第12第12講化學反應的調控知識導航知識導航知識精講知識精講一、合成氨反應的原理分析工業合成氨是人類科學技術的一項重大突破，其反應如下：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol-1根據合成氨反應的特點，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？請填入下表。對合成氨反應的影響影響因素濃度溫度壓強催化劑增大合成氨的反應速率提高平衡混合物中氨的含量二、合成氨反應的數據分析下表的實驗數據是在不同溫度、壓強下，平衡混合物中氨的含量的變化情況(初始時氮氣和氫氣的體積比是1：3)。思考與交流：合成氨的反應，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？思考與交流：綜合上述兩個方面，分析增大合成氨的反應速率與提高平衡混合物中氨的含量所應采取的措施是否一致。在實際生產中到底選擇哪些適宜的條件呢?三、合成氨反應的條件調控工業合成氨的適宜條件壓強10～30MPa溫度400～500℃催化劑鐵觸媒濃度N2和H2的物質的量之比為1∶2.8的投料比，氨及時從混合氣中分離出去思考與交流（（1）工業上合成氨為什么不采用更高壓強？（2）工業上合成氨為什么不采用更高溫度？【答案】（1）壓強越大，對設備的要求越高、成本越高。（2）①合成氨反應為放熱反應，升高溫度，轉化率降低。②400～500℃催化劑活性最大，升高溫度，催化劑活性減弱甚至失活。四、調控化學反應需考慮的問題1．反應限度：要考慮盡量增大反應物的__________，充分利用原料。2．反應速率：要選擇較快的____________，提高單位時間內的產量。3．生產要求：要考慮設備的要求和技術條件。【答案】轉化率反應速率對點訓練題型一：合成氨的條件調控對點訓練【例1】在合成氨工業中，為增加NH3的日產量，下列操作與平衡移動無關的是（）A．不斷將氨分離出來B．使用催化劑C．采用500℃左右的高溫而不是700℃的高溫D．采用2×107～5×107Pa的壓強【答案】B【解析】把氨分離出來是減小生成物濃度，有利于平衡右移；合成氨反應是放熱反應，較低溫度利于反應向右進行，同時該反應是氣體物質的量減小的反應，盡可能采取高壓利于正反應，A、C、D都符合平衡移動原理，而使用催化劑僅是為增大反應速率，與平衡無關。【變1-2】（雙選）（2020·河北石家莊市·正定中學高二開學考試）2018年是合成氨工業先驅哈伯(P·Haber)獲得諾貝爾獎100周年。N2和H2生成NH3的反應為：N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH(298K)=-46.2kJ·mol-1。關于合成氨工藝的下列理解正確的是A．合成氨反應在不同溫度下的ΔH和ΔS都小于零B．控制溫度(773K)遠高于室溫，是為了保證盡可能高的平衡轉化率和快的反應速率C．當溫度、壓強一定時，在原料氣(N2和H2的比例不變)中添加少量惰性氣體，有利于提高平衡轉化率D．基于NH3有較強的分子間作用力可將其液化，不斷將液氨移去，利于反應正向進行【答案】AD【詳解】A．根據N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)ΔH(298K)=-46.2kJ·mol-1可知該反應ΔH小于零，該反應為氣體物質的量減小的反應，所以ΔS小于零，A正確；B．該反應ΔH(298K)=-46.2kJ·mol-1小于零，控制溫度(773K)遠高于室溫有利于平衡逆向移動，不能提高平衡轉化率，但是可以加快反應速率，B錯誤；C．當溫度、壓強一定時，在原料氣(N2和H2的比例不變)中添加少量惰性氣體，，容器體積增大，相當于減小壓強，平衡向逆向移動，降低平衡轉化率，C錯誤；D．NH3可以形成分子間氫鍵，有較強的分子間作用力可將其液化，不斷將液氨移去，利于反應正向進行，D正確；答案為：AD。【例2】合成氨工業對化學工業和國防工業具有重要意義。工業合成氨生產示意圖如圖所示。(1)X的化學式為________。(2)圖中條件選定的主要原因是________(填字母編號)。A．溫度、壓強對化學平衡的影響B．鐵觸媒在該溫度時活性大C．工業生產受動力、材料、設備等條件的限制(3)改變反應條件，會使平衡發生移動。如圖表示隨條件改變，氨氣的百分含量的變化趨勢。當橫坐標為壓強時，變化趨勢正確的是__________，當橫坐標為溫度時，變化趨勢正確的是________(填字母編號)。【答案】(1)NH3(2)B、C(3)ca【解析】(1)原料氣N2和H2經一定條件下的反應，生成的NH3(X)冷卻后從設備中分離出來，同時尾氣中含有的N2(Y)和H2(Y)進行循環利用。(2)溫度選擇在500℃并不是從化學平衡的影響分析的，而是因為催化劑在此溫度時活性大，而且還可以適當提高化學反應速率，壓強選擇20～50MPa是從化學平衡理論分析的，壓強越大，平衡向生成NH3的方向移動，但不能過大，因為壓強過大，對設備、材料的要求高，投資大，這樣就不經濟。(3)考查壓強、溫度對化學平衡的影響。題型二：化學反應的條件調控【例4】下列生活和生產中的做法或事實，與調控反應速率無關的是（）A．牛奶放在冰箱中冷藏B．使用加酶洗衣粉洗滌衣物C．汽車的橡膠輪胎中要添加抑制劑D．工業合成氨時，及時將氨氣液化分離【答案】D【詳解】A．牛奶放在冰箱中冷藏，降低了溫度，反應速率降低，A正確；B．使用加酶洗衣粉洗滌衣物，相當于使用了催化劑，加快反應速率，B正確；C．汽車的橡膠輪胎中要添加抑制劑是為了防止橡膠老化，延長壽命，降低了反應速率，C正確；D．工業合成氨時，及時將氨氣液化分離，是降低生成物濃度，使平衡正向進行，與速率無關，D錯誤；故選D。【例6】一種新型煤氣化燃燒集成制氫發生的主要反應如下：Ⅰ.Ⅱ.Ⅲ.Ⅳ.副反應：Ⅴ.Ⅵ.回答下列問題：（1）已知反應Ⅰ、Ⅱ的平衡常數、隨溫度的變化如圖1、圖2所示。①由反應Ⅴ和反應Ⅵ可知，_______；反應Ⅰ的_______(填“>”或“<”)0。②溫度小于800℃時，，原因是_______。③為提高反應Ⅱ中的轉化率，可采取的措施是_______(寫一條)。④T℃時，向密閉容器中充入1和3，只發生反應Ⅱ，此時該反應的平衡常數，的平衡轉化率為_______。（2）從環境保護角度分析，該制氫工藝中設計反應Ⅲ的優點是_______。（3）起始時在氣化爐中加入1C、2及1，在2.5下，氣體的組成與溫度的關系如圖3所示。①200~725℃時，的量不斷減少的原因是_______。②725~900℃時，的物質的量分數快速減小，其原因是_______。【答案】（1）>未達到自發進行的反應溫度增大75%（2）減少溫室氣體()的排放（3）反應Ⅴ和反應Ⅵ均為放熱反應，升高溫度平衡逆向移動開始分解，生成的與反應【分析】（1）①根據蓋斯定律：Ⅴ-Ⅵ可得：=-74.8+206.1=；反應Ⅰ的>0；②反應自發進行需要達到一定的溫度，溫度小于800℃時，，原因是未達到自發進行的反應溫度；③針對反應，該反應為氣體體積變化為0的反應，為提高反應Ⅱ中的轉化率，可采取的措施是增大水蒸氣濃度的方法達到目的；④Ⅱ.反應，設一氧化碳變化量為xmol，設容器的體積為1L，列三段式：平衡常數K==1，x=0.75mol，所以的平衡轉化率為75%；（2）根據反應可知，從環境保護角度分析，該制氫工藝中設計反應Ⅲ的優點是減少溫室氣體()的排放；（3）①反應Ⅴ和反應Ⅵ均為放熱反應，根據圖像分析可知，200~725℃時，的量不斷減少的原因是升高溫度平衡逆向移動；②725~900℃時，碳酸鈣發生分解，產生的二氧化碳與氫氣反應，氫氣的量減小，的物質的量分數快速減小。【例7】科學家在利用碳水化合物消除污染氣體和生成新能源方面取得重大成果。(1)①甲醇是一種綠色可再生能源，在高效健化劑的作用下，CH4可與NO2反應，消除NO2的污染，改善霧霾天氣，發生的反應為：CH4(g)+2NO2(g)?CO2(g)+2H2O(g)+N2(g)△H<0。該反應自發進行的條件為_______(填高溫、低溫或任何條件)。在恒溫恒容條件下，下列不能說明該反應達到平衡狀態的是_______(填序號)。a.v逆(NO2)=v正(H2O)b.混合氣體的密度不再變化c.混合氣體的平均摩爾質量不再變化d.單位時間內有4molC-H健斷裂的同時有4molO-H鍵形成e.混合氣體的壓強不變②如表是相同時間內處理NO2的量與溫度的關系，NO2的處理量先增大后減小的原因是_______。溫度/℃100200300400500NO2的處理量/%39.370.485.675.750.5(2)一定條件下，向2L恒容密閉容器中通入4molCH4、8molNO2發生上述反應。測得反應過程中NO2的體積分數在不同條件X下隨著時間的變化如圖1中曲線I、曲線II所示：①若X表示溫度，則X1、X2的相對大小是_______，a、b、c三點對應的混合氣體的平均相對分子質量的大小為_______(用a、b、c表示)②X1條件下，在t1~t3min內v(N2)_______(填“>”“<”或“=”)在t2~t3min內v(N2)，曲線I對應的反應的平衡常數K=_______，(用分數表示)(3)欲研究在某催化劑作用下該反應的反應速率與溫度的關系，在其他條件相同時，改變反應溫度，測得經過相同時間時該反應的正反應速率如圖2所示，A、B兩點對應溫度下正反應速率變化的原因可能是_______。A、B兩點對應溫度下該反應的活化能Ea(A)_______Ea(B)(填“>”或“<”)。【答案】高溫bd低于300℃時，反應未達到平衡，隨溫度升高反應速率加快，二氧化氮的處理量逐漸增大，高于300℃時，反應達到平衡，升高溫度，平衡逆向移動，二氧化氮的處理量減小X1>X2b<c<a=溫度過高時催化劑的催化活性降低＜【詳解】(1)①△G=△H-△(TS)＜0即可自發進行，由于△H＜0，△S＞0，故高溫下可自發；a．CH4(g)+2NO2(g)?CO2(g)+2H2O(g)+N2(g)恒溫恒容下若平衡v逆(NO2)=v正(NO2)=v正(H2O)，a正確；b．氣體的質量保持不變，恒容條件，混合氣體的密度一直不變，b錯誤；c．反應前后，物質的總的物質的量在變化，當混合氣體的平均摩爾質量不再變化，說明總的物質的量不變，達到平衡，c正確；d．無論是否達到平衡，單位時間內都有4molC-H健斷裂的同時有4molO-H鍵形成，d錯誤；e．在恒溫恒容下，壓強之比就等于物質的量之比，反應前后，物質的總的物質的量在變化，當混合氣體的壓強不變，說明總的物質的量不變，達到平衡，e正確；故選bd；②NO2的處理量先增大后減小的原因是低于300℃時，反應未達到平衡，隨溫度升高反應速率加快，二氧化氮的處理量逐漸增大，高于300℃時，反應達到平衡，升高溫度，平衡逆向移動，二氧化氮的處理量減小；(2)①該反應的正反應放熱，溫度越高，達到平衡所需時間越短，但不利于平衡向右移動，由題圖1知平衡時X1條件下NO2的體積分數較大，達到平衡所需要的時間較短，若X表示溫度，則X1>X2；a、b、c三點所對應的體系中消耗NO2的物質的量為b>c>a，該反應為氣體分子數增大的反應，消耗的NO2越多，混合氣體的物質的量之和越大，由質量守恒及M=m/n知混合氣體的物質的量之和越大，混合氣體的平均相對分子質量越小，故a、b、c三點對應的混合氣體的平均相對分子質量大小為b<c<a；②在X條件下，t1~t3min與t2~t3min內，反應均處于平衡狀態，N2的濃度變化值均為0，平均反應速率均為0。曲線I對應的反應達到平衡時，NO2的體積分數為40%，設達到平衡時NO2轉化了xmol·L-1，列出三段式：，，解得x=，由此可求出平衡常數K=；(3)由題圖2知，當溫度高于T1K時正反應速率反而降低了，其可能的原因是溫度過高時催化劑的催化活性降低，從而導致正反應速率下降；活化能越低，反應速率越快，A、B兩點對應溫度下該反應的活化能Ea(A)＜Ea(B)。【例8】二甲醚(DME)正逐漸替代化石燃料。有多種方法制備二甲醚，回答下列問題。(1)合成氣制二甲醚：4H2(g)＋2CO(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH＝-204.7kJ·mol-1①已知：H2O(g)＝H2O(l)ΔH＝-44.0kJ·mol-1，H2(g)的燃燒熱ΔH＝-285.8kJ·mol-1，CO(g)的燃燒熱ΔH＝-283.0kJ·mol-1。則二甲醚的燃燒熱ΔH＝________kJ·mol-1。②300℃，1L恒容密閉容器中充入4molH2和2molCO，測得容器內壓強變化如下：反應時間/min0510152025壓強/MPa12.410.28.47.06.26.2反應進行到20min時，H2的轉化率為________，CO的平均反應速率v(CO)＝________mol·L-1·min-1。該溫度下的平衡常數K＝________(mol·L)-4。(2)CO2催化加氫制二甲醚，可以實現CO2的再利用。該過程主要發生如下反應：Ⅰ．CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH＝＋41.7kJ·mol-1Ⅱ．2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)ΔH＝-122.5kJ·mol-1恒壓條件下，CO2、H2起始量相等時，CO2的平衡轉化率和CH3OCH3的選擇性隨溫度變化如圖。已知：CH3OCH3的選擇性①300℃時，通入CO2、H2各1mol，平衡時CH3OCH3的選擇性、CO2的平衡轉化率都為30％，平衡時生成CH3OCH3的物質的量＝________mol。溫度高于300℃，CO2的平衡轉化率隨溫度升高而上升的原因是________。②220℃時，CO2和H2反應一段時間后，測得A點CH3OCH3的選擇性為48％，不改變反應時間和溫度，一定能提高CH3OCH3的選擇性的措施有________。【答案】-1460.575%0.0753

0.045升高溫度，反應I正向進行，CO2的平衡轉化率上升；反應Ⅱ逆向進行,CO2的平衡轉化率下降，300℃后升溫，上升幅度大于下降幅度增大壓強、使用對反應Ⅱ催化活性更高的催化劑【詳解】(1)①(i)H2(g)的燃燒熱化學方程式為H2(g)＋O2(g)=H2O(l)ΔH＝-285.8kJ·mol-1，(ii)CO(g)的燃燒熱化學方程式為CO(g)＋O2(g)=CO2(g)ΔH＝-283.0kJ·mol-1，(iii)4H2(g)＋2CO(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH＝-204.7kJ·mol-1，(iv)H2O(g)＝H2O(l)ΔH＝-44.0kJ·mol-1，由蓋斯定律，反應4(i)+2(ii)-(iii)-(iv)得到二甲醚的燃燒熱化學方程式CH3OCH3(g)+3O2(g)=2CO2(g)+3H2O(l)ΔH＝[4×(-285.8)+2(-283.0)-(-204.7)-(-44.0)]kJ·mol-1=-1460.5kJ·mol-1；②從反應開始到20min時，設CO的濃度變化量是x，根據反應前后壓強之比等于物質的量之比，則，解得x=1.5mol/L；反應進行到20min時，H2的轉化率為，CO的平均反應速率v(CO)＝，平衡時，CO、H2、CH3OH的濃度分別為：0.5mol/L、1mol/L、1.5mol/L，該溫度下的平衡常數；(2)①300℃時CO2的平衡轉化率為30%，則消耗CO20.3mol，CH3OCH3的選擇性為30%，則生成CH3OCH3的物質的量為0.3×0.3mol÷2=0.045mol；根據圖中信息，溫度高于300℃時，CO2平衡轉化率隨溫度升高而上升的原因是反應Ⅰ是吸熱反應，反應向吸熱反應方向移動即正向移動，反應Ⅱ是放熱反應，升高溫度，平衡向吸熱反應方向移動即逆向移動，升高溫度，對反應Ⅱ的影響大于反應Ⅰ，因此CO2平衡轉化率隨溫度升高而上升；②提高CH3OCH3選擇性，即要使反應Ⅱ平衡正向移動，由題意得，反應Ⅰ是氣體體積不變的反應，而反應Ⅱ是氣體體積減小的反應，增大壓強，反應Ⅱ平衡正向移動，而對反應Ⅰ沒有影響，還可以選擇對反應Ⅱ催化活性更高的催化劑。提分特訓提分特訓【題1】下列生產、生活等實際應用，不能用勒夏特列原理解釋的是A．合成氨工業中，溫度越高越有利于氨的合成B．合成氨工業通常采用20MPa～50MPa壓強，以提高原料的利用率C．合成三氧化硫過程中使用過量的氧氣，以提高二氧化硫的轉化率D．實驗室中用排飽和食鹽水的方法收集氯氣【答案】A【詳解】A．由勒夏特列原理知：合成氨反應是放熱反應，溫度越高越不利于氨的合成，A符合；B．由勒夏特列原理知：增壓平衡朝著氣體分子總數減小的方向移動。則合成氨工業通常采用20MPa～50MPa壓強，以提高原料的利用率，B不符合；C．由勒夏特列原理知：增加氧氣等廉價反應物濃度，有利于平衡右移。則合成三氧化硫過程中使用過量的氧氣，以提高二氧化硫的轉化率，C不符合；D．氯氣和水反應生成鹽酸和次氯酸是可逆反應，由勒夏特列原理知：增大產物氯離子的濃度有利于平衡左移、抑制氯氣溶解，則實驗室中用排飽和食鹽水的方法收集氯氣，D不符合；答案選A。【題2】下列有關合成氨工業的說法中正確的是A．鐵作催化劑可加快反應速率，且有利于化學平衡向合成氨的方向移動B．升高溫度可以加快反應速率，且有利于化學平衡向合成氨的方向移動C．增大壓強能縮短到達平衡狀態所用的時間D．合成氨采用的壓強是1×107~3×107Pa，因為該壓強下鐵觸媒的活性最高【答案】C【詳解】A．使用催化劑只加快反應速率，對化學平衡移動沒有影響，故A說法錯誤；B．升高溫度，加快反應速率，合成氨為放熱反應，根據勒夏特列原理，升高溫度，化學平衡向逆反應方向移動，不利于合成氨，故B說法錯誤；C．合成氨N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，增大壓強，加快反應速率，縮短達到平衡狀態所用時間，故C說法正確；D．合成氨采用的壓強是1×107~3×107Pa，考慮對材料的強度和設備的制造要求，與鐵觸媒的活性無之間關系，故D說法錯誤；答案為D。【題3】熱催化合成氨面臨的兩難問題是：釆用高溫增大反應速率的同時會因平衡限制導致NH3產率降低。我國科研人員研制了Ti-H-Fe雙溫區催化劑(Ti-H區域和Fe區域的溫度差可超過100℃)。Ti-H-Fe雙溫區催化合成氨的反應歷程如圖所示，其中吸附在催化劑表面上的物種用*標注。下列說法正確的是A．①為氮氮三鍵的斷裂過程B．①②③在低溫區發生C．④為N原子由Fe區域向Ti-H區域的傳遞過程D．使用Ti-H-Fe雙溫區催化劑使合成氨反應轉變為吸熱反應【答案】C【詳解】A．經歷①過程之后氮氣分子被催化劑吸附，并沒有變成氮原子，因此不是氮氮三鍵斷裂的過程，A錯誤；B．①為催化劑吸附N2的過程，②為形成過渡態的過程，③為N2解離為N的過程，以上都需要在高溫時進行；④⑤在低溫區進行是為了增加平衡產率，B錯誤；C．由題中圖示可知，過程④完成了到兩種過渡態的轉化，N原子由Fe區域向區域傳遞，C正確；D．催化劑只能通過改變反應的活化能而改變反應速率，不能改變反應物、生成物的能量，因此不能改變反應的熱效應，故化學反應不會因加入催化劑而改變吸熱與放熱情況，D錯誤；故答案選C。【題4】工業合成氨是人工固氮的一種重要方式，氨的合成實現工業化生產迄今已有100多年歷史，合成氨技術是人類科學技術領域的重要突破。請回答：(1)下列有關獲取原料氣的說法正確的是___________。A．可通過液化空氣分離法得到氮氣B．可用煤、天然氣與水蒸氣反應制備水煤氣，進而獲取氫氣C．原料氣需經凈化處理以防催化劑中毒D．電解水法獲取氫氣是一種較為廉價且高效的方法(2)原料氣中的雜質氣體H2S可用過量氨水凈化吸收，寫出化學反應方程式___________。(3)工業生產中氮氣與氫氣按物質的量之比為1：2.8進行投料，合成塔壓強p恒定。若起始時氮氣通入量為xmol，一段時間后測得氮氣的平衡轉化率為80%，用平衡分壓代替平衡濃度表示平衡常數的KP=___________(用p表示，氣體分壓=總壓ⅹ物質的量分數)(4)據統計，每年全世界在合成氨工業中向外排放CO2高達40億噸，為循環使用CO2減少浪費，常見的方法是利用合成氨的產品NH3和副產品CO2合成尿素：①2NH3(g)+CO2(g)NH2COONH4(l)Ea1②NH2COONH4(l)CO(NH2)2(l)+H2O(l)Ea2副反應：NH2COONH4+H2O=(NH4)2CO3已知活化能大小：Ea1＜＜Ea2某科研小組模擬工業合成尿素生產，發現反應溫度在140℃時生成尿素的反應速率反而比80℃小，可能原因是___________。(5)工業合成尿素中，通常氨碳投料比大于2，請分析可能原因___________。A．氨易獲得，成本較低B．氨過剩可提高二氧化碳的轉化率，加快合成速率C．氨氣可與體系內水結合，減少氨基甲酸銨水解，抑制副反應發生D．氨結合水，促進反應②正向移動【答案】ABCH2S+2NH3?H2O=(NH4)2S+2H2O反應①活化能遠小于反應②，反應①很快達到平衡，升高溫度反應①逆向移動，氨基甲酸銨濃度減小，導致合成尿素速率減小，（若答：濃度效應大于溫度效應；氨基甲酸銨分解也給分；其他答案合理也可）BCD【詳解】(1)A氮氣的沸點低，故可以通過液化空氣分離法得到氮氣，故A對；B煤可以和水反應生成水煤氣，故B對；C原料氣需經凈化處理以防催化劑中毒，故C對；D電解水需要消耗過多能量，故不是廉價高效的方法，故D錯；故選ABC；(2)H2S與過量氨水反應的化學方程式為H2S+2NH3?H2O=(NH4)2S+2H2O；(3)；(4)反應①活化能遠小于反應②，反應①很快達到平衡，升高溫度反應①逆向移動，氨基甲酸銨濃度減小，導致合成尿素速率減小，（若答：濃度效應大于溫度效應；氨基甲酸銨分解也給分；其他答案合理也可）；(5)A氨不容易獲得，錯；B根據反應①，氨過量，可以提高二氧化碳的轉化率，濃度增大也能加快反應速率，對；C氨氣容易與水反應且易溶于水，較少副反應發生，對；D氨結合水以后，可以促進反應②正向移動，對；故選BCD。【題5】煙氣中SO2和NO的轉化和綜合利用既有利于節約資源，又有利于保護環境。（1）采用NaClO2溶液作為吸收劑可同時對煙氣進行脫硫、脫硝，在一定濃度的NaClO2溶液中通入含有SO2和NO的煙氣，反應溫度為323K。已知：4H++ClO=4ClO2+Cl-+2H2O；ClO2氧化性大于NaClO2。①寫出NaClO2溶液將NO氧化為NO的離子方程式：___________。②已知脫硫反應速率大于脫硝反應速率，原因是除了SO2和NO在煙氣中的初始濃度不同，還可能是___________。③當調節溶液初始pH由7升至12時，通入煙氣后，NO轉化率由100%降為51%，可能的原因是___________。（2）有氧條件下，NO在催化劑作用下可被NH3還原為N2。在釩基催化劑(V2O5)作用下的脫硝反應機理如圖1所示。①根據圖1機理，NO、NH3在有氧條件下的總化學方程式是___________。②按上述圖1中NH3、NO和O2的比例進行催化脫硝反應。相同反應時間，NH3和NO的轉化率與溫度的關系如圖2所示，200℃后，NO轉化率急劇下降的原因是___________。（3）羥基自由基(HO·)也可以用于脫硫脫硝。圖3表示光催化氧化技術可生成HO·：光照時，價帶失去電子產生有強氧化性的空穴，價帶上生成HO·；描述產生HO·的另一種過程：___________。【答案】（1）2H2O+3ClO+4NO=4NO+3Cl-+4H+溶解度較低或脫硝反應活化能較高堿性條件下會減少氧化性更強的ClO2產生，降低了NO轉化率（2）4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)超過200℃后，NH3與O2生成NO（3）光照時，電子從價帶躍遷至導帶，O2在導帶獲得電子生成H2O2或O，最終轉化為HO·【分析】（1）①NaClO2具有強氧化性，將NO氧化為NO的離子方程式：2H2O+3ClO+4NO=4NO+3Cl-+4H+；②二氧化硫能夠溶于水，而一氧化氮不溶于水，溶液中氣體的濃度越小，反應速率越慢；反應中反應活化能越大，反應速率越慢；因此脫硫反應速率大于脫硝反應速率，原因是除了SO2和NO在煙氣中的初始濃度不同，還可能是溶解度較低或脫硝反應活化能較高；③當調節溶液初始pH由7升至12時，溶液的堿性增強，4H++ClO=4ClO2+Cl-+2H2O反應產生的ClO2減小；通入煙氣后，NO轉化率由100%降為51%，可能的原因是堿性條件下會減少氧化性更強的ClO2產生，降低了NO轉化率；（2）①根據圖1機理，NO、NH3在有氧條件下，反應生成氮氣和水，總化學方程式是4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)；②按上述圖1中NH3、NO和O2的比例進行催化脫硝反應。相同反應時間，NH3和NO的轉化率與溫度的關系如圖2所示，200℃后，NO轉化率急劇下降的原因是NH3與O2生成NO；（3）由圖3分析可知，價帶上水轉化為自由基HO·，電極反應：H2O-e-=H++HO·，圖中HO·還有另外的產生途徑，光照時，電子從價帶躍遷至導帶，O2在導帶獲得電子生成H2O2或O，最終轉化為HO·。提分作業提分作業【練1】不符合工業合成氨生產實際的是A．鐵觸媒作催化劑 B．N2、H2循環使用C．NH3液化分離 D．反應在常壓下進行【答案】D【詳解】A.為加快反應速率，合成氨生產中常用鐵觸媒作催化劑，A正確；B.為提高原料利用率，合成氨生產中N2、H2循環使用，B正確；C.NH3液化分離降低生成物濃度有利于平衡正向進行，C正確；D.合成氨反應在常壓下不能進行，D錯誤；答案選D。【練2】在一定條件下，對于密閉容器中的反應：N2＋3H22NH3，下列說法正確的是()A．當氮氣和氫氣投料比(物質的量之比)為1∶3時，達到平衡時氨的體積分數最大B．增加鐵觸媒的接觸面積，不可能提高合成氨工廠的年產量C．達到平衡時，氫氣和氨氣的濃度比一定為3∶2D．分別用氮氣和氫氣來表示該反應的轉化率時，數值大小一定相同【答案】A【詳解】當氮氣和氫氣投料比為1∶3時，v(N2)∶v(H2)＝1∶3，兩種原料的轉化率相同，故達到平衡時氨的體積分數最大，A正確；增加鐵觸媒的接觸面積，加快反應速率，可以提高合成氨工廠的年產量，B錯誤；平衡時，物質的濃度關系取決起始量和轉化率，所以到平衡時，H2和NH3的濃度比不一定為3∶2，C錯誤；反應速率之比等于化學計量數之比，因化學計量數不同，則反應速率的數值不同，D錯誤。【練3】已知：=-60kJ·mol-1合成總反應在起始物時，在不同條件下達到平衡，設體系中甲醇的物質的量分數為，在t=250℃下的、在下的如圖所示。（1）加壓有利于提高甲醇的產率，但實際生產中壓強控制為30MPa而不是更大的原因___________；（2）圖中對應恒溫條件下反應過程的曲線是___________，判斷的理由是___________；（3）當=0.03時，的平衡轉化率=___________(保留一位小數)，由恒壓條件下的曲線判斷此時的反應溫度可能是___________℃。【答案】（1）壓強過大對設備要求過高，會增加生產成本（2）a正反應為氣體系數減小的反應，隨著壓強增大，平衡正向移動，x(CH3OH)增大（3）11.3%280【分析】該反應正反應為氣體系數減小，增大壓強平衡正向移動，甲醇的物質的量分數增大，對應曲線a；該反應正反應為放熱，升高溫度平衡逆向移動，甲醇的物質的量分數減小，對應曲線b。（1）壓強過大對設備要求過高，會增加生產成本，實際生產中壓強控制為30Mpa。（2）該反應是正反應為氣體系數減小的反應，隨著壓強增大，平衡正向移動，x(CH3OH)增大，由圖中曲線可知，a線符合這個趨勢。（3）設當=0.03時其生成了xmol，起始物，，依據題意有：=0.03，即，解得x=，的平衡轉化率；由恒壓條件下的曲線是曲線b，判斷此時的反應溫度可能是280℃。【練4】在氮及其化合物的化工生產中，對有關反應的反應原理進行研究有著重要意義。(1)t℃時，關于N2、NH3的兩個反應的信息如下表所示：化學反應正反應活化能逆反應活化能t℃時平衡常數N2(g)+O2(g)=2NO(g)?H＞0akJ?mol-1bJ?mol-1K14NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)?H＜0eJ?mol-1dJ?mol-1K2請寫出t℃時NH3被NO氧化生成無毒氣體的熱化學方程式_______(反應熱用a、b、e、d代數式表示)。t℃該反應的平衡常數為_______(用K1和K2表示)。請解釋該反應能否自發進行_______。(2)一定溫度下，將2molN2和6molH2置于1L的恒容密閉容器中發生如下反應：N2(g)+3H2(g)?2NH3(g)△H＜0。測得不同條件、不同時間段內合成氨反應中N2的轉化率，數據如下：1小時2小時3小時4小時T130%50%80%80%T235%60%ab①上表中T1_______T2(“＞”“＜”或“=”表示)，其中a、b、80%三者的大小關系是_______(用含“＞”“＜”或“=”的關系式表示)。②研究表明，合成氨的速率與相關物質的濃度關系為v=，k為速率常數。以下說法正確的是_______(填字母)A．升高溫度，k值增大B．T2℃時若容器內混合氣體平均相對分子質量為17且保持不變，則反應達到平衡狀態C．將原容器中的NH3及時分離出來可使v增大D．合成氨達到平衡后，增大c(N2)可使正反應速率在達到新平衡的過程中始終增大。③已知某溫度下該反應達平衡時各物質均為1mol，容器容積為1L，保持溫度和壓強不變，又充入3molN2后，平衡_______(填“向左移動”“向右移動”或“不移動”)。【答案】4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g)?H=(e-d-5a+5b)kJ·mol-1該反應?H＜0，?S＞0，所以?G＜0，可以自發進行＜a=b＜80%ABC不移動【詳解】(1)依題意可得：N2(g)+O2(g)=2NO(g)?H=(a-b)kJ?mol-1①4NH3(g)+5O2(g)=4NO(g)+6H2O(g)?H=(e-d)kJ?mol-1②利用蓋斯定律，將反應②-①×5，即得t℃時NH3被NO氧化生成無毒氣體的熱化學方程式為4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g)?H=(e-d-5a+5b)kJ·mol-1。t℃該反應的平衡常數為=。因為a＞b、e＜d，所以?H=(e-d-5a+5b)＜0，反應物的氣體分子數小于生成物的氣體分子數，該反應能自發進行，原因是該反應?H＜0，?S＞0，所以?G＜0，可以自發進行。答案為：4NH3(g)+6NO(g)=5N2(g)+6H2O(g)?H=(e-d-5a+5b)kJ·mol-1；；該反應?H＜0，?S＞0，所以?G＜0，可以自發進行；(2)①因為相同時間內，T2時反應物的轉化率大，則反應速率快，溫度高，所以上表中T1＜T2；由于正反應為放熱反應，溫度高時反應物的轉化率低，所以a、b、80%三者的大小關系是a=b＜80%。②A．升高溫度，反應速率加快，則v增大，所以k值增大，A正確；B．合成氨反應中混合氣的總質