【例1】（雙選）下列有關合成氨工業的敘述，不能用平衡移動原理來解釋的是A.使用鐵觸媒有利于合成氨的反應B.高壓比常壓更加有利于合成氨的反應C.500℃左右比室溫更有利于合成氨的反應D.使反應混合物中的氨液化有利于合成氨的反應【自主解答】選A、C。使用鐵觸媒，能同等程度的加快正逆反應的速率，但正逆反應速率仍相等，因而平衡不發生移動，只是可以縮短達到平衡所需的時間，不能用平衡移動原理來解釋。由于合成氨的正反應是一個氣體分子數減小的反應，所以增大壓強可以使平衡向著生成氨的方向移動，可以用平衡移動原理解釋。合成氨反應是放熱反應，低溫雖然可以提高氨氣的產量，但是反應速率太慢，而溫度太高雖能加快反應速率，但卻使平衡混合物中氨氣的含量降低，因此工業生產一般采用適宜的溫度，既能加快反應速率又能適當維持平衡混合物中氨氣的含量，500℃左右鐵觸媒的活性最高，因此此選項不能用平衡移動原理來解釋。將生成物氨氣液化分離，降低了生成物的濃度，將使平衡向生成氨的方向移動，有利于氨的生成，可以用平衡移動原理來解釋。【變式訓練】合成氨的反應為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH＜0，在合成氨工業生產中應采取的適宜條件是（）A.低溫、高壓、催化劑B.高溫、高壓C.盡可能的高溫、高壓D.適宜的溫度、高壓、催化劑【解析】選D。根據合成氨的反應特點以及工業上合成氨的具體要求綜合考慮答案選D。【例2】（2010·長沙高二檢測）在硫酸工業中，通過下列反應使SO2氧化成SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=－198kJ·mol-1。下表為不同溫度和壓強下SO2的轉化率（%）（1）從理論上分析，為了使二氧化硫盡可能轉化為三氧化硫，可控制的條件是_____。（2）實際生產中，選定400～500℃作為操作溫度其原因是_____。（3）實際生產中，采用的壓強為常壓，其原因是___。（4）在生產中，通入過量空氣的目的是___________。（5）尾氣中有SO2必須回收是為了________________。【思路點撥】解答本題時要注意以下三點：【自主解答】（1）觀察反應的特點可以得出要想使平衡正向移動，可以采取的措施為低溫、高壓。（2）由于400～500℃是較高溫度，而升高溫度雖然會使反應速率加快，但是通過上表分析對生成物的產率影響不大，所以主要原因是此溫度時催化劑的活性最大。（3）因為在常壓下400～500℃時SO2的轉化率已經很高了，若再加壓，對設備及動力系統要求高，加大了成本和能量消耗，故采用常壓。（4）增大氧氣的濃度，相當于增大了反應物的濃度，使平衡向生成SO3的方向移動，提高二氧化硫的轉化率。（5）尾氣是一種污染性氣體，所以在反應結束后需對其進行尾氣處理，以減少對環境的污染。答案：(1)低溫，高壓(2)該溫度是催化劑的活性溫度，選擇此溫度可提高反應速率，縮短反應達到平衡所需要的時間(3)因為在常壓下400～500℃時SO2的轉化率已經很高了，若再加壓，對設備及動力系統要求高，加大了成本和能量消耗，不適宜(4)增大氧氣的濃度，使平衡向生成SO3的方向移動，提高二氧化硫的轉化率(5)減少對環境的污染1.（2010·龍巖高二檢測）合成氨工業中，常加熱到700K左右的溫度，理由是（）①適當提高合成氨的反應速率②提高氫氣轉化率③提高氨的產率④催化劑在700K時活性最大A.①B.①②C.②③④D.①④【解析】選D。從平衡的角度，溫度越低，越有利于合成氨，使反應正向移動，從而提高氨的產率，但溫度越低，反應速率越小，且催化劑活性差。故工業合成氨選擇700K主要考慮在產率不太低的情況下提高速率和催化劑活性。2.對于合成氨工業，只從提高合成氨反應速率的方面來看，從下列條件中選擇最適宜的組合是（）①高溫②低溫③低壓④高壓⑤催化劑⑥加氨⑦除氨A.②④⑤⑦B.②③④⑦C.①④⑤⑦D.②③⑤⑥【解析】選C。本題考查的是從反應速率的角度分析合成氨的適宜條件，首先高溫高壓催化劑均可以加快合成氨的反應速率，關鍵是加氨還是除氨對反應速率如何影響，可以從合成氨的速率方程式來進行分析，由速率方程v=kc（N2）c1.5（H2）c-1（NH3）可知，速率與氨的濃度的1次方呈反比關系，所以在反應過程中，隨著氨氣濃度的增加反應速率會逐漸降低，因此為了保證足夠高的反應速率，應該適時將氨從混合物中分離出來。故答案選C。3.某條件下合成氨達平衡時氨的體積分數為25%，若反應前后條件保持不變，則反應后縮小的氣體體積與原反應物體積的比是（）A．1/5B.1/4C.1/3D.1/2【解析】選A。通過假設反應前N2、H2的物質的量，結合反應過程中轉化率與化學方程式中系數的關系，列方程求算。設起始時H2的物質的量為a,N2的物質的量為b，平衡時NH3為x，則3H2+N22NH3起始時：ab0平衡后：a-3x/2b-x/2x依題意可得方程：x/[(a-3x/2)+(b-x/2)+x]=25%則可求得x=1/5（a+b）減小的體積與原體積的比值為x/（a+b）=1/5。4.（2010·金華十校聯考）在密閉容器中，反應X2(g)+Y2(g)2XY（g）ΔH＜0，達到甲平衡。在僅改變某一條件后，達到乙平衡，對此過程的分析正確的是（）A.圖Ⅰ是加入適當催化劑的變化情況B.圖Ⅱ是擴大容器體積的變化情況C.圖Ⅲ是增大壓強的變化情況D.圖Ⅲ是升高溫度的變化情況【解析】選D。選項A，加入催化劑只是同等程度的改變正逆反應速率，對平衡無影響，A錯；選項B，由于反應前后氣體分子數沒有變化，所以改變壓強對平衡無影響，但是擴大容積，反應物濃度減小，反應速率應該降低，B錯；選項C，反應前后氣體分子數沒有變化，增大壓強對XY的百分含量無影響，C錯；選項D，該反應是放熱反應，升高溫度，反應速率加快，先達到平衡，但是平衡逆向移動，根據圖示此選項正確，D正確。5.工業上合成氨是在一定條件下進行如下反應：N2（g）+3H2（g）2NH3（g）ΔH=-92.2kJ·mol-1，其部分工藝流程如圖所示：反應體系中各組分的部分性質見下表（1）寫出該反應的化學平衡常數表達式：K=_____。隨著溫度升高，K值_____（填“增大”、“減小”或“不變”）。（2）平衡常數K值越大，表明_____（填字母）。A.其他條件相同時N2的轉化率越高B.其他條件相同時NH3的產率越大C.原料中N2的含量越高D.化學反應速率越快（3）從平衡移動的角度分析合成氨的適宜條件為__________。實際工業生產中采用的條件是__________。（4）在工業上采取氣體循環的流程，即反應后通過把混合氣體的溫度降低到_____使_____分離出來；繼續循環的氣體是_____，此種做法的優點__________。（5）實際工業生產合成氨時，考慮濃度對化學平衡的影響，還采取了一些措施。請寫出其中的一個措施：___________________________________________。【解析】（1）由方程式N2（g）+3H2（g）2NH3（g）不難寫出：，此反應ΔH<0，說明正反應為放熱反應，升高溫度平衡向吸熱方向移動，即向左移動，［NH3］減小，［N2］和［H2］增大，故K減小。（2）平衡常數K值越大，說明［NH3］越大，［N2］和［H2］越小，說明反應進行的程度大，故其他條件相同時N2的轉化率就越高，NH3的產率就越大。（注：產率是指實際產生的NH3與理論產生的NH3的物質的量之比）。（3）合成氨的反應特點為放熱、氣體體積減小的反應，故增大壓強和降低溫度均會使平衡右移，故從平衡角度看適宜條件為低溫、高壓，但實際生產中還要考慮反應速率和設備條件，故生產條件一般為700K，1×107～1×108Pa。（4）根據氣體的熔、沸點可知，氨氣容易液化，使其分離可使平衡正向移動，剩余N2和H2循環使用，以提高N2和H2的利用率。（5）實際生產中從濃度角度考慮，可增大便宜原料濃度或及時移走生成物，均可提高轉化率。答案：（1）減小（2）A、B（3）低溫、高壓700K，1×107Pa～1×108Pa（4）-33.42℃氨N2和H2

提高N2和H2的利用率（5）加入過量的N2（或及時從平衡混合物中移走NH3）A組（30分鐘50分）一、選擇題（本題包括4小題，每小題6分，共24分）1.（雙選）下列有關工業合成氨的敘述中正確的是（）A.溫度升高，不利于提高合成氨的反應速率B.工業上選擇合適的條件，可以使氮氣全部轉化為氨C.合成氨反應化學平衡的移動受到溫度、反應物濃度、壓強等因素的影響D.使用鐵觸媒，可以使氮氣和氫氣化合的速率明顯加快【解析】選C、D。A項說法是完全錯誤的，溫度升高，化學反應速率加快，從提高反應速率角度來說，合成氨是溫度越高越好，但溫度越高氮的轉化率越低，因此選擇700K左右的溫度是綜合反應速率、化學平衡和催化劑的活化溫度三方面考慮的。B項說法也是完全錯誤的，任何可逆反應都是有限度的，無論選擇怎樣適宜的條件，氮氣也不會完全轉化為氨。C項，降低溫度有利于平衡向生成氨的方向移動；增大反應物濃度，減小生成物濃度，有利于平衡向生成氨的方向移動，工業生產上就是不斷地向合成塔中送入高濃度的氮氫混合氣，并不斷地將生成的氨分離出去；壓強越大越有利于平衡向生成氨的方向移動，但增大壓強要受到設備的制約。D項，使用催化劑可以顯著提高化學反應速率，應注意催化劑的活化溫度，因其是催化劑最能發揮催化作用的溫度，鐵觸媒的活化溫度為700K左右。2.完全相同的兩個容器A和B，已知A裝有SO2和O2各1g，B中裝有SO2和O2各2g，在相同溫度下達到平衡，設A中SO2的轉化率為a%，B中SO2的轉化率為b%，則A、B兩個容器中SO2的轉化率的關系是（）A.a%>b%B.a%=b%C.a%<b%D.無法確定【解析】選C。從圖中可以看出Ⅰ和Ⅱ屬等效平衡,Ⅱ變到Ⅲ需加壓,平衡向正反應方向移動,所以,a%<b%3.反應：A(氣)+3B(氣)2C(氣)ΔH＜0達平衡后，將氣體混合物的溫度降低，下列敘述中正確的是（）A.正反應速率加大，逆反應速率變小，平衡向正反應方向移動B.正反應速率變小，逆反應速率加大，平衡向逆反應方向移動C.正反應速率和逆反應速率都變小，平衡向正反應方向移動D.正反應速率和逆反應速率都變小，平衡向逆反應方向移動【解析】選C。若達到平衡后降低溫度，則對正逆反應速率來說均減小，由于此反應是放熱反應，所以平衡正向移動，答案選C。4.（雙選）（2010·江蘇高考）在溫度、容積相同的3個密閉容器中，按不同方式投入反應物，保持恒溫、恒容，測得反應達到平衡時的有關數據如下（已知N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.2kJ·mol-1)下列說法正確的是（）A．2c1>c3B．a+b=92.2C．2p2<p3D．a1+a3<1【解析】選B、D。A項，甲和乙為等效平衡，c1=c2，丙可以看成是兩個乙合并，并將容積壓縮成一半而得，壓縮有利于N2和H2合成NH3，所以c3>2c2，又c1=c2，所以A項錯；B項，N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.2kJ·mol-1，1molN2和3molH2的能量比2

molNH3高92.2kJ，甲和乙為等效平衡，它們的平衡狀態相同，它們的平衡狀態是三種氣體共存，能量比1molN2和3molH2的能量低akJ，比2molNH3能量高bkJ，所以a+b=92.2，B項正確；C項，丙可以看成是兩個乙合并，并將容積壓縮成一半而得，壓縮有利于N2和H2合成NH3，氣體的量減小，壓強減小，所以2p2>p3，C項錯；D項，設想一個實驗丁，其反應物投入量為甲的兩倍，其他條件與甲相同，丁的反應物轉化率記為a4，丁可以看成是兩個甲合并，并將容積壓縮成一半而得，壓縮有利于N2和H2合成NH3，所以a4>a1，丁與丙為等效平衡，a4+a3=1，所以a1+a3<1，D項正確。二、非選擇題（本題包括2小題，共26分）5.（10分）一定溫度下，向某密閉容器中充入1molN2和3molH2,使之反應合成NH3，平衡后，測得NH3的體積分數為m，若溫度不變，只改變起始加入量，使之重新達到平衡后，NH3的體積分數仍為m。若用x、y、z表示N2、H2和NH3起始加入的物質的量，則應滿足：(1)溫度、體積恒定時，若x=0,y=0,則z=_____。(2)溫度體積恒定時，若x=0.75mol,則y=_____。z=_____。溫度壓強恒定時，若x=0.75mol,則y=_____，z應滿足_____。(3)溫度、壓強恒定時，x、y、z應滿足的關系是：_________。【解析】此題考查等效平衡理論的具體應用。（1）當溫度、體積恒定時，由于合成氨反應是一個氣體分子數有變化的反應，所以要想和原平衡是等效平衡只能是加入的物質轉化后和原來加入的物質的量相等。根據以上分析所以加入的氨氣的物質的量為2mol。（2）根據以上分析，則將氨氣完全轉化成N2和H2，

N2+3H22NH3原反應：1mol3mol現反應：0.75molyz轉化：1/2z3/2zz所以0.75mol+1/2z=1moly+3/2z=3mol解得：z=0.5moly=2.25mol溫度壓強恒定時，根據等效平衡理論，可知只要保證投料比相同即可，即解得y=2.25z≥0。（3）溫度壓強恒定時，根據等效平衡理論，可知只要保證把加入的物質都轉化成氮氣和氫氣與原來加入的氮氣與氫氣的體積比相等就可以，根據條件可知只需滿足x∶y=1∶3z≥0即可。答案：(1)2mol(2)2.25mol0.5mol2.25molz≥0(3)x∶y=1∶3，z≥06.（16分）科學家一直致力于“人工固氮”的新方法研究。目前合成氨技術原理為：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.2kJ·mol-1。（1）673K，30MPa下，上述合成氨反應中n（NH3）和n（H2）隨時間變化的關系如圖所示。下列敘述正確的是___________。A.點a的正反應速率比點b的大B.點c處反應達到平衡C.點d和點e處的n（N2）相同D.773K，30MPa下，t2時刻也是該反應的平衡點，則n（NH3）比圖中e點的值大（2）在容積為2.0L恒容的密閉容器中充入0.80molN2(g)和1.60molH2(g),反應在673K、30MPa下進行，達到平衡時,NH3的體積分數為20%。該條件下反應N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的平衡常數K=_____。【解析】（1）a、b兩點均未達到平衡，正反應速率大于逆反應速率，且正反應速率逐漸減小，逆反應速率逐漸增大，則點a的正反應速率比點b的大；點c處，c（H2）=c（NH3），相等并不是不變，此點未達到平衡；點d（t1時刻）和點e（t2時刻）處都是處在平衡狀態，n（N2）或c（N2）不變；溫度升高，合成氨的可逆反應平衡逆向移動，n（H2）或c（H2）增大，n（NH3）減小。（2）設在反應過程中N2的物質的量的變化為x。

3H2+N22NH3起始/mol1.600.800轉化/mol3xx2x平衡/mol1.60-3x0.80-x2x答案：（1）A、C（2）（或1.07mol-2·L2或1.1mol-2·L2)B組氨是最重要的氮肥，是產量最大的化工產品之一。德國人哈伯在1905年發明了合成氨的方法，其合成原理為：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92.2kJ/mol，他因此獲得了1918年諾貝爾化學獎。試回答下列問題：（1）合成氨工業中采取的下列措施可用勒·夏特列原理解釋的是_____（填字母）。A.采用較高壓強（20～50MPa）B.采用500℃的高溫C.用鐵觸媒作催化劑D.將生成的氨液化并及時從體系中分離出來，N2和H2循環到合成塔中并補充N2和H2（2）在一定溫度下，將1molN2和3molH2混合氣體充入一容積不變的密閉容器中，發生如下反應：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)；保持溫度不變，反應達到平衡時，容器中氣體壓強為起始時的，平衡狀態記為P。則：(ａ)平衡時容器中NH3的體積分數是_____。(ｂ)若保持溫度不變，開始時向容器中加入amolN2、bmolH2和cmolNH3，要使反應向逆反應方向進行，且達到平衡后各氣體的物質的量與原平衡狀態P相同，則起始時，c的取值范圍是_____。【解析】（1）勒·夏特列原理即為平衡移動原理，可以解釋的是與化學平衡有關的問題，根據題意可得答案選A、D。（2）（a）N2(g)+3H2(g)2NH3(g)起始（mol）：130轉化（mol）：x3x2x平衡（mol）：1-x3-3x2x（b）N2(g)+3H2(g)2NH3(g)平衡（mol）：0.61.80.8起始1（mol）：130起始2（mol）：002根據以上計算可得：0.8＜c≤2答案：（1）A、D（2）(a)25%(b)0.8<c≤2

科學家一直致力于研究常溫、常壓下“人工固氮”的新方法。曾有實驗報道：在常溫、常壓、光照條件下，N2在催化劑（摻有少量Fe2O3的TiO2）表面與水發生反應，生成的主要產物為NH3。進一步研究NH3