文档文本内容
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第04 讲 化学反应的方向、化学反应的调控
目录
01
考情解码·命题预警
02 体系构建·思维可视...........................................................................................................................
03 核心突破·靶向攻坚...........................................................................................................................
考点一 化学反应的方向...................................................................................................................
知识点1 自发过程与自发反应....................................................................................................................
知识点2 化学反应的方向与能量、熵变的关系........................................................................................
知识点3 化学反应方向判断方法..................................................................................................................
考向1 考查自发过程和自发反应的概念....................................................................................................
【思维建模】关于反应自发性的注意点
考向2 考查化学反应方向的判断.................................................................................................................
【思维建模】化学反应方向的判据思维方式
考向3 考查熵变............................................................................................................................................
考点二 化学反应的调控...................................................................................................................
知识点1 合成氨反应的原理分析..................................................................................................................
知识点2 工业合成氨的适宜条件..................................................................................................................
知识点3 工业合成适宜条件的选择..............................................................................................................
考向1 考查合成氨反应适宜条件的选择......................................................................................................
【思维建模】合成氨反应适宜条件的选择
考向2 考查工业上选择适宜生产条件的原则..............................................................................................
【思维建模】化学反应适宜条件选择的思维流程
考向3 考查催化剂在化学反应调控中的作用分析
04 真题溯源·考向感知............................................................................................................................
1
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考点要求
考察形式
2025 年
2024 年
2023 年
2022 年
2021 年
化学反应的方向
选择题
非选择题
2022 湖南卷
第17 题，14
分
化学反应的调控
选择题
非选择题
考情分析：
分析近几年的湖南高考试题，可以看出高考对化学反应速率和化学平衡的考查主要集中在非选择中的
化学反应原理综合题，命题方向和考查点多样，其中对化学反应方向的判定的考查不多，但是也会涉及，
难度也不大。对于化学反应的调控的考查主要是结合化学平衡图像。
复习目标：
1.
合学
的化学反
例，了解自
程和化学反
的自
性。
过
应
发过
应
发
结
实
2.通
“有序”和“无序”的
比，了解
和的意义。
过
熵
熵
变
3.初步了解
和
化学反
方向的影响，能用
和
解
化学反
的方向，培养
据推理与模型
变
熵变
应
变
熵变
应
焓
对
焓
释
证
知能力。
认
4.
化学反
速率和化学平衡的
合
控在生
、生活和科学研究中的重要作用。
认识
应
综
调
产
5.知道催化
可以改
反
程，
控化学反
速率具有重要意
。
剂
变
应历
对调
应
义
2
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3
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考点一 化学反应的方向
知识点1 自发过程与自发反应
1、自发过程
(1)含义：在一定条件下，不用借助外力，就能自发进行的过程。如：高山流水，自由落体，冰雪融化
(2)特点
①能量角度：体系趋向于从高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或者释放热量)
②混乱度角度：在密闭条件下，体系有从有序自发转变为无序的倾向
③具有方向性：即过程的某个方向在一定条件下自发进行，而该过程逆方向在该条件下肯定不能自发进
行
2、自发反应
(1)定义：在给定条件下，可以自发地进行到显著程度的化学反应。如：钢铁生锈
(2)自发反应的特征
①具有方向性，即反应的某个方向在一定条件下是自发的，则其逆反应在该条件下肯定不自发，如：铁
器暴露于潮湿的空气中会生锈，是自发的，则铁锈变为铁在该条件肯定不是自发的
②体系趋向于从高能量状态转变为低能量状态
③体系趋向于从有序体系转变为无序体系
(3)应用
①可被用来完成有用功。如：H2燃烧可设计成原电池
②非自发过程要想发生，必须对它做功。如：通电将水分解为H2和O2
得分速记
1、自发反应也需要一定条件引发反应，一旦反应后即可自发进行
2、一般的，如果一个过程是自发的，则其逆过程就是非自发的。非自发过程要想发生，则必须对它做
功，如利用水泵可将水从低处抽向高出，通电可将水分解生成氢气和氧气
3、判断某反应是否自发，只是判断反应的方向，与是否会发生、反应的快慢、反应的热效应无关
3、自发过程的判断
(1)根据条件判断：不是看是否需要条件，而是看是否需要持续施加外力(如加热等)
(2)根据其逆向过程是否自发判断：若逆向过程自发，则正向过程一定不自发；若逆向过程不自发，则正向
过程一定自发
知识点2 化学反应的方向与能量、熵变的关系
4
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1．熵与熵变
（1）熵的含义：熵是衡量一个体系混乱度的物理量，即表示体系的不规则或无序状态程度的物理量。混
乱度越大,体系越无序,体系的熵就越大。用符号S 表示。同一条件下，不同物质有不同的熵值，同一物质
在不同状态下熵值也不同，一般规律是S(g)>S(l)>S(s)。
（2）熵变的含义：熵变是反应前后体系熵的变化，用Δ S 表示，化学反应的Δ S 越大，越有利于反应自发
进行。
2．化学反应的方向与能量的关系
能量变化是一个与反应能否自发进行有关的因素，但不是决定反应能否自发进行的惟一因素。
（1）多数能自发进行的化学反应是放热反应。
例如：在常温、常压下，氢氧化亚铁被氧化为氢氧化铁的反应是自发的，反应放热：
4Fe(OH)2(s)＋2H2O（1）＋O2(g)===4Fe(OH)3(s) ΔH(298 K)＝－444.3 kJ/mol
（2）有不少吸热反应也能自发进行。
例如：NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O（1） ΔH(298 K)＝＋37.30 kJ/mol
（3）有一些吸热反应在室温条件下不能自发进行，但在较高温度下则能自发进行。
例如：在室温下和较高温度下均为吸热过程的CaCO3的分解反应。
CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH(298 K)＝＋178.2 kJ/mol ΔH(1 200 K)＝＋176.5 kJ/mol
结论：研究表明，对于化学反应而言，绝大多数放热反应都能自发进行，且反应放出的热量越多，体系能
量降低得也越多，反应越完全。可见，反应的焓变是制约化学反应能否自发进行的因素之一。
得分速记
1、反应能量判据不是决定反应能否自发进行的惟一因素。
2、有些吸热反应也能自发进行。
3．化学反应的方向与熵变的关系
化学反应中要发生物质的变化或物质状态的变化，因此存在着熵变。反应的熵变ΔS 为反应产物总熵与反
应物总熵之差。对于确定的化学反应，在一定条件下具有确定的熵变。
（1）许多熵增加的反应在常温、常压下可以自发进行。产生气体的反应，气体物质的物质的量增大的反
应，熵变通常都是正值，为熵增反应。
例如：2H2O2(aq)===2H2O(l)＋O2(g)；NH4HCO3(s)＋CH3COOH(aq)===CO2(g)＋CH3COONH4(aq)＋H2O(l)；
（2）有些熵增的反应在常温、常压下不能自发进行，但在较高温度下可以自发进行。
例如：CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g)；C(石墨，s)＋H2O(g)===CO(g)＋H2(g)；
（3）铝热反应是熵减的反应，它在一定条件下也可以自发进行。
例如：2Al(s)＋Fe2O3(s)===Al2O3(s)＋2Fe(s)；
结论：研究表明，除了热效应外，决定化学反应能否自发进行的另一个因素是体系的混乱度，大多数自发
反应有趋向于体系混乱度增大的倾向。
得分速记
1、少数熵减少的反应在一定条件下也可以自发进行,如NH3(g)+HCl(g)=NH4Cl(s)。
2、孤立体系或绝热体系的自发过程才向着熵增的方向进行。
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知识点3 化学反应方向判断方法
1．传统的判断方法
（1）由不稳定物质向稳定物质转变
2NaHCO3
Na2CO3＋CO2↑＋H2O，稳定性：NaCO3＞NaHCO3。
（2）离子反应中，对于复分解反应，一般是由易电离的物质向难电离的物质转变，或向离子浓度减小的
方向转变。
①由溶解度大的物质向溶解度小的物质转变。
如Na2SO4＋CaCl2===CaSO4↓(微溶)＋2NaCl，CaSO4＋Na2CO3===CaCO3↓＋Na2SO4，所以溶解性：CaCl2＞
CaSO4＞CaCO3。
②由相对强酸(碱)向相对弱酸(碱)转变。
如2CH3COOH＋Na2CO3===2CH3COONa＋CO2↑＋H2O，NaSiO3＋CO2＋H2O===H2SiO3↓＋Na2CO3，所以酸
性强弱：CH3COOH＞H2CO3＞H2SiO3。
（3）由难挥发(高沸点)性物质向易挥发(低沸点)性物质转变。
①由难挥发性酸向易挥发性酸转变。
如NaCl＋H2SO4(浓)
NaHSO4＋HCl↑，所以沸点：H2SO4(浓)＞HCl。
②由难挥发性酸酐向易挥发性酸酐转变。
如CaCO3＋SiO2=====CaSiO3＋CO2↑，所以沸点：SiO2＞CO2。
③由难挥发性金属向易挥发性金属转变。
如2RbCl＋Mg=====MgCl2＋2Rb，所以沸点：Mg＞Rb。
（4）由氧化性(还原性)强的物质向氧化性(还原性)弱的物质的转变。
如2FeCl3＋2KI===2FeCl2＋2KCl＋I2,2FeCl2＋Cl2===2FeCl3，所以氧化性Cl2＞FeCl3＞I2。
2．用焓变和熵变判断反应的方向
体系的自由能变化(符号为Δ G ，单位为 kJ/mol)综合考虑了焓变和熵变对体系的影响，可用于化学反应自
发进行的方向的判断，ΔG＝Δ H －
T Δ S 。
（1）当ΔH＜0，ΔS＞0 时，ΔG＜0，反应自发进行。
（2）当ΔH＞0，ΔS＜0 时，ΔG＞0，反应不能自发进行。
（3）当ΔH＞0，ΔS＞0 或ΔH＜0，ΔS＜0 时，反应是否自发进行与温度有关，在一定温度下可使ΔG＝0，
即反应达平衡状态。
（4）ΔH<0、ΔS<0 时,则ΔH-TΔS 在较低温度时可能小于零,所以低温有利于反应自发进行。图解如下:
得分速记
6
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1、根据ΔH－TΔS＜0 判断的只是反应能否自发进行的可能性，具体的反应能否实际发生，还涉及到化学
反应速率的问题。
2、判断一个化学反应能否自发进行，若无任何外加条件，可以认为我们所学过的化学反应(电解反应除外)
都是能够自发进行的。
考向1 考查自发过程和自发反应的概念
例1（2023·湖南长沙·模拟预测）关于化学反应进行的方向叙述正确的是
A．加入催化剂可以使反应
在低温下由非自发变为自发，从而提高产率
B．
，
时，反应可以自发进行，例如
固体与
固体混合
C．常温下，反应
的
D．因为
和
都与反应的自发性有关，因此
或
均可单独作为判断自发性的判据
【答案】C
【详解】A．催化剂可以改变反应速率，不能改变平衡的移动不改变物质产率、不能改变反应能否自发的
事实，A 错误；
B．
固体与
固体混合反应为吸热反应，反应焓变大于零，B 错误；
C．常温下氢氧化亚铁在空气中迅速变为灰绿色，最终变为红褐色，说明该反应为自发反应，反应为熵减
的反应，自发反应须为
，则该反应的
，C 正确；
D．因为
和
都与反应的自发性有关，
或
结合，当
时反应可自发进行，D 错误；
故选C。
思维建模 关于反应自发性的注意点
1、化学反应方向的判据指出的仅仅是在一定条件下化学反应自发进行的趋势，并不能说明在该条件下反
应一定能实际发生，还要考虑化学反应的快慢问题。
2、自发过程的两种倾向：①体系趋向于高能状态转变为低能状态(体系对外部做功或释放热量)。②在密
闭条件下，体系有从有序转变为无序的倾向性(无序体系更加稳定)。
【变式训练1】（2025·湖南·模拟预测）化学之美，外美于现象，内美于原理。下列说法错误的是
A．制作泡菜时加入少量维生素C，维生素C 可去除泡菜中的亚硝酸盐
B．“水晶帘动微风起，满架蔷薇一院香。”水晶可由熔融态
快速冷却形成
C．生产玻璃时发生反应
，该反应为自发进行的
熵增反应
D．欢歌热舞庆佳节，舞台上灯光光柱的形成是因为丁达尔效应
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【答案】B
【详解】A．维生素C 具有还原性，能有效降低亚硝酸盐的含量，A 正确；
B．水晶是二氧化硅晶体，熔融SiO2缓慢冷却形成水晶，B 错误；
C．该反应生成气体，熵增（ΔS>0），
，所以
＜0，能自发进行，该反应为自发进行的
熵增反应，C 正确；
D．灯光光柱是胶体的丁达尔效应，D 正确；
故选B。
【变式训练2】（2024·湖南岳阳·模拟预测）研究化学反应进行的方向对反应设计等具有重要意义，下列说
法正确的是
A．已知：C(s)+CO2(g)=2CO(g)
H>0，则该反应在任何条件都可以自发进行
B．知道了某过程有自发性之后，则可确定该过程是否一定会发生
C．非自发反应就是不可能发生的反应，自发反应就是能较快进行的反应
D．熵增的放热反应一定是自发反应
【答案】D
【详解】A．∆H＞0，该反应气体体积增多，则∆S＞0，所以该反应在高温条件才可以自发进行，故A 错
误；
B．某过程有自发性是在一定条件下，如低温自发、高温自发，知道了某过程有自发性之后，不一定能确
定该过程是否一定会发生，反应的发生还与外界条件有关，故B 错误；
C．非自发反应在一定条件下如电解时能发生，反应自发与反应速率无关，自发反应反应速度不一定快，
如钢铁生锈等，故C 错误；
D．熵增加且放热的反应，∆H-T∆S＜0，任何条件下一定是自发进行，故D 正确；
故选：D。
考向2 考查化学反应方向的判断
例2（2025·湖南·模拟预测）乙烷催化裂解制备乙烯和氢气的反应式为C2H6(g)
C2H4(g)+H2(g)ΔH，工业
上在裂解过程中可以实现边反应边分离出生成的氢气。在不同温度下，1.0molC2H6(g)在恒容密闭容器中发
生该反应。H2的移出率α 不同时，乙烷的平衡转化率与温度的关系如图所示。
已知：
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下列说法错误的是
A．由图可知：α1>α2>α3
B．该反应在高温可以自发进行
C．α2=50%，则A 点体系中乙烯的体积分数约为60%
D．若恒温恒压条件下向体系中充入适量水蒸气，可提高C2H6转化率
【答案】C
【详解】A．分离出氢气会促进平衡正向移动，从而提高乙烷的转化率，因此氢气的移出率越高，乙烷的
平衡转化率越大，则
，A 正确；
B．由图可知，相同的H2的移出率，温度升高，乙烷的平衡转化率升高，平衡正向移动，故为吸热反应，
正反应为气体体积增大反应，即熵增反应，
，反应自发要求
，则该反应在高
温可以自发进行，B 正确；
C．乙烷的起始量为1mol，A 点乙烷的平衡转化率为60%，结合已知条件列三段式：
，
，则此时体系内剩余氢气的物质的量为0.6×(1-
50%)=0.3，A 点体系中乙烯的体积分数约为
，C 错误；
D．若恒温恒压条件下向体系中充入适量水蒸气，相当于增加体积，压强减小，平衡正向移动，可提高
C2H6转化率，D 正确；
故选C。
思维建模 化学反应方向的判据思维方式
1．反应能否自发进行需综合考虑焓变和熵变对反应的影响，复合判据ΔH－TΔS<0 的反应不一定能够实际
发生，只是指出了在该条件下化学反应自发进行的趋势，还要考虑化学反应的快慢问题。
2．焓变、熵变和温度对化学反应方向的影响
ΔH
ΔS
ΔH－TΔS
反应情况
－
＋
永远是负值
在任何温度下过程均自发进行
＋
－
永远是正值
在任何温度下过程均非自发进行
＋
＋
低温为正高温为负
低温时非自发，高温时自发
－
－
低温为负高温为正
低温时自发，高温时非自发
【变式训练1】（2023·湖南衡阳·模拟预测）已知异丁烯与HCl 发生加成反应有两种可能，反应历程及能
量变化如图1、图2 所示：
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下列说法错误的是
A．反应①比反应②速率快
B．过渡态Ⅰ比过渡态Ⅱ稳定
C．异丁烯与HCl 发生加成反应的主要产物为(CH3)3CCl
D．异丁烯与HCl 发生加成反应是放热反应，故能自发进行
【答案】D
【详解】A．生成①的过程所需活化能较低，则反应速率较快，故A 正确；
B．过渡态Ⅰ能量较低，则比过渡态Ⅱ稳定，故B 正确；
C．活化能越低，反应越易进行，可知异丁烯与HCl 发生加成反应的主要产物为(CH3)3CCl，故C 正确；
D．根据图象可知反应物总能量高于生成物总能量，因此异丁烯与HCl 发生加成反应是放热反应，但能否
能自发进行还需要考虑熵变，故D 错误；
故选D。
【变式训练2】（2023·湖南衡阳·模拟预测）硫酸是一种重要的基本化工产品。接触法制硫酸生产中的关键
工序是
的催化氧化：
。研究表明，
催化氧化
的反应速率方程为
式中：k 为反应速率常数，随温度t 升高而增大；α 为
平衡转
化率，α′为某时刻
转化率，n 为常数。在α′=0.90 时，将一系列温度下的k、α 值代入上述速率方程，得
10
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到的v-t 曲线如图所示。下列说法正确的是
A．该反应在任何温度下都能自发
B．
与足量
充分反应，放出的热量为
C．升高温度，能增大单位体积内活化分子百分数和活化分子数
D．反应速率先随温度的升高而增大，原因是温度升高导致k、α 均增大
【答案】C
【详解】A．该反应焓变△H<0，反应前后气体分子数减少，熵变△S<0，依据△G=
H-T
S<0
△
△
反应能自
发进行可知，该反应在低温条件下自发进行，A 错误；
B．二氧化硫与氧气反应为可逆反应，1molSO2与足量氧气充分反应，放出的热量小于98kJ，B 错误；
C．升高温度，活化分子数增加，单位体积内活化分子百分数增加，C 正确；
D．升高温度，反应速率常数增大，该反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，二氧化硫平衡转化率降
低，反应速率先随温度的升高而增大，原因是温度升高导致k 增大对v 的提高大于α 引起的降低，D 错误；
答案选C。
考向3 考查熵变
例3（2023·湖南岳阳·调研）冰融化的过程中，其焓变和熵变正确的是
A．△H>0，△S>0
B．△H>0，△S＜0
C．△H＜0，△S＜0
D．△H＜0，△S>0
【答案】A
【详解】冰融化过程中，物质的状态由固体变为液体，熵值增大，则△S＞0；熔化过程吸收能量，因此焓
变△H＞0，故冰融化的过程中，其焓变和熵变均增大，故选A。
【变式训练1】（23-24 高二上·湖南长沙·调研）拿破仑在俄国时，当时法国士兵军服的纽扣都是用金属锡
做的。灰锡结构松散，不能用于制造器皿，而白锡结构坚固，可以制造器皿。试分析现把白锡制成的器皿
放在0℃、100 kPa 的室内存放，它会不会变成灰锡而不能再继续使用？
已知：在0℃、100 kPa 条件下白锡转化为灰锡反应的焓变和熵变分别为：
，
A．一定会变
B．一定不会变
C．降低温度才会变
D．升高温度才会变
【答案】A
【详解】在等温、等压条件下，自发反应总是向着ΔH－TΔS<0 的方向进行，直至达到平衡状态。因此，
在0 ℃、100 kPa 条件下，白锡会不会变为灰锡的问题就转化为求算ΔH－TΔS 值的问题；ΔH－TΔS=－
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2180.9J·mol-1－273 K×(-6.6J·mol-1·K-1)=－379.1 J·mol-1<0，因此在该条件下白锡会变为灰锡。
答案选A。
【变式训练2】（23-24 高二上·湖南岳阳·调研）下列说法正确的是
A．ΔH<0、ΔS>0 的反应在温度低时不能自发进行
B．因为焓变和熵变都与反应自发性有关，因此焓变或熵变均可单独作为反应自发性的判据
C．NH4HCO3(s)═NH3(g)+H2O(g)+CO2(g) △H=+185.57kJ/mol 能自发进行，原因是体系有自发地向混乱
度增大的方向转变的倾向
D．化学反应的限度不可以通过改变条件而改变
【答案】C
【详解】A．ΔG=ΔH-TΔS，△H＜0，△S＞0 的反应ΔG 恒小于0，说明任何温度下该反应均能自发进行，
描述错误，故A 错误；
B．焓变和熵变都与反应的自发性有关，ΔG＝ΔH-TΔS 为判断反应自发性的判据，焓变或熵变不能单独作
为反应自发性的判据，故B 错误；
C ．反应NH4HCO3(s)=NH3(g)+H2O(g)+CO2(g) ΔH=+185.57 kJ·mol-1的ΔS>0，ΔH>0，反应能自发进行，应
满足ΔH-TΔS＜0，因此该反应能自发进行的原因是熵增效应大于焓增效应，故C 正确；
D．根据勒夏特列原理可知，化学反应的限度可以通过改变条件而改变，故D 错误；
故答案为：C。
考点二 化学反应的调控
知识点1 合成氨反应的原理分析
1、合成氨反应的特点
合成氨反应：N2(g)＋3H2(g)
2NH3(g)。已知298 K 时：ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，ΔS＝－198.2 J·mol－1·K－1
(1)可逆性：反应为可逆反应
(2)体积变化：正反应是气体体积缩小的反应
(3)焓变：ΔH<0，熵变：ΔS<0
(4)自发性：常温(298 K)下，ΔH－TΔS<0，能自发进行
2、提高合成氨反应速率和平衡转化率的条件比较
原理分析：根据合成氨反应的特点，利用我们学过的影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析应如何选择
反应条件，以增大合成氨的反应速率、提高平衡混合物中氨的含量
条件
提高反应速率
提高平衡转化率
综合结果
压强
高压
高压
高压
温度
高温
低温
兼顾速率和平衡，且考虑催化剂活性
催化剂
使用
无影响
使用
12
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浓度
增大反应物浓度
增大反应物浓度，降低生成物浓
度
增大反应物浓度，且不断减少生成物浓度
知识点2 工业合成氨的适宜条件
1、从压强、温度、催化剂等方面考虑合成氨的适宜条件
(1)压强
①原理分析：压强越大越好
②选用条件：目前，我国合成氨厂一般采用的压强为10
～
30
MPa
③合成氨时不采用更高压强的理由：压强越大，对材料的强度和设备的制造要求也越高，需要的动力
也越大，这将会大大增加生产投资，并可能降低综合经济效益
(2)温度
①原理分析：低温有利于提高原料的平衡转化率
②选用条件：目前，在实际生产中一般采用的温度为4 00
～
500
℃
③不采用低温的理由：温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需时间变长，这在工业生产中是很
不经济的
④升高温度能提高化学反应速率，但工业合成氨温度不能太高的理由是：合成氨反应为放热反应，升高
温度，转化率降低；400
～
500
_℃
催化剂活性最大，升高温度，催化剂活性减弱
( 催化剂失活
)
得分速记
工业生产中，必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转
化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技
术条件
(3)催化剂
①原理分析：在高温、高压下，N2和H2的反应速率仍然很慢
②选用条件：通常采用加入以铁为主体的多成分催化剂，又称铁触媒
③选择催化剂的理由：改变反应历程，降低反应的活化能，使反应物在较低温度时能较快地进行反应
另外，为了防止混有的杂质使催化剂“中毒”，原料气必须经过净化
(4)浓度
①原理分析：在500 ℃和30 MPa 时，平衡混合物中NH3的体积分数及平衡时N2和H2的转化率仍较低
②采取的措施：采取迅速冷却的方法，使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去；应将NH3分
离后的原料气循环使用，并及时补充
N 2 和
H 2，使反应物保持一定的浓度
③采取该措施的理由：分离出NH3以促使平衡向生成
NH
3的方向移动，此外原料气的循环使用并及时补
充原料气，既提高了原料的利用率，又提高了反应速率，有利于合成氨反应
2、工业合成氨的适宜条件
外部条件
工业合成氨的适宜条件
压强
根据反应器可使用的钢材质量及综合指标来选择压强(10～30 MPa)
温度
适宜温度，400～500 ℃
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催化剂
使用铁触媒做催化剂
浓度
N2和H2的物质的量之比为1∶2.8 的投料比，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
3、合成氨的工艺流程
知识点3 工业合成适宜条件的选择
1、选择工业合成适宜条件的原则
(1)考虑参加反应的物质组成、结构和性质等本身因素
(2)考虑影响化学反应速率和平衡的温度、压强、浓度、催化剂等反应条件
(3)选择适宜的生产条件还要考虑设备条件、安全操作、经济成本等情况
(4)选择适宜的生产条件还要考虑环境保护及社会效益等方面的规定和要求
2、选择工业合成适宜条件的分析角度
分析角度
原则要求
从化学反应速率分析
既不能过快，又不能太慢
从化学平衡移动分析
既要注意外界条件对速率和平衡影响的一致性，又要注意二者影响的矛盾
性
从原料的利用率分析
增加易得廉价原料，提高难得高价原料的利用率，从而降低生产成本
从实际生产能力分析
如设备承受高温、高压能力等
从催化剂的使用活性分析
注意催化剂的活性对温度的限制
3、选择适宜工业生产条件的流程
(1)分析反应特点。主要分析反应的方向性、可逆性、反应热和熵变等
(2)原理分析。根据反应特点，利用影响反应速率的因素和勒夏特列原理分析增大反应速率、提高原料转化
率的反应条件
(3)根据实验数据进一步分析反应条件，确定适宜条件的范围及催化剂的筛选
(4)根据工业生产的实际情况、经济效益及环保要求等最终确定适宜的条件
4、选择工业合成适宜条件的参考依据
外界
条件
有利于加快
速率的条件控制
有利于平衡
正向移动的条件控制
综合分析结果
浓度
增大反应物的浓度
增大反应物的浓度、
不断地补充反应物、及时地分离出生成物
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减小生成物的浓度
催化剂
加合适的催化剂
不需要
加合适的催化剂
温度
高温
ΔH＜0
低温
兼顾速率和平衡，考虑催化剂的适宜温度
ΔH＞0
高温
在设备条件允许的前提下，尽量采取高温并考
虑催化剂的活性
压强
高压(有气体参加)
Δνg＜0
高压
在设备条件允许的前提下，尽量采取高压
Δνg＞0
低压
兼顾速率和平衡，选取适宜的压强
考向1 考查合成氨反应适宜条件的选择
例1 （2025·湖南·模拟预测）硝酸是重要的化工原料。下图为制硝酸的流程示意图。
下列说法正确的是
A．流程中，
、
和NO 作反应物时，均作还原剂
B．合成塔中高温、高压的反应条件均是为了提高
的平衡产率
C．吸收塔中通入空气的目的是提高NO 的转化率
D．可选用铜作为盛装液氨和浓硝酸的罐体材料
【答案】C
【详解】A．在合成氨反应
中，N2中氮元素化合价从0 价降低到-3 价，N2作氧化剂；
在氧化炉中发生反应
，
中氮元素化合价升高，
作还原剂；NO
在吸收塔中发生反应2NO+O2=2NO2，NO 中氮元素化合价升高，NO 作还原剂，A 错误；
B．合成氨的正反应是放热反应，高温会使平衡逆向移动，降低
的平衡产率；高压使平衡正向移动，
能提高
的平衡产率，B 错误；
C．吸收塔中发生反应2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO，通入空气，提供O2，使NO 能充分反应，
提高NO 的转化率，C 正确；
D．浓硝酸具有强氧化性，能与铜反应，不能用铜作为盛装浓硝酸的罐体材料，D 错误；
故选C。
思维建模 合成氨反应适宜条件的选择
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工业生产中，必须从反应限度和反应速率两个角度选择合成氨的适宜条件，既要考虑尽量增大反应物的转
化率，充分利用原料，又要选择较快的反应速率，提高单位时间内的产量，同时还要考虑设备的要求和技
术条件。
【变式训练1】（2024·湖南衡阳·模拟预测）工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，其反应如下：
。下面说法正确的是
A．合成氨一般选择400～500℃的原因主要考虑了温度对速率的影响
B．将生成的氨气及时液化分离，可推动平衡正向移动，加快反应速率
C．增大压强虽能提高平衡产率，但实际生产中常采用20MPa 以节省设备成本
D．由于
在空气中含量高，因此直接将空气与氢气混合通入反应炉
【答案】C
【详解】A．合成氨选择
，既考虑温度对速率的影响（加快反应速率），也考虑催化剂（铁触
媒）的活性，该温度下催化剂活性高，不只是考虑速率， A 错误；
B．及将氨气及时液化分离，平衡正向移动，但浓度降低了，反应速率会减慢，不是加快，B 错误；
C．增大压强，平衡正向移动，能提高平衡产率，但压强过大对设备要求高、成本高，实际生产采用
20MPa 左右可节省设备成本，C 正确；
D．直接将空气与氢气混合通入反应炉，空气中的氧气会与氢气混合发生爆炸等危险，且空气中含有其他
杂质气体，会影响反应，不能直接混合，D 错误；
故答案选C。
【变式训练2】（2024·全国·二模）合成氨工艺是人工化肥的生产支柱，是人类生存发展的“食”之基础。
回答下列问题：
Ⅰ.化学键键能如表
化学键
N≡N
H—H
N—H
键能(
)
946
436
390.8
(1)估算
的△H=
。已知该反应的△S=-198.9J/(mol·K)，理论上
该反应在温度为298K 下 (填“能”或“不能”)自发进行。
Ⅱ.科学家结合实验与计算机模拟结果，研究了合成氨的反应历程，如图所示，其中吸附在催化剂表面的物
种用*表示，TS 表示过渡态。
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(2)图示历程包含 个基元反应。发生N—N 键断裂的反应方程式为 。
(3)H—H 键断裂应该吸收热量，但
反应的
，主要原因为 。
(4)在实际工业生产中，合成氨一般采用的温度为400～500℃，主要原因为 。
(5)温度为500℃、压强为20MPa，原料气
，反应
，反应平
衡时，氨气的体积分数为20%，则氮气的转化率约为 %(计算结果保留三位有效数字)。该条件下，
，
的标准平衡常数
为 (用最简分数形式表示)。[已知：分
压=总压×该组分物质的量分数，对于反应dD(g)+eE(g)
gG(g)+hH(g)，
，其中
，pG、pH、pD、pE为各组分的平衡分压]。
【答案】(1) －90.8 能
(2) 7
(或
)
(3)断键后的H 吸附在催化剂表面，形成特殊的作用力要释放能量，释放的总能量高于断键吸收的总能量
(4)能够提高反应速率(或催化剂的活性较大)
(5) 33.3
【详解】（1）
=反应物的总键能-生成物的总键能
，
，理论上该反应在温度为298K 下能自
发进行。
（2）①反应历程中有7 个过渡态，基元反应有7 个；N—N 断裂的过程经历过渡态4(TS4)，其反应方程式
为
(或
)。
（3）H—H 键断裂应该吸收热量，但
反应的
，主要原因为H—H 键断裂应该吸
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收热量，断键后的H 吸附在催化剂表面，形成特殊的作用力要释放能量，释放的总能量高于断键吸收的总
能量。
（4）合成氨是放热反应，理论上低温有利于合成氨，但低温会使反应速率降低，400～500℃能够提高反
应速率，催化剂(铁触媒)的活性较大。
（5）根据已知条件列出“三段式”
反应平衡时，氨气的体积分数
，解得
，则氮气的转化率约为33.3%。
，
，
，
，代入公式可得
。
考向2 考查工业上选择适宜生产条件的原则
例2（2023·湖南·模拟预测）当前，汽车尾气已成为许多城市空气的主要污染源。研究表明，含TiO2的混
凝土或沥青可以部分消除汽车尾气中的氮氧化物，其原理如下：
下列关于该“消
除”过程的叙述不正确的是
A．部分光能转变为化学能
B．消除总变化为NOx+O2+H2O→HNO3
C．消除反应能全天候发生
D．使用纳米TiO2的消除效率更高
【答案】C
【详解】A. 题中示意图表明，在TiO2的催化作用下紫外线提供能量，部分光能转变为化学能，故A 项正
确，不符合题意；
B. 题中示意图表明，在TiO2的催化作用下紫外线提供能量，发生反应：NOx+O2+H2O→HNO3，故B 项正
确，不符合题意；
C.没有紫外线时上述反应不能发生，故C 项错误，符合题意；
D.纳米与紫外线接触面积更大，将产生更多的光生电子和光生空穴，从而消除更多的NOx，故D 项正确，
不符合题意；
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答案选C；
思维建模 化学反应适宜条件选择的思维流程
【变式训练1】（2024·湖南·模拟预测）工业上常用铁碳混合物处理含CuSO4废水获得金属铜。当保持铁
屑和活性炭总质量不变时，测得废水中Cu2+浓度在不同铁碳质量比(x)条件下随时间变化的曲线如图所示。
下列推论不合理的是
A．由图可知，活性炭对Cu2+具有一定的吸附作用
B．铁屑和活性炭会在溶液中形成微电池，铁屑为负极
C．利用铁碳混合物回收含CuSO4废水中铜的反应原理：Fe+CuSO4=FeSO4+Cu
D．增大铁碳混合物中铁碳质量比(x)，一定会提高废水中Cu2+的去除速率
【答案】D
【详解】A．由图可知，加入纯活性炭时Cu2+的浓度减小，在没形成原电池的情况下，Cu2+的浓度也减小，
说明活性炭对Cu2+具有一定的吸附作用，选项A 正确；
B．铁屑与活性炭形成原电池，铁比碳活泼，所以铁是负极，碳是正极，选项B 正确；
C．利用铁碳混合物回收硫酸铜废水中铜的反应原理是铁与Cu2+发生的氧化还原反应，即
Fe+CuSO4=FeSO4+Cu，选项C 正确；
D．由图可知，加入纯铁屑时去除Cu2+的速率没有铁碳质量比为2:1 时的速率快，所以增大铁碳混合物中铁
碳质量比(x)，不一定会提高废水中Cu2+的去除率，选项D 错误；
答案选D。
【变式训练2】（2024·湖南永州·模拟预测）工业合成甲醇的原理为
H<0，
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其工艺流程如图所示。下列叙述正确的是
A．“干燥净化”的目的是防止催化剂失活
B．合成甲醇时压强越大越好
C．“冷却装置”能提高原料平衡转化率和反应速率
D．采用“高温”有利于提高甲醇的平衡产率
【答案】A
【详解】A．步骤①中“净化”是除去杂质以防止铁触媒中毒失活，确保工业生产过程中的效率和产品质
量，故A 正确；
B．
是气体体积减小的反应，增大压强可以使平衡正向移动，增大反应物的转
化率，但压强过大会增加对设备材料和制造的要求，提高投资费用，在实际生产中，压强的选择并不是越
大越好，而是需要综合考虑多个因素，故B 错误；
C．
是放热反应，“冷却装置”能提高原料平衡转化率，但不能提高反应速率，
故C 错误；
D．
是放热反应，采用“高温”不利于提高甲醇的平衡产率，故D 错误；
故选A。
考向3 考查催化剂在化学反应调控中的作用分析
例3（24-25 高二上·湖南·调研）温度改变对催化剂活性有影响，评价催化剂的活性参数——空时收率和
CO 的选择性可表示如下：
空时收率
CO 的选择性
某学习小组以反应：
为研究对象，在不同
温度下，对四组其他条件都相同的反应物进行研究，经过相同时间小时，测得空时收率、CO 的选择性数
据如下表所示。
组别
反应温度(℃)
空时收率
CO 的选择性(%)
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①
130
0.70
72.5
②
140
0.75
71.0
③
150
0.71
55.6
④
160
0.66
63.3
下列说法正确的是
A．温度升高，空时收率先增大后减小，说明
B．温度升高，催化剂活性逐渐减弱，对CO 的选择性逐渐降低
C．
时，CO 的选择性最高，说明CO 生成
的转化率最高
D．综合考虑空时收率和CO 的选择性，工业生成
时，选择
效果最好
【答案】D
【详解】A．根据表格数据，温度升高，空时收率先增大后减少，空时收率与
的质量、
反应时间、催化剂的体积三个因素有关，温度越高，建立平衡需要的反应时间越少，不能判断
的质量的变化，也就无法判断反应的焓变，A 错误；
B．根据数据，温度升高，CO 的选择性先逐渐降低，后又升高，说明反应温度在
时副反应较多，随
着温度升高，催化剂活性可能逐渐增强，对CO 的选择性又逐渐升高，B 错误；
C．
时，CO 的选择性最高，只能说明此时的副反应较少，不能说明CO 生成
的转
化率是否最高，C 错误；
D．在
时空时收率达到最高，CO 的选择性也较高，副反应较少，因此工业生成
时，
选择
效果最好，D 正确；
故选D。
【变式训练1】（25-26 高二上·湖南·调研）
在有氧条件以及催化剂作用下可被
还原成
，反应机
理如图甲，
的脱除率与温度的关系如图乙。下列说法错误的是
A．若
过量，则不利于
被还原为
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B．该过程总反应为
C．该转化过程中，
体现了还原性，
为该反应的催化剂
D．温度超过
时
脱除率骤然下降的原因可能是催化剂活性大大降低
【答案】C
【详解】A．O2过量可能导致催化剂活性位点过度氧化或直接与NH3反应，竞争还原NO 所需的还原剂，
从而不利于NO 被还原为N2，A 正确；
B．根据反应机理，反应物为NH3、NO、O2，产物为N2和H2O。N 元素归中（NH3中-3 价N→0 价，NO 中
+2 价N→0 价），O2作氧化剂（O2→H2O 中-2 价O）。得失电子守恒：4NH3失12e-（4×3），4NO 得8e-
（4×2），O2得4e-（1×4），总反应式4NH3+4NO+O2
4N2+6H2O 满足守恒，B 正确；
C．NH3中N 元素从-3 价升至0 价，体现还原性；但V4+-OH 是反应过程中生产的中间产物，并非催化剂，
C 错误；
D．温度超过1000℃时，催化剂可能因高温失活，导致反应速率骤降，NO 脱除率下降，D 正确；
故答案选C。
【变式训练2】（2025·湖南长沙·模拟预测）以二氧化钛表面覆盖Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2 和CH4
直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率如图所示，下列说法正确的是
A．由图可知：乙酸的生成速率随温度升高而升高
B．250-300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的主要原因是因为催化剂的催化效率降低
C．由300-400℃可得，其他条件相同时，催化剂的催化效率越低，乙酸的生成速率越大。
D．根据图象推测，工业上若用上述反应制备乙酸最适宜的温度应为400℃。
【答案】B
【详解】A. 由图可知：250-300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低，故A 错误；
B. 250-300℃时，温度升高而乙酸的生成速率降低的主要原因是温度超过250℃时，催化剂的催化效率降低，
故B 正确；
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C.300-400℃时，催化剂的催化效率接近于0，但温度升高，乙酸的生成速率增大，故C 错误；
D.根据图象推测，工业上若用上述反应制备乙酸最适宜的温度应为250℃，故D 错误；
故选B。
1．（2010·上海·高考真题）1913 年德国化学家哈伯发明了以低成本制造大量氨的方法，从而大大满足了当
时日益增长的人口对粮食的需求。下列是哈伯法的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施是（ ）。
A．①②③
B．②④⑤
C．①③⑤
D．②③④
【答案】B
【详解】合成氨气的反应是体积减小的、放热的可逆反应。
①净化干燥的目的是减少副反应的发生，提高产物的纯度，不能提高转化率，故①不符合；
②增大压强平衡向正反应方向移动，可提高原料的转化率，故②符合题意；
③催化剂只改变反应速率，不影响平衡状态，不能提高转化率，故③不符合；
④把生成物氨气及时分离出来，可以促使平衡向正反应方向移动，提高反应物转化率，故④符合题意。
⑤通过氮气和氢气的循环使用，可以提高原料的利用率，故⑤符合题意；
即②④⑤正确；
答案选B。
2．（2022·浙江·高考真题）AB 型强电解质在水中的溶解(可视作特殊的化学反应)表示为AB(s)=An+(aq)+Bn-
(aq)，其焓变和熵变分别为ΔH 和ΔS。对于不同组成的AB 型强电解质，下列说法正确的是
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
【详解】强电解质溶于水有的放热，如硫酸铜等；有的吸热，如碳酸氢钠等，所以在水中溶解对应的ΔH
可能大于零或小于零。熵表示系统混乱程度。体系越混乱，则熵越大。AB 型强电解质固体溶于水，存在
熵的变化。固体转化为离子，混乱度是增加的，但离子在水中存在水合过程，这样会引发水的混乱度的变
化，让水分子会更加规则，即水的混乱度下降，所以整个溶解过程的熵变ΔS，取决于固体转化为离子的熵
增与水合过程的熵减两个作用的相对大小关系。若是前者占主导，则整个溶解过程熵增，即ΔS＞0，反之，
熵减，即ΔS＜0。综上所述，D 项符合题意。故选D。
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3．（2022·湖南·高考真题）钛(Ti)及其合金是理想的高强度、低密度结构材料。以钛渣(主要成分为
，
含少量V、Si 和Al 的氧化物杂质)为原料，制备金属钛的工艺流程如下：
已知“降温收尘”后，粗
中含有的几种物质的沸点：
物质
沸点/
136
127
57
180
回答下列问题：
(1)已知
，
的值只决定于反应体系的始态和终态，忽略
、
随温度的变化。若
，
则该反应可以自发进行。根据下图判断：
时，下列反应不能自发进行的是_______。
A．
B．
C．
D．
(2)
与C、
，在
的沸腾炉中充分反应后，混合气体中各组分的分压如下表：
物质
分压
①该温度下，
与C、
反应的总化学方程式为 ；
②随着温度升高，尾气中
的含量升高，原因是 。
(3)“除钒”过程中的化学方程式为 ；“除硅、铝”过程中，分离
中含
、
杂质的方法是
。
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(4)“除钒”和“除硅、铝”的顺序 (填“能”或“不能”)交换，理由是 。
(5)下列金属冶炼方法与本工艺流程中加入
冶炼
的方法相似的是_______。
A．高炉炼铁
B．电解熔融氯化钠制钠
C．铝热反应制锰D．氧化汞分解制
汞
【答案】(1)C
(2) 5TiO2+6C+10Cl2
5TiCl4+2CO+4CO2 随着温度升高，CO2与C 发生反应
(3) 3VOCl3+Al=3VOCl2+AlCl3 蒸馏
(4) 不能 若先“除硅、铝”再“除钒”，“除钒”时需要加入Al，又引入Al 杂质；
(5)AC
【详解】（1）记①
，②
，③
，④
；
A．由图可知，600℃时
的
，反应自发进行，故A 不符合题意；
B．由图可知，600℃时
的
，反应自发进行，故B 不符合题意；
C．由图可知，600℃时
的
，反应不能自发进行，故C 符合题意；
D．根据盖斯定律，
可由①+③得到，则600℃时其
，反应自
发进行，故D 不符合题意；
故选C；
（2）①根据表中数据可知，该温度下C 主要生成CO 和CO2，根据相同条件下气体的压强之比是物质的量
之比可知TiCl4、CO 和CO2的物质的量之比约是5：2：4，所以TiO2与C、Cl2反应的总化学方程式为
5TiO2+6C+10Cl2
5TiCl4+2CO+4CO2，故答案为：5TiO2+6C+10Cl2
5TiCl4+2CO+4CO2；
②随着温度升高，CO2与C 发生反应
，导致CO 含量升高，故答案为：随着温度升高，
CO2与C 发生反应
；
（3）“降温收尘”后钒元素主要以VOCl3形式存在，加入Al 得到VOCl2渣，根据得失电子守恒和元素守
恒配平方程式为3VOCl3+Al=3VOCl2+AlCl3；AlCl3、SiCl4与TiCl4沸点差异较大，“除硅、铝"过程中可采
用蒸馏的方法分离AlCl3、SiCl4，故答案为：3VOCl3+Al=3VOCl2+AlCl3；蒸馏；
（4）若先“除硅、铝”再“除钒”，“除钒”时需要加入Al，又引入Al 杂质，因此“除钒”和“除硅、
铝”的顺序不能交换，故答案为：不能；若先“除硅、铝”再“除钒”，“除钒”时需要加入Al，又引入
Al 杂质；
（5）本工艺中加入Mg 冶炼Ti 的方法为热还原法；
A．高炉炼铁的原理是用还原剂将铁矿石中铁的氧化物还原成金属铁，属于热还原法，故A 符合题意；
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B．电解熔融氯化钠制取金属钠的原理是电解法，故B 不符合题意；
C．铝热反应制锰是利用Al 作还原剂，将锰从其化合物中还原出来，为热还原法，故C 符合题意；
D．Hg 为不活泼金属，可以直接用加热分解氧化汞的方法制备汞，故D 不符合题意；
故答案选AC，故答案为：AC。
4．（2025·江苏·高考真题）合成气(
和
)是重要的工业原料气。
(1)合成气制备甲醇：
。
的结构式为
，估算该反应的
需要
(填数字)种化学键的键能数据。
(2)合成气经“变换”“脱碳”获得纯
。
①合成气变换。向绝热反应器中通入
和过量的
：
。催化作用受接触面积和温度等因素影响，
的比热容较大。
过量能有效防止催化剂活性下降，其原因有 。
②脱碳在钢制吸收塔中进行，吸收液成分：质量分数30%的
吸收剂、
(
正价有
)缓
蚀剂等。
溶液浓度偏高会堵塞设备，导致堵塞的物质是 (填化学式)。
减缓设备腐蚀
的原理是 。
(3)研究
与不同配比的铁铈载氧体[
是活泼金属，正价有
]反应，气体分步制备原理示意如图甲所示。相同条件下，先后以一定流速通入固定体积的
，依次发生的主要反应：
步骤Ⅰ
步骤Ⅱ
①步骤Ⅰ中，产物气体积分数、
转化率、
与x 的关系如图乙所示。
时，
大于理论
值2 的可能原因有 ；
时，通入标准状况下
的
至反应结束，
的选择性
，则生成标准状况下
和
的总体积为
。
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②
时，新制载氧体、与
反应后的载氧体的X 射线衍射谱图如图丙所示(X 射线衍射用于判断某
晶态物质是否存在，不同晶态物质出现衍射峰的衍射角不同)。步骤Ⅱ中，能与
反应的物质有
(填化学式)。
③结合图示综合分析，步骤Ⅰ中
的作用、气体分步制备的价值： 。
【答案】(1)5
(2) 该反应为放热反应，在绝热容器中进行，
的比热容较大，则体系温度变化较小，催化剂活
性受温度影响，
过量可有效防止催化剂活性下降
具有强氧化性，能使
设备表面形成一层致密的氧化膜
(3) 当
时，载氧体为
，氧化性较强，提供的O 原子较多，将CO 氧化为
，使得CO 的物
质的量减小，
增大 432 C、Fe、FeO 步骤Ⅰ中
作载氧体供氧，将甲烷转化为
CO 和氢气，避免生成大量积炭导致催化剂失活；采用分步制备，可提高原料利用率，且可以有效消除积
碳使催化剂再生，同时步骤Ⅰ需要的温度较高，步骤Ⅱ需要的温度较低，分步制备也可节约能源
【详解】（1）反应的焓变=反应物的总键能-生成物的总键能，计算该反应的
需
。
、
、
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、
，共5 种化学键的键能数据。
（2）①该反应为放热反应，在绝热容器中进行时，若无水的存在，随着反应进行，温度会逐渐升高，由
于使用了低温型催化剂，温度过高会导致催化剂的活性下降；
的比热容较大，可以吸收大量的热
从而使体系温度变化较小，因此，
过量可有效防止催化剂活性下降。
②脱碳过程中，
溶液会吸收
，发生反应
，当
溶液浓度偏
高时，会生成较多
，而
溶解度相对较小，容易在溶液中达到饱和后结晶析出，从而堵塞设
备。
中的Cr 元素化合价为
，处于最高价态，具有强氧化性，在钢制吸收塔的环境中，它会与铁
发生氧化还原反应，使铁表面形成一层由铁的氧化物和铬的氧化物组成的致密氧化膜，这层氧化膜可以将
钢铁与腐蚀性介质隔离开，阻止氧气、水和其他腐蚀性物质与钢铁接触，从而减缓腐蚀。
（3）①当
时，载氧体中没有
，只有
，由于
的氧化性较强，且其提供的O 原子较多，
可以将CO 氧化为
，使得CO 的物质的量减小，
增大；由题图乙可知，当
时，
转化
率为60%，则
，已知CO 的选择性
，则
，根据图乙中数据可知，此时产物气中
，则
，故生成标准状况下CO 和
的总体积为432mL。
②新制载氧体与
反应后新生成的晶态物质，在步骤Ⅱ中会与
反应，使载氧体再生从而继续与
反应，因此，在新制载氧体中不存在，而在与
反应后的载氧体中含有的晶态物质，会在步骤Ⅱ中
与
反应。因此，对比二者X 射线衍射谱图可知，C、Fe、FeO 在步骤Ⅱ中均可与
反应。
③步骤Ⅰ中
作载氧体供氧，将甲烷转化为CO 和氢气，可以避免生成大量积炭致催化剂活性降低甚至
失活；采用分步制备，可提高原料利用率，且可以有效消除积碳使催化剂再生，同时步骤Ⅰ需要的温度较
高，步骤Ⅱ需要的温度较低，分步制备也可节约能源。
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