【文档说明】2023-2024学年高二化学人教版2019选择性必修1同步举一反三系列 专题2.4 化学反应的调控（四大题型） Word版无答案.docx，共(13)页，2.092 MB，由小赞的店铺上传

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专题2.4化学反应的调控【题型1化学反应条件的控制及优化——以合成氨为例】【题型2化学反应条件的控制及优化的拓展——以硫酸的生产为例】【题型3化学反应条件的控制及优化的拓展】【题型4基于平衡计算视觉的反应调控】【题型1化学反应条件的控制及优化——以合成氨

为例】合成氨反应：N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g）。298K：ΔH＝－92.4kJ·mol－1，ΔS＝－198.2J·mol－1·K－1。1.具有自发性与可逆性的特点，正反应是气体体积缩小的发热反应。2.工业合成氨的适宜条件：10～30Mpa、400～500℃、使用铁触

媒作催化剂、氨及时从混合气中分离出去，剩余气体循环使用；及时补充N2和H2。【例1】（2023春·江苏苏州·高二江苏省木渎高级中学校考期中）下列有关合成氨工业的说法正确的是A．N2、H2的投料比采用1∶2.8（物质的量比）而不是1∶3，是为了提高N2的转化率B．反应温度控制在700K左

右，目的是使化学平衡向正反应方向移动C．压强采用10~30MPa，是因为该条件下催化剂的活性最好D．不断将氨液化并移去液氨，目的之一是使平衡正向移动【变式1-1】（2023秋·江苏南通·高二统考期末）工业上通常采用铁触媒、在400～500℃和10～30MPa的条件下合成氨。合成氨的反应为N2（g

）＋3H2（g）⇌2NH3（g）ΔH＝－92.4kJ·mol－1。下列说法正确的是A．N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g）的ΔS0B．采用400～500℃的高温是有利于提高平衡转化率C．采用10～30MPa的高压能增大反应的平衡常数D．使用铁触媒可以降低反应的活化能【变式1-2】（

2022秋·浙江温州·高二校联考期中）在固定容积的密闭容器中，进行如下反应：N2（g）＋3H2（g）⇌2NH3（g）Δ0H，其化学平衡常数K与温度的关系如下表。下列说法正确的是温度（℃）25125225…平衡常数64.1

101K2K…A．()()()()232H3NHvv=正逆能说明反应已达平衡B．平衡常数12KKC．混合气体的平均摩尔质量不再改变不能说明反应已达平衡D．为提高反应速率和平衡转化率，工业生产时通常选择400~500℃、10~30MPa的反应条件【变式1-3】历史上诺贝尔化学

奖曾经3次颁给研究合成氨的化学家。合成氨的原理为N2（g）+3H2（g）⇌2NH3（g）。回答下列问题。（1）t℃时，向填充有催化剂、体积为2L的刚性容器中充入一定量的H2和N2合成氨，实验中测得c（NH3）随时间的变化如

表所示：时间/min51015202530c（NH3）/mol•L﹣10.080.140.180.200.200.20①5～15min内N2的平均反应速率v（N2）=mol•L-1•min-1。②根据表中数据，在min以后

反应处于平衡状态。能加快反应达到平衡的措施有（写出两条）。③下列情况能说明反应达到平衡状态的是（填标号）。A．2v（NH3）=3v（H2）B．混合气体的相对分子质量不再变化C．N2体积分数不再变化D．混合气体的密度保持不变（2）如表列出了在不同

温度和压强下，反应达到平衡时NH3的百分含量w（NH3）。压强/MPav（NH3）/%温度/℃0.11020306010020015.381.586.489.995.498.83002.252.064.271.084.292.64000.425.138.247.065.579.85000.11

0.619.126.442.257.56000.054.59.113.823.131.4①从表中数据得出，最优的条件是。②工业上通常选择在400～500℃和10～30MPa条件下合成氨，原因是。【题型2化学反应条件的控制及优化的拓展——以硫酸的生产为

例】【例2】工业上制备硫酸的一步重要反应是SO2在400～500℃下的催化氧化反应：()()()2232SOgOg2SOg+H0。下列有关说法错误的是A．常通入过量的空气，以提高2SO的平衡转化率B．为提高反应速率和平衡转化率，采用的压强越大越好C．控制温度

为400～500℃既能提升反应速率，又能使催化剂有较高的活性D．要综合考虑影响速率与平衡的各种因素、设备条件和经济成本等，寻找适宜的生产条件【变式2-1】在工业合成硫酸中，其中一步反应为2SO2（g）＋O2（g）25VO2SO3（g）ΔH=−196.6kJ·mol-1（1）根据反应特点，

利用原理分析，增大反应速率的措施有，增大原料转化率的措施有。（2）利用下表实验数据回答问题：温度平衡时SO2的转化率（%）1×105Pa5×105Pa1×106Pa5×106Pa1×107Pa450℃9

7.598.999.299.699.7550℃85.692.994.997.798.3①应选择的温度是，理由是。②应采用的压强是，理由是。【题型3化学反应条件的控制及优化的拓展】【例3】（2023·江苏镇江·江苏省镇江第一中学校考一模）

恒压条件下，密闭容器中将CO2、H2按照体积比为1：3合成CH3OH，其中涉及的主要反应：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

剂作用下发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，在相同的时间段内3CHOH的选择性和产率随温度的变化如图已知：CH3OH的选择性=32CHOH100CO的物质的量％反应的的物质的量下列说法正确的是A．保持恒温恒压下充入氮气，不影响CO的产率B．合成甲醇的适

宜工业条件是约230°C，催化剂选择CZ（Zr-1）TC．使用CZ（Zr-l）T，230°C以上，升高温度甲醇的产率降低，原因是催化剂的活性降低D．使用CZT，230°C以上，升高温度甲醇的产率降低，是因为反应Ⅰ平衡逆向移动【变式3-1】焦炉煤气（主要成分：CH4、CO2、H2、CO）在炭催化

下，使CH4与CO2重整生成H2和CO。其主要反应为反应I：()()()()422CHgCOg2COg2Hg+=+11247.1kJmolH−=反应II：()()()()222HgCOgCOgHOg+=+124

1.2kJmolH−=反应III：()()()2CsCOg2COg+=13172kJmolH−=反应IV：()()()()22CsHOgCOgHg+=+14131.29kJmolH−=在1×

105Pa、将焦炉煤气以一定流速通过装有炭催化剂的反应管，CH4、CO、H2的相对体积和CO2的转化率随温度变化的曲线如图所示。相对体积()()()444VCHVCH=VCH产品气原料气、相对体积()()()()224COHCOH2CHV-VVCOH=V或或产品气原料气或原料气下列说法

不正确的是A．温度低于900℃，反应I基本不发生B．850℃～900℃时，主要发生反应ⅣC．增大焦炉煤气流速一定能提高CO的相对体积D．工业生产上需要研发低温下CH4转化率高的催化剂【变式3-2】（2023春·江苏常州·高二统考期中）以2CO、2H为原料合成3CH

OH涉及的反应如下：反应Ⅰ：2232CO(g)3H(g)CHOH(g)HO(g)++1lΔ=49kJmolH−−反应Ⅱ：222CO(g)H(g)CO(g)HO(g)++12Δ=41kJmolH−+反应Ⅲ：23CO(g)2H(g)CHOH(g)+3ΔH在5MPa下，按照()()22CO

:H=1:3nn投料，平衡时，CO和3CHOH在含碳产物中物质的量分数及2CO的转化率随温度的变化如图。下列说法正确的是A．反应Ⅲ中反应物的总键能大于生成物的总键能B．曲线m代表CO在含碳产物中物质的

量分数C．该条件下温度越低，越有利于工业生产3CHOHD．图示270℃时，平衡体系中2H的体积分数约为66.6%【变式3-3】一定条件下，将一定量的CO2和H2混合气体通过装有催化剂的反应器可得到甲烷。已知：Ⅰ.CO2（g）＋H2（g）=CO（g）＋H2O（g）；ΔH=＋41kJ·m

ol-l。Ⅱ.CO2（g）＋4H2（g）=CH4（g）＋2H2O（g）；ΔH=-165kJ·mol-1。在两种不同催化剂作用下反应相同时间，CO2转化率和生成CH4选择性随温度变化关系如图所示（CH4选择性=42CHCO的物质的量发生反

应的的物质的量×100%）。下列说法不正确的是A．反应CO（g）＋3H2（g）=CH4（g）＋H2O（g）；ΔH=-206kJ·mol-1B．在280℃条件下反应制取CH4，应选择催化剂A的效果较好C．260～300℃间，使用催化剂A或B，升高温度时CH4的产率都增大D．M

点可能是该温度下的平衡点，延长反应时间，不一定能提高CH4的产率【题型4基于平衡计算视觉的反应调控】【例4】（2023秋·新疆巴音郭楞·高三八一中学校考阶段练习）回答下列问题（1）工业合成NH3的反应，解决了世界约三分之一的人粮食问题。已知：N2＋3H2⇌2N

H3，且该反应的v正=k正·c（N2）·c3（H2），v逆=k逆·c2（NH3），则反应12N2＋32H2⇌NH3的平衡常数K=（用k正和k逆表示）。（2）500℃时，向容积为2L的密闭容器中通入1molN2和3mo

lH2，模拟合成氨的反应，容器内的压强随时间的变化如下表所示：时间/min010203040＋∞压强/MPa20171513.21111①达到平衡时N2的转化率为。②用压强表示该反应的平衡常数Kp=（

Kp等于平衡时生成物分压幂的乘积与反应物分压幂的乘积的比值，某物质的分压等于总压×该物质的物质的量分数）。③随着反应的进行合成氨的正反应速率与NH3的体积分数及能量变化情况的关系如图所示，则该反应为反应（吸热、放热），若升高温度再次达到平

衡时，可能的点为（从点“A、B、C、D”中选择）【变式4-1】（2023春·江苏南京·高一校联考期末）回答下列问题：Ⅰ．工业上利用甲醇和水蒸气催化重整法可制备氢气。（1）已知：反应1：CH3OH（g）⇌CO（g）＋2H2（g）∆H1=+90.0kJ·mol-1反应2：CO

（g）＋H2O（g）⇌CO2（g）＋H2（g）∆H2=-41.0kJ·mol-1则反应3：CH3OH（g）＋H2O（g）⇌CO2（g）＋3H2（g）∆H3=kJ·mol-1（2）以CuO-ZnO-Al2O3催化剂进行甲醇重整制氢时，固定

其它条件不变，改变水、甲醇的物质的量比，甲醇平衡转化率及CO选择性的影响如图1所示。[CO选择性=2n(CO)100%n(CO)+n(CO)生成生成生成]①当水、甲醇比大于0.8时，CO选择性下降的原因是。②当水、甲醇比一

定时，温度升高，CO选择性有所上升，可能原因是。（3）在t℃下，在1L密闭容器中，当投入的CH3OH和H2O均为1mol时，甲醇平衡转化率为80%、CO选择性为60%，则c（CO）=mol·L-1。Ⅱ．用CO2和H2可以合成甲醇。其主要反应为反应ⅠCO2（g）＋3

H2（g）⇌CH3OH（g）＋H2O（g）1158kJmolH−=−反应ⅡCO2（g）＋H2（g）⇌CO（g）＋H2O（g）1241kJmolH−=+在恒容密闭容器内，充入1molCO2和3molH2，测得平衡时CO2转化率，CO和CH3OH选择性

随温度变化如图2所示[选择性()()()()33nCOnCHOH=100%nCHOH+nCO或]。（4）270℃时主要发生的反应是（填“Ⅰ”或“Ⅱ”）。（5）以下温度中，甲醇产率最高的是___________。A．210℃B．230℃C．250℃D．270℃（6）在不改变投料的情况下

，既能加快反应速率，又能提高CH3OH产率的方法有（填一种方法即可）。【变式4-2】（2022秋·山西太原·高二山西大附中校考期中）I．HI分解曲线和液相法制备HI反应曲线分别如图1和图2所示：（1）反应()()()222HIgHgIg

+的H（填“大于”或“小于”）0。（2）Bodensteins研究了该反应在716K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数()xHI与反应时间t的关系如下表：t/min020406080120()HIx10.910.850.8150.7950.784()HIx00.600.730.7730.78

00.784上述反应中，正反应速率为()2vkxHI=正正，逆反应速率为()()22vkxHxI=逆逆，其中k正、k逆为速率常数，则k逆为（以K和k正表示）。若10.0027mink−=正，在t=40min时v正=1min−（保留三位有效数字）。（3）将二氧化硫通入碘水中会发生反应：222

4SOI2HO3HHSO2I+−−++++，23III−−+，图2中曲线a、b分别代表的产物微粒是（填微粒符号）；由图2知要提高碘的还原率，除控制温度外，还可以采取的措施是。II．xNO的排放主要来自于汽车尾气，包含2NO和NO，有人提出用活性炭对xNO

进行吸附，发生反应如下：反应a：()()()()22Cs2NOgNgCOgΔH34.0kJ/mol++=−反应b：()()()()2222Cs2NOgNg2COgΔH64.2kJ/mol++=−（4）对于密闭容器中反应a，在T1℃时，借助传感器测

得反应在不同时间点上各物质的浓度如下：01020304050NO1.000.580.400.400.480.482N00.210.300.300.360.3630min后，只改变某一条件，反应重新达到平衡

；根据上表中的数据判断改变的条件可能是_______（填字母代号）。A．加入一定量的活性炭B．通入一定量的NOC．适当缩小容器的体积D．加入合适的催化剂（5）某实验室模拟反应b，在密用容器中加入足量的C和一定量的2NO气体，维持温度为T2℃，如图为不同压强下反应b经过相同时间2NO的转化

率随着压强变化的示意图。请分析，1050kPa前，反应b中2NO转化率随着压强增大而增大的原因是。用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数（记作pK）；在T2℃、61.110Pa时，该反应的化学平衡常数pK=Pa；已

知：气体分压（p分）气体总压（p总）×体积分数。【变式4-3】（2023·四川巴中·统考模拟预测）综合利用含碳资源、促进碳中和在保护生态环境等方面具有重要意义。回答下列问题：（1）中国科学院在国际上宣布首次实现CO2到淀粉的全合成，其中

前两步涉及的反应如图1所示。①反应：CO2（g）+2H2（g）=HCHO（g）+H2O（g）△H=（用△H1、△H2、△H3、△H4表示）。②反应I进行时，同时发生反应：2CO2（g）+6H2（g）垐?噲?C2H4（g）+4H2O（g）。在1L恒容密闭容器中充入4.0molCO2和6.0molH

2，一定温度下，达到平衡时，c（CO2）=c（H2O）=2.4mol/L，请回答下列问题：反应I的平衡常数的表达式K=。CH3OH物质的量分数为%（计算结果保留1位小数）。（2）乙烯是合成工业的重要原料，一定条件下可发生反应：3C2H4（g）垐?

噲?2C3H6（g）分别在不同温度、不同催化剂下，保持其他初始条件不变，重复实验，经相同时间测得C2H4体积分数与温度的关系如图2所示。在催化剂甲作用下，图2中M点的速率V正V逆（填“＞”“＜”或“=”），根据图中所给信息，应选择的反应条件为。（3

）CO2氧化1－丁烯脱氢生产1，3－丁二烯，其反应原理为：CH2=CHCH2CH3（g）+CO2（g）→CH2=CHCH=CH2（g）+H2O（g）+CO（g）氧化脱氢反应可能的反应路径有两种，如图3所示：①为确定反应路径，可检测反应体系中的物质是（填化学式）。②

若为“两步路径”，在温度和总压相同时，1－丁烯氧化脱氢的平衡转化率高于直接脱氢的原因是。【变式4-4】（2023秋·陕西汉中·高三统考阶段练习）4CH与2CO的干法重整（DRM）反应可制备CO和2H。体系内发生的反应如下：反应Ⅰ：()()()()422CHgCOg2COg2Hg++1ΔH反应Ⅱ

：()()()()422CHg3COg4COggO2H++12329kJmolH−=+反应Ⅲ：()()()()222COgHOgCOgHg++1341kJmolH−=−（1）1ΔH=（填含2ΔH、3ΔH的表达

式）。（2）向密闭容器中通入3mol()2COg和1mol()4CHg，若仅考虑发生上述三个反应，平衡时()2COg、()4CHg、()COg、()2Hg的物质的量随温度T的变化如图1所示。①曲线x、z分别表示、（填化学式）的物质的量变化，900

K后随温度升高，曲线y（表示4CH）基本保持平稳的原因为。②900K时，4CH的物质的量分数为（填含a的表达式，下同），反应Ⅲ的平衡常数cK=。（3）使用34CaO/FeO/Ni复合催化剂，可显著提高二氧化碳的转化率，实现碳氢分离，并得到富含CO的产物，催化机理如图2所示。