丁烯的轉化率為 80%，
C2H5OH g + TB g ETBE g
起始量 mol 1 1 0
轉化量 mol 0.8 0.8 0.8
平衡量 mol 0.2 0.2 0.8
平衡時混和氣體總的物質的量為 0.2mol+0.2mol+0.8mol=1.2mol，壓強之比等于物質的量之比，則平衡時總壓強
1.2 0.2 0.2
2 p0Pa

=0.6 p0Pa C H OH TB ETBE 1.2 0.6 p0Pa =0.1 p0Pa
p Pa
為 ， 2 5 、 和 的分壓依次為 、 1.2 0.6 0 =0.1 p0Pa 、
0.8 0.4p0 40 -1 40 -1
K = Pa Pa
1.2 0.6 p0Pa
p
=0.4 p0Pa ，則平衡常數 0.1p0 0.1p0 = p0 ，故答案為： p0 。
13．氮是地球上含量豐富的一種元素，氮及其化合物在工農業生產、生活中有著重要作用，合成氨工業在國民生
產中有重要意義。以下是關于合成氨的有關問題，請回答：
（1）在容積為 2L 的恒溫密閉容器中加入 0.1mol 的 N2和 0.3mol 的 H2在一定條件下發生反應：
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，在 5 分鐘時反應恰好達到平衡，此時測得 NH3的物質的量為 0.1mol。這段時間內
用 H2表示的反應速率為 v(H2)=____。
（2）平衡后，若要再提高反應速率，且增大 NH3的產率，可以采取的措施有____。(答一條即可)
（3）下列各項能作為判斷該反應達到化學平衡狀態的依據是____(填序號字母)。
A．容器內 N2、H2、NH3的物質的量濃度之比為 1：3：2
B．v(H2)正=3v(N2)逆
C．混合氣體的密度保持不變
D．容器內壓強保持不變
（4）已知合成氨反應 N2+3H2 2NH3在 400℃時的平衡常數 K=0.5(mol/L)-2。在 400℃時，測得某時刻
c(N2)=2mol/L、c(H2)=2mol/L、c(NH3)=3mol/L，此時刻該反應的 v 正____v 逆(填“>”“=”或“<”)。
n(H2 )
（5）如圖表示在恒壓密閉容器中，不同溫度下，達到平衡時 NH3的體積百分數與投料比[ n(N2 ) ]的關系。
由此判斷 KA、KB、KC的大小關系為：____。
【答案】（1）0.015mol·L-1·min-1
（2）加壓；通入氮氣或氫氣
（3）BD
（4）<
（5）KA=KB>KC
【解析】（1）
(0.1mol-0mol) 2L
這段時間內用 NH3表示的反應速率 v(NH3)= 5min =0.01mol/(L min)，同一反應用不同物質表示的化
3
學反應速率之比等于化學計量數之比，則 v(H2)= 2 v(NH3)= 0.015mol/(L min)；答案為：0.015mol/(L min)。
（2）
合成氨的反應為 N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) H<0，若要提高反應速率，可采取的措施有：增大反應物 N2或 H2的
濃度、增大壓強、升高溫度、使用合適的催化劑；該反應的正反應是氣體分子數減小的放熱反應，若要增大 NH3
的產率，可采取的措施有：增大反應物 N2或 H2的濃度、增大壓強、降低溫度；故平衡后，若要再提高反應速率，
且增大 NH3的產率，可以采取的措施有：加壓、通入 N2或 H2；答案為：加壓；通入氮氣或氫氣。
（3）
A．達到平衡時各組分的濃度保持不變，但不一定等于化學計量數之比，故容器內 N2、H2、NH3的物質的量濃度
之比為 1：3：2 時反應不一定達到平衡狀態，A 不選；
B．v(H2)正=3v(N2)逆時正、逆反應速率相等，是反應達到平衡狀態的本質標志，B 選；
C．合成氨的反應中所有物質都為氣態，容器內氣體的總質量始終不變，容器的容積始終不變，混合氣體的密度
始終不變，故混合氣體的密度保持不變不能說明反應達到平衡狀態，C 不選；
D．該反應的正反應是氣體分子數減小的反應，建立平衡的過程中氣體分子物質的量變化，容器內壓強變化，故
容器內壓強保持不變說明反應達到平衡狀態，D 選；
答案選 BD。
（4）
c2 (NH3) (3mol/L)2
3
此時刻 Q = c(N2 ) ×c (H2 ) = 2mol/L (2mol/L)
3
c =0.5625(mol/L)-2> K=0.5(mol/L)-2，反應逆向進行，故此時刻該反應
的 v 正（5）
n(H2 )
影響化學平衡常數的外界因素為溫度，A、B 兩點所處溫度相同，故 K =K ；根據圖像可知， n(N )A B 2 相同時，平
衡時 T2條件下 NH3%>T1條件下 NH3%，該反應的正反應為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動，NH3%減小，化
學平衡常數 K 減小，故 T2K（T1）；故 KA、KB、KC的大小關系為 KA=KB>KC；答案為：
KA=KB>KC。
14．環戊烯作為一種重要的化工產品，廣泛應用于橡膠、醫藥、農藥等領域。工業上通過環戊二烯加氫制備環戊
烯涉及的反應如下：
反應 I： ΔH = -100.5kJ / mol
反應 II： ΔH = -209.9kJ / mol
回答下列問題：
（1）反應 的ΔH = _______kJ/mol，該反應在_______(填“較高”、“較低”或
“任意”)溫度下為自發反應。
（2）科研人員研究了其他條件一定時，反應溫度對環戊二烯轉化率和環戊烯選擇性的影響(如圖所示)。
①由圖可知，反應Ⅰ適宜選擇的溫度范圍為_______(填選項字母)。
A．25~30℃ B．35~40℃ C．40~45℃
② n H同一催化劑條件下，影響選擇性的因素除 2 /n(烴)外，還有_______ (填一個因素)。
（3）環戊二烯可通過雙環戊二烯解聚制備： ，實際生產中常通入氮氣以解
決結焦問題(氮氣不參與反應)。某溫度下，向恒容反應容器中通入總壓為 100kPa 的雙環戊二烯和氮氣，達到平
衡后總壓為 145kPa p N =，雙環戊二烯的轉化率為 90%，則 2 _______kPa，平衡常數
p2 環戊二烯
Kp =Kp = _______kPa( p 雙環戊二烯 )。
【答案】（1） -109.4 較低
（2） A 溫度
（3） 50 1620
【解析】（1）根據蓋斯定律，ΔH = Δ H2 - Δ H1=-209.9+100.5=-109.4(kJ/mol)，故答案為：-109.4；根據自發反應
的判斷依據Δ G= Δ H-T× Δ S，當Δ G<0 時，該反應自發，根據該反應 H<0， S<0，故該反應在較低溫度下反應
自發，故答案為：較低；
（2）①根據反應 I 制取環戊烯，故應選擇該物質的選擇性高的條件，反應物的轉化率也相對高的溫度，根據圖
像選擇 A；故答案為 A；②影響選擇性的因素還有溫度；
（3）根據可逆反應過程中氣體體積的變化判斷，利用差量法判斷轉化的雙環戊二烯的壓強為 45kPa，根據雙環
戊二烯的轉化率為 90%，判斷雙環戊二烯的起始壓強為：50kPa，則氮氣的壓強為 50kPa，平衡時雙環戊二烯的
p2 環戊二烯
K = 90
2
p = =1620
5kPa p 雙環戊二烯 5壓強為 ，則 ；故答案為 50；1620；
【點睛】此題考查焓變計算及自發反應的依據及平衡的應用；注意在平衡中利用差量法進行判斷氣體的相關量。

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