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第四节 化学反应条件的优化--工业合成氨
第1 课时 化学反应条件的优化--工业合成氨
1．下列生活和生产中的做法或事实，与调控反应速率无关的是（ ）
A．牛奶放在冰箱中冷藏
B．使用加酶洗衣粉洗涤衣物
C．汽车的橡胶轮胎中要添加抑制剂
D．工业合成氨时，及时将氨气液化分离
【答案】D
【详解】A．牛奶放在冰箱中冷藏，降低了温度，反应速率降低，A 正确；
B．使用加酶洗衣粉洗涤衣物，相当于使用了催化剂，加快反应速率，B 正确；
C．汽车的橡胶轮胎中要添加抑制剂是为了防止橡胶老化，延长寿命，降低了反应速率，C 正确；
D．工业合成氨时，及时将氨气液化分离，是降低生成物浓度，使平衡正向进行，与速率无关，D 错误；
故选D。
2．（23-24 高二上·湖北·期中）化学与生产、生活和科技息息相关，下列说法错误的是
A．火箭推动剂的发展历史是从古代的火药到液体推进剂、固体推进剂，再到现如今的高能推进剂和绿
色推进剂
B．燃油汽车上的三元催化器中的催化剂提高了反应物中活化分子百分数，加快了反应速率，进而提高
了有害物质的转化率，减少了污染物的排放
C．飞秒化学是采用
的时间分辨技术跟踪监测化学反应中寿命极短的中间体或过渡态的技
术
D．我国科学家研制出新型催化剂，将合成氨的温度和压强分别降到了
，在节能减排方面
取得重大突破
【答案】B
【详解】A．火箭推动剂的发展历史是从古代的火药到液体推进剂、固体推进剂，再到现如今的高能推进
剂和绿色推进剂说明火箭技术的发展经历了多个阶段，每个阶段都标志着技术的进步和对更高飞行性能的
追求，故A 正确；
B．催化剂能降低反应活化能，加快反应速率，但化学平衡不移动，所以燃油汽车上的三元催化器中的催
化剂提高了反应物中活化分子百分数，加快了反应速率，但有害物质的转化率不变，故B 错误；
C．飞秒化学是采用
的时间分辨技术跟踪监测化学反应中寿命极短的中间体或过渡态的技术，
秒化学的时间分辨率之所以能达到如此高的精度，是因为它能够精确地测量和分析在极短时间内发生的化
学反应，这对于揭示化学反应的细节和动力学过程非常关键，故C 正确；
D．我国科学家研制出新型催化剂，将合成氨的温度和压强分别降到了
，这一突破不仅降低了
合成氨过程的能耗，有利于节能减排的实现，还减少了生产过程中的压强需求，从而降低了生产成本，故
D 正确；
故选B。
3．（24-25 高二上·山东临沂·阶段检测）下列说法中正确的是
A．在合成氨中，为增加
的转化率，充入的
越多越好
B．在工业生产条件优化时，只考虑经济性就行，不用考虑环保
C．工业合成氨的反应是
、
的反应，在任何温度下都可自发进行
D．合成氨反应选择在
进行的重要原因是催化剂在
左右时的活性最大
【答案】D
【详解】A．在合成氨中，多充入N2可增大H2的转化率，但H2转化率提高到足够高后，再充入N2对H2的
转化率影响不大，但成本增加太多，不是充入的N2越多越好，故D 错误；
B．在工业生产条件优化时，不但要考虑经济性，还要考虑环保，不能只顾了生产而污染环境，故B 错误；
C．工业合成氨的反应是
、
的反应，在高温下不能自发进行，故C 错误；
D．合成氨反应选择在
进行的重要原因是催化剂在
左右时的活性最大，反应速率快，故D
正确；
选D。
4．工业上用乙烯和水蒸气合成乙醇的原理为
。如图是乙烯的转
化率随温度、压强的变化关系，下列说法正确的是
A．该反应的正反应为吸热反应
B．工业上采用的压强为7MPa 左右，温度为250℃左右这是综合考虑反应速率和乙醇的产率等因素的结
果
C．相同温度下，压强越大，乙烯的转化率越大，平衡常数越大
D．给予足够的压强和适当的温度，可实现乙烯的转化率为100%
【答案】B
【详解】A．根据图象得到，升高温度，乙烯的转化率降低，说明平衡逆向移动，即逆向是吸热反应，则
该反应的正反应为放热反应，故A 错误；
B．工业上采用的压强为7MPa 左右，温度为250℃左右这是综合考虑反应速率和乙醇的产率、压强对设备
要求等因素的结果，故B 正确；
C．相同温度下，压强越大，乙烯的转化率越大，但平衡常数不变，平衡常数只与温度有关，故C 错误；
D．该反应是可逆反应，因此乙烯的转化率不可能为100%，故D 错误。
综上所述，答案为B。
5．已知合成氨反应的正反应是放热反应，合成氨工业的工艺流程如下：
下列关于合成氨工业的说法中不正确的是
A．混合气进行循环利用遵循绿色化学思想
B．合成氨反应需在低温下进行
C．对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率
D．原料气中的氢气可由天然气和水蒸气反应制得
【答案】B
【详解】A．混合气进行循环利用可以节约能源，提高原料的利用率，遵循绿色化学思想，故A 正确；
B．合成氨反应需要催化剂，催化剂在500℃温度下催化活性最好，而且500℃温度下反应速率快，因此合
成氨需在500℃温度下进行，故B 错误；
C．该反应正向反应是体积减小的反应，对原料气进行压缩，平衡正向移动，有利于增大原料气的转化率，
故C 正确；
D．原料气中的氢气可由天然气和水蒸气反应即
制得，故D 正确。
综上所述，答案为B。
6．现利用测定气体密度的方法确定醋酸的相对分子质量。已知冰醋酸沸点较高(118
)
℃，且能形成二聚物，
其反应为：
ΔH＜0，为尽量使其接近真实值，测定时应采用的条件是（
）
A．高温高压
B．高温低压
C．低温低压
D．低温高压
【答案】B
【详解】根据题意和反应为：
ΔH＜0，为尽量使其接近真实值，则应该
尽量转化为醋酸分子即逆向移动，该反应是体积减小的放热反应，因此应升高温度，减小压强的条件测定，
故B 符合题意。
综上所述，答案为B。
7．合成氨反应通常控制在20～50MPa 的压强和500℃左右的温度，且进入合成塔的氮气和氢气的体积比
为1 3∶，经科学测定，在相应条件下氮气和氢气反应所得氨的平衡浓度(体积分数)如表所示：
20MPa
60MPa
500℃
19.1
42.2
而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%，这表明
A．表中所测数据有明显误差
B．生产条件控制不当
C．氨的分解速率大于预测值
D．合成塔中的反应并未达到平衡
【答案】D
【详解】A．表中数据为通过科学实验所得，不可能有明显误差，A 错误；
B．合成氨连续操作，不可能对生产条件控制不当，B 错误；
C．平衡浓度与速率的大小没有直接关系，C 错误；
D．合成氨工业考虑单位时间的产量问题，并未让合成氨反应达到平衡，因为让反应达到平衡需要一定的
时间，时间太长得不偿失，D 正确；
故答案选D。
8．在一定条件下，合成氨的反应速率与各物质的浓度关系为v=kc(N2)·c1.5(H2)·c-1(NH3)，下列条件不能加快反
应速率的是
A．加入催化剂
B．增大H2的浓度
C．升高温度
D．增大NH3的浓度
【答案】D
【详解】A．加入催化剂能加快反应速率，故A 不选；
B．由反应速率方程知增大H2的浓度反应速率加快，故B 不选；
C．升高温度均能加快反应速率，故C 不选；
D．由反应速率方程知反应速率与氨气浓度成反比，增大NH3的浓度反应速率减慢，故D 选；
故选：D。
9．对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施加高压，下列叙述中正确的是
A．都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响
B．都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用的时间
C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化学平衡状态有影响
D．催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而压强无此作用
【答案】C
【详解】A．都能提高反应速率，高压会使平衡正向移动，故A 错误；
B．催化剂只改变速率，对化学平衡不移动，故B 错误；
C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化学平衡状态有影响，催化剂不影响平衡移动，故C
正确；
D．催化剂、压强提高反应速率，都能缩短反应达到平衡状态所用的时间，故D 错误。
综上所述，答案为C。
10．（23-24 高二上·四川自贡·期中）下图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率而采取的措施是
A．①②③
B．①③⑤
C．②④⑤
D．②③④
【答案】C
【详解】工业合成氨的化学方程式为N2+3H2
2NH3，反应是可逆反应，反应前后气体体积减小，
反应是放热反应；依据合成氨的流程图，其中为提高原料转化率而采取的措施为：增大压强，平衡向体积
减小的方向进行，提高反应物的转化率；液化分离出氨气，促进平衡正向进行，提高反应物的转化率；氮
气和氢气的循环使用，也可提高原料的转化率，故答案为：C。
11．（23-24 高二下·湖南长沙·阶段检测）NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O 的反应均为放热反应。工业
尾气中的
可通过催化氧化为
除去。将一定比例的
、
和
的混合气体以一定流速通过装有催
化剂的反应管，
的转化率、生成
的选择性
与温度的关系如图所示。下列说法
正确的是
A．其他条件不变，升高温度，
的平衡转化率增大
B．其他条件不变，在
范围，随温度的升高，出口处
浓度不断增大
C．催化氧化除去尾气中的
应选择反应温度高于
D．高效除去尾气中的
，需研发低温下
转化率高和生成
选择性高的催化剂
【答案】D
【详解】A．NH3与O2作用分别生成N2、NO、N2O 的反应均为放热反应，升高温度，平衡都逆向移动，NH3
的平衡转化率减小，A 项错误；
B．由图可知，225~300℃范围内NH3的转化率基本不变，而生成N2的选择性明显减小，则出口处N2的浓
度减小，B 项错误；
C．催化氧化除去尾气中的NH3转化为N2，由图可知应选择的温度为225℃左右，此时NH3的转化率大、N2
的选择性大，C 项错误；
D．高效除去尾气中的NH3，即将NH3多而快的转化成N2，需研发低温下NH3转化率高和生成N2选择性高
的催化剂，D 项正确；
答案选D。
12．在催化剂作用下，用乙醇制乙烯，乙醇转化率和乙烯选择性(生成乙烯的物质的量与乙醇转化的物质的
量的比值)随温度、乙醇进料量(单位：mL·min－1)的关系如图所示(保持其他条件相同)。
在410～440℃温度范围内，下列说法不正确的是
A．当乙醇进料量一定，随乙醇转化率增大，乙烯选择性升高
B．当乙醇进料量一定，随温度的升高，乙烯选择性不一定增大
C．当温度一定，随乙醇进料量增大，乙醇转化率减小
D．当温度一定，随乙醇进料量增大，乙烯选择性增大
【答案】A
【详解】A．根据图象，当乙醇进料量一定，随乙醇转化率增大，乙烯选择性逐渐升高，但温度高于430℃
后，乙烯选择性逐渐降低，A 错误，符合题意；
B．根据图象，当乙醇进料量一定，随乙醇转化率增大，乙烯选择性逐渐升高，但温度高于430℃后，乙烯
选择性逐渐降低，因此，随温度的升高，乙烯选择性不一定增大，B 正确，不符合题意；
C．根据左图，当温度一定，随乙醇进料量增大，乙醇转化率减小，C 正确，不符合题意；
D．根据右图，当温度一定，随乙醇进料量增大，乙烯选择性增大，D 正确，不符合题意；
答案选A。
13．如图所示的是以黄铁矿（
）为主要原料接触法制硫酸工业的流程示意图（A．沸腾炉 B．接触
室 C．吸收塔）
(1)对于B 设备中
接触氧化的反应，下图中的甲、乙、丙分别表示在不同条件下，
在反应混合物中
的体积分数（Y）与时间（X）的关系，请按要求填写：
①若甲图两条曲线分别表示有催化剂和无催化剂的情况，则 表示有催化剂的情况；
②若乙图两条曲线分别表示不同压强的情况，则 表示压强较大的情况；
③若丙图两条曲线分别表示600℃和400℃的情况，则 表示600℃的情况。
(2)在生产中常使用过量的空气是为了 。
(3)接触法制硫酸的沸腾炉处产生的炉气必须经过净化处理，目的是为了 。
(4)从⑤处排出的气体是______（填序号）
A．
、
B．
、
C．
、
D．水蒸气
(5)在B 设备中加热到400
~500
℃
℃是由于①加快反应速率，② 。
(6)对从进口⑧喷进的液体的叙述最准确的是 （填序号）。
A．水 B．98.3%的浓硫酸 C．稀硫酸
(7)吸收塔排出的尾气先用氨水吸收，再用浓硫酸处理得到较高浓度的
和铵盐，
既可作为生产硫酸
的原料循环再利用，也可用于工业制溴过程中吸收潮湿空气中的
，请写出
吸收
的离子方程式：
。
【答案】(1) a a b
(2)提高SO2的转化率
(3)防止催化剂中毒
(4)B
(5)提高催化剂的催化能力
(6)B
(7)SO2+ Br2+2H2O=4H++2Br—+SO
【详解】（1）①使用催化剂，反应速率加快，达到平衡的时间缩短，但平衡不移动，由图可知，曲线a 先
到达平衡，则a 曲线表示使用催化剂、b 曲线表示没有使用催化剂，故选a；
②增大压强，化学反应速率加快，达到平衡的时间缩短，由图可知，曲线a 先到达平衡，则曲线a 表示压
强较大的情况，故选a；
③升高温度，化学反应速率加快，达到平衡的时间缩短，由图可知，曲线b 先到达平衡，则的曲线b 表示
温度600℃，故选b；
（2）在生产中常使用过量的空气可以增大反应物的浓度，平衡向正反应方向移动，有利于提高二氧化硫
的转化率，故答案为：提高SO2的转化率；
（3）煅烧黄铁矿形成的炉气主要是二氧化硫气体，另外含有能使催化剂中毒杂质，所以炉气必须经过净
化处理防止影响催化氧化的效果，故答案为：防止催化剂中毒；
（4）接触室中发生的反应为催化剂作用下二氧化硫和氧气反应生成三氧化硫，三氧化硫在吸收塔中被98%
的浓硫酸吸收制取发烟硫酸，未反应完的二氧化硫和氧气再次进入接触室反应生成三氧化硫，所以从⑤处
排出的气体是二氧化硫和氧气，故选B；
（5）在B 设备中加热到400
~500
℃
℃的原因是温度400−500℃条件下，催化剂的活性大，有利于加快反应
速率，故答案为：提高催化剂的催化能力；
（6）三氧化硫与水反应放出大量的热易形成不易被水吸收的酸雾，所以吸收塔中采用98%的浓硫酸吸收三
氧化硫，则从进口⑧喷进的液体的98.3%的浓硫酸，故选B；
（7）由题意可知，二氧化硫吸收溴的反应为二氧化硫与潮湿空气中的溴反应生成氢溴酸和硫酸，反应的
离子方程式为SO2+ Br2+2H2O=4H++2Br—+SO
，故答案为：SO2+ Br2+2H2O=4H++2Br—+SO
。
14．工业常用铁钼氧化物作催化剂，用甲醇空气氧化法制甲醛，反应过程涉及如下反应：
（有关数据均在298K 时测定）
反应Ⅰ：
，
反应Ⅱ：
反应Ⅲ：
，
反应温度对甲醇氧化反应的影响如图所示。
(1)用反应Ⅲ制甲醛要比直接用反应Ⅰ制甲醛优越，原因是
。
(2)生产时，要控制
为0.4 左右，目的是 （试从反应热和反应适宜
的温度思考）。
(3)下列说法不正确的是 。
A．甲醇的转化率接近100%的原因是反应Ⅲ属于完全反应
B．氢气的摩尔燃烧热为‒241.8kJ•mol‒1
C．600K 以后甲醛产率下降的原因可能是温度升高导致甲醛发生热分解反应
【答案】 氧气能与反应Ⅰ生成的氢气反应生成水，促进可逆反应Ⅰ正向移动，提高甲醇的转化率和
甲醛的产率，同时除去H2 适当通入O2，促进反应Ⅲ的发生，利用放出的热量，使体系温度控制在
600K 左右 B
【详解】(1)氧气能与反应Ⅰ生成的氢气反应生成水，促进可逆反应Ⅰ正向移动，提高甲醇的转化率和甲醛
的产率，同时除去H2。且反应Ⅲ是熵增大的放热反应，是自发进行的。反应Ⅲ的平衡常数比反应Ⅰ大得多，
即反应Ⅲ进行的程度大。故答案为：氧气能与反应Ⅰ生成的氢气反应生成水，促进可逆反应Ⅰ正向移动，
提高甲醇的转化率和甲醛的产率，同时除去H2；
(2)适当通入O2，促进反应Ⅲ的发生，利用放出的热量，使体系温度控制在600K 左右，因为此时甲醛产率
最大。答案为：适当通入O2，促进反应Ⅲ的发生，利用放出的热量，使体系温度控制在600K 左右；
(3)A．根据题中反应Ⅲ的反应平衡常数，可知，甲醇的转化率接近100%的原因是反应Ⅲ属于完全反应，A
项正确；
B．根据盖斯定律，将反应Ⅱ和反应Ⅰ相减后得反应：2H2(g)+O2(g)＝2H2O(g)
，但表示
H2摩尔燃烧热的热化学方程式中生成的水应为液态，则氢气的摩尔燃烧热不是‒241.8kJ•mol‒1，B 项错误；
C． 由题给信息可知，600K 以后甲醇的转化率接近100%，但甲醛的产率下降，可能是温度升高导致甲醛
发生热分解反应导致。C 项正确；
答案选B。
15．（24-25 高二上·山东菏泽·阶段检测）工业合成氨的化学方程式为
。
回答下列问题：
(1)反应达到平衡后，增大压强，平衡向 （填“正反应”或“逆反应”）方向移动。其他条件不变，
降低温度，平衡向正反应方向移动，则
（填“>”或“<”）0。
(2)若仅改变某一反应条件，反应速率（v）与时间（t）的关系如图所示。
①在
时刻曲线发生变化的原因是 （填字母）。
A．增大
的浓度 B．扩大容器体积 C．加入催化剂 D．升高温度
②改变条件后，
的平衡转化率 （填“增大”“减小”或“不变”）。
(3)某温度下在恒容密闭容器中充入
的
和
的
进行反应，达平衡时
的转化率
为
，则该温度下平衡常数
。
(4)目前，我国的合成氨厂一般采用的压强为
。采用该压强的理由是 。
【答案】(1) 正反应
(2) C 不变
(3)50
(4)压强太低，反应速率慢且不利于平衡正向移动，压强太高，会大大增加生产投资并可能降低综合经济效
益
【详解】（1）合成氨反应是气体体积减小的反应，则反应达到平衡后，增大压强，平衡向正反应方向移
动；其他条件不变，降低温度，平衡向正反应方向移动，说明该反应为焓变小于0 的放热反应，故答案为：
正反应；<。
（2）合成氨反应是气体体积减小的放热反应，改变反应物的浓度、反应温度和压强，均会产生正逆反应
速率差，平衡会发生移动，由图可知，在t1时刻条件改变的瞬间，正逆反应速率以相同倍数增大，平衡不
移动，所以曲线发生变化的原因是加入催化剂，故选C；
②使用催化剂，化学反应速率增大，但化学平衡不移动，氮气的转化率不变。
（3）由题意可知，反应达平衡时氮气的转化率为50%，则由方程式可知，平衡时氮气、氢气、氨气的浓度
分别为0.2mol/L-0.2mol/L×50%=0.1mol/L、0.5mol/L-0.2mol/L×50%×3=0.2mol/L、0.2mol/L×50%×2=0.2mol/L，
则反应的平衡常数
=50。
（4）合成氨反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，有利于增大氨气的产率，
但压强越大，对材料的强度和设备的制造要求越高、需要的动力也越大，生产成本越大，所以合成氨厂在
10MPa~30MPa 的压强范围内的原因是：压强太低，反应速率慢且不利于平衡正向移动，压强太高，会大大
增加生产投资并可能降低综合经济效益
1．在硫酸工业中，在催化剂条件下使
氧化为
：
。下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时
的转化率。下列说法正确的
是
温度
平衡时
的转化率
450
97.5
98.9
99.2
99.6
99.7
550
85.6
92.9
94.9
97.7
98.3
A．该反应在任何条件下均能自发进行
B．实际生产中，最适宜的条件是温度450℃、压强
C．使用催化剂可加快反应速率，提高
的平衡产率
D．为提高
的转化率，应适当充入过量的空气
【答案】D
【详解】A．反应
是气体体积减小的放热反应，
△S<0，△H <0，当△H-T△S<0 时，反应能自发进行，则温度过高，该反应可能不能自发进行，故A 错误；
B．由表格可知，450℃、压强
时，二氧化硫的转化率较高，当没有测定其它条件时二氧化硫的转化
率，不能确定实际生产中，最适宜的条件是温度450℃、压强
，故B 错误；
C．使用催化剂可加快反应速率，但平衡不移动，不能提高
的平衡产率，故C 错误；
D．充入过量的空气，平衡正向移动，
的转化率增大，故D 正确；
故选D。
2．目前工业上利用甲烷催化裂解生产不含一氧化碳和二氧化碳的清洁氢气。该过程多用铁、钴和镍等过
渡金属纳米催化剂：CH4(g)
C(s)＋2H2(g)，已知温度升高，甲烷的平衡转化率增大。下列有关说法不正
确的是（ ）
A．甲烷裂解属于吸热反应
B．在反应体系中加催化剂，反应速率增大
C．增大体系压强，不能提高甲烷的转化率
D．在1500℃以上时，甲烷的转化率很高，但几乎得不到炭黑，是因为在高温下该反应为放热反应
【答案】D
【分析】已知温度升高，甲烷的平衡转化率增大，故正反应为吸热反应，且反应物的气体量小于生成物的
气体量，故增大压强平衡向逆反应方向移动。根据此分析进行解答。
【详解】A．根据温度升高，甲烷的平衡转化率增大，知甲烷裂解属于吸热反应，故A 选项正确；
B．加入催化剂后反应的活化能降低，反应速率加快，故B 选项正确；
C.甲烷发生分解反应，反应后气体分子数增大，故增大压强平衡向逆反应方向移动，甲烷的转化率降低，
故C 选项正确；
D．根据温度升高，甲烷的平衡转化率增大，知甲烷裂解正反应属于吸热反应，故 D 选项错误。
故答案选D。
3．某工业生产中发生反应：
。下列有关该工业生产的说法正确的是
A．工业上合成M 时，一定采用高压条件，因为高压有利于M 的生成
B．若物质B 廉价易得，工业上一般采用加入过量的B 的方式来提高A 和B 的转化率
C．工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高
D．工业生产中使用催化剂可提高M 的日产量
【答案】D
【详解】A．虽然高压会使该平衡正向移动，但应综合各种因素采取合适的压强，并不一定要高压，故A
错误；
B．增加B 的量，可以提高A 的转化率，但B 的转化率会降低，故B 错误；
C．该反应的正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，反应物的转化率减小，故C 错误；
D．催化剂可以提高反应速率，单位时间内生成更多的M，提高M 的日产量，故D 正确；
故选D。
4．以丙烯、氨气和空气(空气中O2体积分数约为20%)为原料，在催化剂条件下生产丙烯腈(CH2CHCN)的过
程中会同时生成副产物丙烯醛，发生的主要反应如下：
C3H6(g)＋NH3(g)＋3/2O2(g)=CH2CHCN(g)＋3H2O(g)
C3H6(g)＋O2(g)=CH2CHCHO(g)＋H2O(g)
在恒压、460℃时，保持丙烯和氨气的总进料量和空气的进料量均不变，丙烯腈和丙烯醛的平衡产率随进
料气中n(氨气)/n(丙烯)的比值变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是
A．图中曲线a 表示丙烯腈的平衡产率随n(氨气)/n(丙烯)比值的变化
B．增大压强有利于提高反应速率和丙烯腈的平衡产率
C．使用合适的催化剂可以使丙烯腈的平衡产率达到100%
D．由图可知，原料氨气、丙烯和空气的理论最佳进料体积比为2 2 3
∶∶
【答案】A
【详解】A．氨气占比增加有利于丙烯腈的合成，据图可知当n(氨气)/n(丙烯)比值小于1 时，随着比值增大
a 曲线代表的物质平衡产率增加，所以a 为丙烯腈，A 正确；
B．合成丙烯腈的反应为气体系数之和增大的反应，增大压强不利于反应正向进行，B 错误；
C．可逆反应中反应物的转化率不可能达到100%，C 错误；
D．据图可知当n(氨气)/n(丙烯)比值为1 时，丙烯腈的平衡产率最大，丙烯醛的平衡产率最小，根据合成丙
烯腈的反应可知氧气的量为氨气的量的1.5 倍为最佳配比，而氧气占空气的20%，所以原料氨气、丙烯和
空气的理论最佳进料体积比为1:1:7.5，即2 2 15
∶∶
，D 错误；
综上所述答案为A。
5．合成氨反应达到平衡时，
的体积分数与温度、压强的关系如图所示，据此分析合成氨工业中最有
前途的研究方向是（ ）
A．提高分离技术
B．研制耐高压的合成塔
C．研制低温催化剂
D．探索不用
和
合成氨的新途径
【答案】C
【详解】由图可知，
随着温度的升高而显著下降，即在低温条件下，
的体积分数较高，但目
前所用催化剂——铁触媒的活性最大时的温度在500℃左右，故最有前途的研究方向是研制低温催化剂，
故答案选：C。
6．（22-23 高二上·陕西渭南·期中）下列有关合成氨工业的叙述，可用勒·夏特列原理来解释的是
A．使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨
B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应
C．500℃左右比室温更有利于合成氨的反应
D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率
【答案】B
【详解】A．催化剂不能使平衡移动，使用铁触媒，加快N2和H2合成氨的反应速率，不能可用勒·夏特列原
理来解释，故不选A；
B．合成氨正反应气体系数和减小，加压平衡正向移动，能可用勒·夏特列原理来解释高压比常压条件更有
利于合成氨，故选B；
C．合成氨反应放热，升高温度平衡逆向移动，不能可用勒·夏特列原理来解释500℃左右比室温更有利于
合成氨的反应，故不选C；
D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率，与平衡移动无关，不能可用勒·夏特列原理来解释，故
不选D；
选B。
7．合成氨所需的氢气可用煤和水作原料经多步反应制得，其中的一步反应为：CO（g）+H2O（g）
CO2
（g）+H2（g）△H＜0 反应达到平衡后，为提高CO 的转化率，下列措施中正确的是（ ）
A．增加压强
B．降低温度
C．增大CO 的浓度
D．更换催化剂
【答案】B
【详解】提高CO 的转化率可以让平衡正向进行即可。
A、增加压强，该平衡不会发生移动，故A 错误；
B、降低温度，化学平衡向着放热方向即正向进行，故B 正确；
C、增大CO 的浓度，化学平衡向着正方向进行，但是一氧化碳的转化率降低，故C 错误；D、催化剂不会
引起化学平衡的移动，故D 错误；
答案选B。
8．有平衡体系：N2(g)+3H2(g)
2NH3(g) ΔH<0，为了增加氨气的产量，应采用的正确措施是
A．高温、高压
B．适宜温度、高压、催化剂
C．低温、低压
D．高温、高压、催化剂
【答案】B
【详解】A．此反应为放热的反应，高温条件下使反应逆向进行，氨气的产率减小，故A 错误；
B．适宜的温度和催化剂，有利于反应速率增大，此反应为体积减小的反应，故高压下使反应正向移动，
故B 正确；
C．低压下，平衡逆向移动，不利于氨气的产出，故C 错误；
D．温度过高，使反应逆向进行，氨气的产率减小，故D 错误：
故选：B。
9．下面是合成氨的简要流程示意图：
沿X 路线回去的物质是（ ）
A．N2和H2
B．催化剂
C．N2
D．H2
【答案】A
【分析】根据合成氨工业中，利用氨易液化，分离出N2、H2循环使用，可使平衡向正反应方向移动，则氨
气的产率增大。
【详解】合成氨工业中，利用氨易液化，分离出N2、H2循环使用，可使平衡向正反应方向移动，则氨气的
产率增大，所以沿X 路线回去的物质是N2、H2，故选A．
10．（23-24 高二上·北京房山·期末）相同温度下，在三个密闭容器中分别进行反应：H2(g) + I2(g)
2HI(g)。达到化学平衡状态时，相关数据如下表。下列说法不正确的是
实
验
起始时各物质的浓度/
(mol·L-1 )
平衡时物质的浓度/
(mol·L-1 )
c(H2)
c(I2)
c(HI)
c(H2)
Ⅰ
0.01
0.01
0
0.008
Ⅱ
0.02
0.02
0
a
Ⅲ
0.02
0.02
0.04
A．该温度下，反应的平衡常数为0.25
B．实验Ⅱ达平衡时，a=0.016
C．实验Ⅲ开始时，反应向消耗H2的方向移动
D．达到化学平衡后，压缩三个容器的体积，平衡均不发生移动
【答案】C
【详解】A．由第I 组数据可知，达到平衡时，
=
=0.008mol/L，
=0.004mol/L，该温度下，反
应的平衡常数为
，A 正确；
B．反应条件为恒温恒容，实验Ⅱ相对于实验I 相当于加压，平衡不移动，则实验Ⅱ达平衡时，故
a=0.016，B 正确；
C．温度不变，平衡常数不变，实验Ⅲ开始时，浓度商
，故反应向逆反应方向，即生
成
的方向移动，C 错误；
D．该反应前后气体物质的量不变，压缩三个容器的体积加压，平衡不移动，D 正确；
故选C。
11．（24-25 高二上·山东淄博·阶段检测）下列事实中，能用勒夏特列原理解释的是
A．铁钉放入冷的浓
中，待不再变化后，加热能产生大量红棕色气体
B．工业制取钾
，选取合适的温度，使K 变成蒸气从体系逸出
C．合成氨（
）工业中，采用400~500℃的高温条件利于氨气的生成
D．
、
、
平衡混合气体加压后颜色变深
【答案】B
【详解】A．常温下Fe 和浓硝酸发生钝化，加热使铁表面的氧化物薄膜溶解，且在加热条件下铁和浓硝酸
发生氧化还原反应生成NO2，NO2呈红棕色，与化学平衡无关，不能用勒夏特列原理解释，故A 不符合题
意；
B．K 为气态，减小生成物的浓度可使平衡Na(l)+KCl(l)
K(g)+NaCl(l)
⇌
正向移动，能用勒夏特列原理解释，故
B 符合题意；
C．合成氨
是放热反应，降低温度有利于平衡正向移动，高温不利于平衡正向移动，采用400℃～
500℃的高温条件主要是因为催化剂活性此温度下最高，不能用勒夏特列原理解释，故C 不符合题意；
D．2HI(g)
H
⇌
2(g)+I2(g)，该反应的反应前后气体计量数之和不变，所以压强不影响平衡，由H2、I2蒸气、HI
组成的平衡体系加压后，增大平衡体系的压强即体系的体积减小碘蒸气浓度增大，颜色加深，与平衡移动
无关，所以不能用勒夏特列原理解释，故D 不符合题意；
故选B。
12．（24-25 高二上·山东青岛·阶段检测）设
为相对压力平衡常数，其表达式写法为在浓度平衡常数表
达式中，用气体的相对分压[等于其分压
除以
]代替浓度。反应
的
随温度
的变化如图所示，
时，将
(不参加反应)和
充入恒容密闭容器中发生
该反应，已知初始总压为
，达到平衡时
。下列说法正确的是
A．反应
的
B．
时，平衡体系中C 的体积分数为50%
C．
时，A 的平衡转化率为50%
D．
时，该反应用分压代替浓度计算所得平衡常数
【答案】C
【详解】A．由题图可得，随温度升高，
增大，说明
数值增大，升高温度，平衡正向移动，平衡常
数增大，说明该反应为吸热反应，A 错误；
B．由图可知，1000K 时
，即
，可得
，达到平衡时
，则
，平衡体系中C 的体积分数为
，B 错误；
C．根据同温同容压强之比等于物质的量之比，初始状态时
，平衡状态
，A 的平
衡转化率为
，C 正确；
D．由B 项可得，1000K 时，平衡时总压为
，B 是固体，
时A 的平衡转化率为50%，则平衡
时C 的物质的量为1mol，A 的物质的量为0.5mol，该反应用分压代替浓度所得平衡常数
，D 错误；
故选C。
13．（24-25 高二上·山东·期中）合成氨是人工固氮最重要的途径，反应为：
。回答下列问题：
(1)下列关于合成氨工艺的说法中，正确的是___________(填字母)。
A．控制温度远高于室温，是为了提高平衡转化率
B．原料气需经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生
C．不断将液氨移除，利于反应正向进行，同时提高逆反应速率
D．实际生产中，N2适度过量有利于提高H2的转化率，同时有利于提高整体反应速率
(2)为降低合成氨的能耗，我国科学家提出使用M-LiH 复合催化剂，催化效果如图1 所示，若一定压强下，
以相同的投料，350℃用Cr-LiH 作催化剂、500℃用Fe 作催化剂和350℃用Fe-LiH 作催化剂，氨气的产率随
时间变化如图2 所示，350℃用Cr-LiH 作催化剂的曲线是 (填“a”“b”或“c”)，理由是
。
(3)压强为20MPa 下，以
、
进料，反应达平衡时氮气的转化率与温度的关
系如图3 中曲线b 所示。
①若保持压强不变，以
、
、
进料，则平衡时氮气的转化率
与温度的关系是曲线 (填“a”或“c”)，判断依据是 。
②已知：反应
，
，其中
、
、
分别表
示
、
、
的分压。若保持压强不变，仍以
、
进料，达
平衡时NH3的物质的量分数为0.20，则该温度下，反应
平衡常数
(化为最简式)。
【答案】(1)BD
(2) b 350℃用
作催化剂的反应速率慢于350℃用
作催化剂的速率
(3) a 相同温度下，恒压充入稀有气体相当于分压减小，平衡逆向移动，
的转化率减小
【详解】（1）A．合成氨是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，氨气的产率降低，控制温度远
高于室温的目的是为了提高催化剂的活性，加快反应速率，A 错误；
B．制备的氮气中含有能与氢气加热发生爆炸的氧气，且原料气中含有能使催化剂中毒的杂质，所以实际
生产时原料气需经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生，B 正确；
C．不断将液氨移除，平衡正向移动，有利于反应反应正向进行，但体系中氨气的浓度减小，逆反应速率
降低，C 错误；
D．实际生产中，氮气适度过量，氮气的浓度增大，反应速率加快，平衡向正反应方向移动，有利于提高
氢气的转化率，D 正确；
故选BD；
（2）合成氨是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，氨气的产率降低，图2 中c 为500℃的曲线；
使用催化剂，反应速率加快，化学平衡不移动，由图1 可知，350℃用
作催化剂的反应速率慢于
350℃用
作催化剂的速率，所以图2 中曲线b 表示350℃用
作催化剂时氨气的产率随时间
变化；
（3）①若保持压强不变，以
、
、
进料，相当于减小压强，
平衡向逆反应方向移动，氮气的转化率减小，所以平衡时氮气的转化率与温度的关系是曲线a；
②设平衡时消耗氮气的物质的量为amol，由题意可建立如下三段式：
，由平衡时氨气的物质的量分数可得：
，解得
，则平衡时氮气、氢气和氨气的物质的量分数分别为0.2、0.6、0.2，反应的平衡常数为：
。
14．丙烯腈(CH2=CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛
(CH2=CHCHO)和乙腈(CH3CN)等，回答下列问题：
（1）以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程
式如下：
①C3H6(g)+NH3(g)+
O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g) ΔH =−515 kJ/mol
②C3H6(g)+O2(g)=C3H4O(g)+H2O(g) ΔH =−353 kJ/mol
两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是 ；有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是 ；
提高丙烯腈反应选择性的关键因素是 。
（2）图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应温度为460℃。低于460℃时，丙烯腈的产
率 (填“是”或者“不是”)对应温度下的平衡产率，判断理由是 ；高于460℃时，丙烯腈
产率降低的可能原因是 (双选，填标号)
A．催化剂活性降低 B．平衡常数变大
C．副反应增多 D．反应活化能增大
（3）丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知，最佳n(氨)/n(丙烯)约为
，理由是 。进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为 。
【答案】 两个反应均为放热量大的反应 降低温度、降低压强 催化剂 不是 该反
应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低 AC 1 该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙
烯醛产率最低 1：7.5：1
【分析】（1）依据热化学方程式方向可知，两个反应均放热量大，即反应物和生成物的能量差大，因此
热力学趋势大；有利于提高丙烯腈平衡产率需要改变条件使平衡正向进行，提高丙烯腈反应选择性的关键
因素是催化剂；
（2）因为该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低，即低于460℃时，对应温度下的平衡转化率
曲线应该是下降的，但实际曲线是上升的，因此判断低于460℃时，丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡
转化率；产率降低主要从产率的影响因素进行考虑；
（3）根据图象可知，当
约为1 时，该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低，根据化学
反应C3H6（g）+NH3（g）+
O2（g）=C3H3N（g）+3H2O（g），氨气、氧气、丙烯按1：1.5：1 的体积比加
入反应达到最佳状态，依据氧气在空气中约占20%计算条件比。
【详解】（1）因为两个反应均为放热量大的反应，所以热力学趋势大；该反应为气体分子数增大的放热
反应，所以降低温度、降低压强有利于提高丙烯腈的平衡产率；提高丙烯腈反应选择性的关键因素是催化
剂。
（2）因为该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低，反应刚开始进行，尚未达到平衡状态，
460℃以前是建立平衡的过程，所以低于460℃时，丙烯腈的产率不是对应温度下的平衡产率；高于460℃
时，丙烯腈产率降低，
A．催化剂在一定温度范围内活性较高，若温度过高，活性降低，正确；
B．平衡常数变大，对产率的影响是提高产率才对，错误；
C．根据题意，副产物有丙烯醛，副反应增多导致产率下降，正确；
D．反应活化能的大小不影响平衡，错误；
答案选AC。
（3）根据图象可知，当n（氨）/n（丙烯）约为1 时，该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最
低；根据化学反应C3H6(g)+NH3(g)+ 3/2O2(g)=C3H3N(g)+3H2O(g)，氨气、氧气、丙烯按1：1.5：1 的体积比加
入反应达到最佳状态，而空气中氧气约占20%，所以进料氨、空气、丙烯的理论体积约为1：7.5：1。
15．（24-25 高二上·山东青岛·阶段检测）羰基硫(COS)是一种粮食熏蒸剂，能防止某些害虫和真菌的危害。
在容积不变的密闭容器中，使CO 与H2S 发生下列反应并达到平衡：CO(g)+H2S(g)
COS(g)+H2(g) ΔH。
(1)已知有关化学键的键能如下表，则ΔH = 。
化学键
C≡O
H-S
C＝O
S＝C
H-H
键能kJ/mol
1072
339
745
493
436
(2)下列能说明该反应一定到达化学反应限度的是_______。
A．v 正(CO)=v 逆(H2)
B．总压强不再变化
C．容器内气体的密度不再变化
D．CO 和H2的物质的量之比不再变化
(3)若T1℃时，反应前CO 的物质的量为10mol，达到平衡时CO 的物质的量为8mol，且化学平衡常数为
0.1。
①达到平衡时H2S 的转化率为 （保留1 位小数）。
②达到平衡后，如果同时增加1mol CO 和1mol H2，平衡向 （填“正”或“逆”）反应方向移动。
(4)正、逆反应速率可表示为v 正=k 正•c(CO)•(H2S)，v 逆=k 逆•c(COS)•(H2)，（k 正、k 逆为速率常数，只与温度有
关）。T2℃时，在体积为1L 的容器中加入2mol CO 和2mol H2S 发生上述反应，测得CO 和H2物质的量浓度
随时间的变化如图所示。
①a 点时v 正∶v 逆= 。
②T1 T2（填“>”、“<”或“=”）。
【答案】(1)+76kJ·mol-1
(2)AD
(3) 28.6% 逆
(4) 16 ＜
【分析】(3)问中，根据化学平衡常数计算出H2S 的起始的物质的量，根据反应方程式可知其转化的物质的
量，进而可以求出其平衡转化率；平衡之后再改变某物质的物质的量，则是考核浓度商与平衡常数的大小
关系，进而判断反应进行的方向。
(4)分析图中物质浓度的变化趋势，计算平衡时反应的化学平衡常数，进而找出k 正和k 逆的数量关系，再进
行计算。
【详解】（1）ΔH=Σ(反应物键能)-Σ(生成物键能)=1072 kJ·mol-1+2×339 kJ·mol-1-(745+493+436) kJ·mol-1=+76 kJ·mol-1，答案
为：+76kJ·mol-1；
（2）A．CO、H2的计量系数之比为1:1，v 正(CO)=v 逆(H2)，能说明反应到达一定化学反应限度，A 项正确；
B．该反应是气体数量不变的反应，恒容条件下，总压强始终不变，不能说明反应到达一定化学反应限度，
B 项错误；
C．反应中的气体的质量不变，体积不变，密度始终不变，不能说明反应到达一定化学反应限度，C 项错误；
D．CO 的量减小，H2的量增加，CO 和H2的物质的量之比不再变化，可以说明反应到达一定化学反应限度，
D 项正确；
答案选AD；
（3）设反应前H2S 物质的量为amol，容器体积为VL，则根据反应方程式有：
K=
，解得a=7mol
①则达到平衡时H2S 的转化率为
，
②达到平衡后，如果同时增加1mol CO 和1mol H2，则Qc=
＞0.1，平衡逆向
移动。
答案为：28.6%；逆；
（4）分析CO 和H2物质的量浓度随时间的变化图，可知60min 时反应达到平衡状态，此时
c(CO)=0.4mol·L-1，c(H2)=1.6 mol·L-1，根据反应方程式有：
此时 K=
。
T2℃时，a 点c(CO)= c(H2)=1mol/L，根据反应方程式可知，c(COS)= c(H2S)=1mol/L，
；
②根据题给信息，T1℃时，K=0.1，T2℃时，K=16，K2＞K1，该反应为吸热反应，故T2＞T1。
答案为：16；＜。
