周测5 化学反应的方向与调控（含解析）
周测5 化学反应的方向与调控
(时间：60分钟 分值：100分)
一、选择题(本题共12小题，每小题5分，共60分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1．下列说法错误的是( )
A．1 mol H2O在不同状态时的熵值：S[H2O(s)]
C．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH>0，反应能否自发进行与温度有关
D．常温下反应2Na2SO3(s)＋O2(g)===2Na2SO4(s)能自发进行，则ΔH<0
2．(2023·江苏吴江汾湖高级中学月考)合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大突破，其反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。下列有关说法正确的是( )
A．在合成氨中，为增大H2的转化率，充入的N2越多越好
B．恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成
C．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在低温时可自发进行
D．将产生的氨气分离出去，可以增大正反应速率，同时提高反应物转化率
3．在298 K和100 kPa压力下，已知金刚石和石墨的熵、燃烧热和密度分别如表所示：
物质 S/(J·K－1· mol－1) ΔH/(kJ·mol－1) ρ/(kg·m－3)
C(金刚石) ＋2.4 －395.40 3 513
C(石墨) ＋5.7 －393.51 2 260
此条件下，对于反应C(s，石墨)===C(s，金刚石)，下列说法正确的是( )
A．该反应的ΔH＜0，ΔS＜0
B．由公式ΔG＝ΔH－TΔS可知，该反应的ΔG＝＋985.29 kJ·mol－1
C．金刚石比石墨稳定
D．超高压条件下，石墨有可能变为金刚石
4．下列说法不正确的是( )
A．非自发的反应一定可以通过改变条件使其成为自发反应
B．相同物质的量的同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小
C．反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH＜0
D．恒温恒压下，ΔH＜0且ΔS＞0的反应正向能自发进行
5．(2023·天津一中月考)如图所示为工业合成氨的流程图。有关说法不正确的是( )
A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒
B．产品液氨除可用于生产化肥外，还可用作制冷剂
C．步骤③④⑤均有利于提高原料的转化率
D．步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以加快反应速率
6．工业合成氨的正反应是放热反应，下列关于反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的图像中，错误的是( )
7．(2023·福州高级中学高二期末)中国科学家在合成氨[N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0]反应机理的研究中取得了重大进展，首次报道了LiH-3d过渡金属这一复合催化剂体系，并提出了“氮转移”催化机理(如图所示)。下列说法不正确的是( )
A．转化过程中有极性键的形成
B．复合催化剂降低了反应的活化能
C．复合催化剂能降低合成氨反应的焓变
D．低温下合成氨，能提高原料的平衡转化率
8．以下化学平衡原理的应用正确的是( )
A．工业生产SO3的反应是2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH<0，实际生产采用的是高压低温的生产条件
B．关节滑液由于形成尿酸钠晶体：Ur－(aq)＋Na＋(aq) NaUr(s，尿酸钠) ΔH<0而引发关节炎，治疗的做法是采用冷敷
C．CO中毒是因为CO吸入肺中发生反应：CO＋HbO2(氧合血红蛋白)??O2＋HbCO(碳氧血红蛋白)，治疗的做法是把病人放入高压氧舱
D．自来水厂用液氯进行自来水的消毒时会加入少量液氨，发生以下反应，生成比HClO稳定的NH2Cl：NH3＋HClOH2O＋NH2Cl，目的是降低HClO的毒性
9．一定条件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g) CH2==CH2(g)＋4H2O(g)，已知温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图所示，下列说法中不正确的是( )
A．该反应的逆反应为吸热反应
B．平衡常数：KM ＞KN
C．生成乙烯的速率：v(N)一定大于v(M)
D．当温度高于250 ℃，升高温度，催化剂的催化效率降低
10．工业上可在高纯度氨气下，通过球磨氢化锂的方式合成高纯度的储氢材料氨基锂，该过程中发生反应：LiH(s)＋NH3(g) LiNH2(s)＋H2(g)。在NH3分压为0.3 MPa下LiNH2的相对纯度随球磨时间的变化情况如图所示。下列说法正确的是( )
A．增大压强可以提高原料的利用率
B．若平衡时混合气体中H2的物质的量分数为60%，则该反应的平衡常数K＝1.5
C．工业生产中，在NH3分压为0.3 MPa下合成LiNH2的球磨时间越长越好
D．投入定量的反应物，平衡时混合气体的平均摩尔质量越大，LiNH2的相对纯度越高
11．工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯(HCOOCH3)：CH3OH(g)＋CO(g) HCOOCH3(g)。在容积固定的密闭容器中，投入等物质的量CH3OH和CO，测得相同时间内CO的转化率随温度的变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A．增大压强，CH3OH的转化率增大
B．b点反应速率v正＝v逆
C．平衡常数K(75 ℃)>K(85 ℃)，反应速率vb
12．一定条件下，合成氨反应为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)。图1表示在此反应过程中的能量变化，图2表示在2 L的密闭容器中反应时N2的物质的量随时间的变化曲线，图3表示在其他条件不变的情况下，改变起始物氢气的物质的量对此反应平衡的影响，下列说法正确的是( )
A．升高温度，该反应的平衡常数增大
B．由图2信息，10 min内该反应的平均速率v(H2)＝0.09 mol·L－1·min－1
C．由图2信息，从11 min起其他条件不变，压缩容器的容积，则n(N2)的变化曲线为d
D．图3中温度T1
13．(12分，每空3分)N2和H2生成NH3的反应为N2(g)＋H2(g) NH3(g) ΔH＝－46.2 kJ·mol－1，在Fe催化剂作用下的反应历程如下(*表示吸附态)：
化学吸附：N2(g)―→2N*，H2(g)―→2H*；
表面反应：N*＋H*NH*，NH*＋H*NH，NH＋H*NH；
脱附：NHNH3(g)。
其中N2的吸附分解所需活化能最高，速率最慢，决定了合成氨的整体反应速率。请回答下列问题：
(1)有利于提高平衡混合物中氨含量的条件有________(填字母)。
A．低温 B．高温 C．低压 D．高压
E．催化剂
(2)实际生产中，常用Fe作催化剂，控制温度700 K左右，压强10～30 MPa，原料气中N2和H2物质的量之比为1∶2.8。分析说明原料气中N2适度过量的两个理由：__________________；__________________。
(3)下列关于合成氨反应的理解正确的是________(填字母)。
A．工业上合成氨反应在不同温度下的ΔS都小于0
B．当温度、压强一定时，向合成氨平衡体系中添加少量惰性气体，平衡正向移动
C．原料气要经过净化处理，防止催化剂“中毒”
14．(12分，每空3分)丙烯是制备聚丙烯的单体，在催化剂作用下，可由丙烷直接脱氢或氧化脱氢制得。
反应Ⅰ(直接脱氢)：
C3H8(g) C3H6(g)＋H2(g) ΔH1
反应Ⅱ(氧化脱氢)：
2C3H8(g)＋O2(g) 2C3H6(g)＋2H2O(g) ΔH2＝－236 kJ·mol－1
已知：2H2(g)＋O2(g) 2H2O(g) ΔH3＝－484 kJ·mol－1
(1)ΔH1＝________kJ·mol－1。
(2)向某容器中仅通入C3H8(g)，发生反应Ⅰ，达到平衡后，下列措施能提高C3H6(g)的平衡产率的有________(填字母)。
A．恒压下，充入惰性气体
B．加入高效催化剂
C．恒容下，充入C3H8
D．适当升高温度
(3)向某恒压密闭容器中通入C3H8(g)和N2(g)的混合气体(N2不参与反应)，发生反应Ⅰ，反应起始时气体的总压强为100 kPa。在温度为T1 ℃时，C3H8(g)的平衡转化率与通入的混合气体中C3H8(g)的物质的量分数的关系如图所示。
①C3H8的平衡转化率随起始通入C3H8的物质的量分数增大而减小，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②T1 ℃时，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝________kPa(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数，保留一位小数)。
15．(16分)[2022·辽宁，18(1)(2)(3)(4)(5)]工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1 ΔS＝－200 J·K－1·mol－1。
回答下列问题：
(1)合成氨反应在常温下__________(填“能”或“不能”)自发。
(2)__________温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率，__________温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用400～500 ℃。
针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。
(3)(3分)方案一：双温—双控—双催化剂。使用Fe-TiO2－xHy双催化剂，通过光辐射产生温差(如体系温度为495 ℃时，Fe的温度为547 ℃，而TiO2－xHy的温度为415 ℃)。
下列说法正确的是__________。
a．氨气在“冷Ti”表面生成，有利于提高氨的平衡产率
b．N≡N在“热Fe”表面断裂，有利于提高合成氨反应速率
c．“热Fe”高于体系温度，有利于提高氨的平衡产率
d．“冷Ti”低于体系温度，有利于提高合成氨反应速率
(4)(3分)方案二：M-LiH复合催化剂。
下列说法正确的是__________。
a．300 ℃时，复合催化剂比单一催化剂效率更高
b．同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率
c．温度越高，复合催化剂活性一定越高
(5)某合成氨速率方程为：v＝kcα(N2)·cβ(H2)·cγ(NH3)，根据表中数据，γ＝__________；
实验
1 m n p q
2 2m n p 2q
3 m n 0.1p 10q
4 m 2n p 2.828q
在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为__________。
a．有利于平衡正向移动
b．防止催化剂中毒
c．提高正反应速率
周测5 化学反应的方向与调控
(时间：60分钟 分值：100分)
一、选择题(本题共12小题，每小题5分，共60分。每小题只有一个选项符合题目要求)
1．下列说法错误的是( )
A．1 mol H2O在不同状态时的熵值：S[H2O(s)]
C．CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH>0，反应能否自发进行与温度有关
D．常温下反应2Na2SO3(s)＋O2(g)===2Na2SO4(s)能自发进行，则ΔH<0
答案 B
解析 同一物质，气态时熵值最大，液态时次之，固态时最小，A正确；ΔG＝ΔH－TΔS<0反应能自发进行，所以放热反应不一定是自发的，吸热反应可能是自发的，B错误；CaCO3(s)===CaO(s)＋CO2(g) ΔH>0，ΔS>0，该反应在较低温度下不能自发进行，而在较高温度下能自发进行，所以能否自发进行与温度有关，C正确；2Na2SO3(s)＋O2(g)===2Na2SO4(s)，ΔS<0，常温下，能自发进行，ΔG＝ΔH－TΔS<0，则ΔH<0，D正确。
2．(2023·江苏吴江汾湖高级中学月考)合成氨是人类科学技术发展史上的一项重大突破，其反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH<0。下列有关说法正确的是( )
A．在合成氨中，为增大H2的转化率，充入的N2越多越好
B．恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成
C．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在低温时可自发进行
D．将产生的氨气分离出去，可以增大正反应速率，同时提高反应物转化率
答案 C
解析 理论上氮气越多越好，但充入过多的氮气会造成压强过大，对设备强度的要求更高，而且会影响到产物中氨气的分离，所以充入的氮气要有一定的限度，A项错误；恒容条件下充入稀有气体，参与反应的各物质的浓度没有改变，则平衡不移动，对氨气的合成没有影响，B项错误；ΔG＝ΔH－TΔS<0时，反应可以自发进行，该反应的ΔH<0、ΔS<0，所以在低温下可自发进行，C项正确；将产生的氨气分离出去，正反应速率瞬间不变，然后慢慢减小，逆反应速率瞬间减小，然后慢慢增大，反应正向移动，反应物的转化率升高，D项错误。
3．在298 K和100 kPa压力下，已知金刚石和石墨的熵、燃烧热和密度分别如表所示：
物质 S/(J·K－1· mol－1) ΔH/(kJ·mol－1) ρ/(kg·m－3)
C(金刚石) ＋2.4 －395.40 3 513
C(石墨) ＋5.7 －393.51 2 260
此条件下，对于反应C(s，石墨)===C(s，金刚石)，下列说法正确的是( )
A．该反应的ΔH＜0，ΔS＜0
B．由公式ΔG＝ΔH－TΔS可知，该反应的ΔG＝＋985.29 kJ·mol－1
C．金刚石比石墨稳定
D．超高压条件下，石墨有可能变为金刚石
答案 D
解析 根据燃烧热的定义可知：C(s，金刚石)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－395.40 kJ·mol－1，C(s，石墨)＋O2(g)===CO2(g) ΔH＝－393.51 kJ·mol－1，反应C(s，石墨)===C(s，金刚石)的ΔH＝(－393.51 kJ·mol－1)－(－395.40 kJ·mol－1)＝＋1.89 kJ·mol－1＞0，ΔS＝S(s，金刚石)－S(s，石墨)＝＋2.4 J·K－1· mol－1－5.7 J·K－1· mol－1＝－3.3 J·K－1· mol－1＜0，A错误；由公式ΔG＝ΔH－TΔS可知，该反应ΔG＝＋1.89 kJ·mol－1－298 K×(－3.3 J·K－1·mol－1)×10－3 kJ·J－1＝＋2.873 4 kJ·mol－1，B错误；由A选项可知，反应C(s，石墨)===C(s，金刚石)是吸热反应，说明质量相同时，石墨的能量较低，则石墨比金刚石稳定，C错误。
4．下列说法不正确的是( )
A．非自发的反应一定可以通过改变条件使其成为自发反应
B．相同物质的量的同种物质气态时熵值最大，固态时熵值最小
C．反应NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH＜0
D．恒温恒压下，ΔH＜0且ΔS＞0的反应正向能自发进行
答案 A
解析 ΔH>0 且 ΔS<0 的反应，即使改变条件也不能自发进行，A错误；熵是指体系的混乱程度，相同物质的量的同种物质： S(g)>S(l)>S(s) ，B正确；反应能自发进行的判据是ΔH－TΔS<0 ，由反应 NH3(g)＋HCl(g)===NH4Cl(s) 可知，该反应的 ΔS<0 ，要使ΔH－TΔS<0 ，必须满足ΔH<0 ，C正确；恒温恒压下，ΔH<0 且 ΔS>0 的反应，ΔH－TΔS<0 ，反应正向一定可以自发进行，D正确。
5．(2023·天津一中月考)如图所示为工业合成氨的流程图。有关说法不正确的是( )
A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒
B．产品液氨除可用于生产化肥外，还可用作制冷剂
C．步骤③④⑤均有利于提高原料的转化率
D．步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以加快反应速率
答案 C
解析 步骤①中“净化”是除去杂质，以防止催化剂中毒，A项正确；氨气与酸反应得到铵盐，故NH3可用于生产化肥，液氨变为气体时吸收周围热量，可用作制冷剂，B项正确；催化剂只能提高反应速率，不能提高原料的转化率，合成氨反应为放热反应，高温不利于平衡正向移动，而液化分离出NH3可以使平衡正向移动，有利于提高原料的转化率，N2、H2的循环再利用也有利于提高原料转化率，所以步骤④⑤有利于提高原料的转化率，C项错误；合成氨的反应为气体分子数减小的反应，加压有利于平衡正向移动，提高原料转化率，加压也可以提高反应速率，D项正确。
6．工业合成氨的正反应是放热反应，下列关于反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)的图像中，错误的是( )
答案 C
解析 在T1时NH3%最大，达到平衡，再升高温度，平衡逆向移动，NH3%减小，B正确；低温下有利于反应正向进行，NH3%大，C错误；增大压强，平衡向右移动，NH3%增大，D正确。
7．(2023·福州高级中学高二期末)中国科学家在合成氨[N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0]反应机理的研究中取得了重大进展，首次报道了LiH-3d过渡金属这一复合催化剂体系，并提出了“氮转移”催化机理(如图所示)。下列说法不正确的是( )
A．转化过程中有极性键的形成
B．复合催化剂降低了反应的活化能
C．复合催化剂能降低合成氨反应的焓变
D．低温下合成氨，能提高原料的平衡转化率
答案 C
解析 催化剂能降低反应的活化能，B项正确；催化剂不能改变反应的焓变，C项错误；N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0，该反应的正反应为放热反应，低温条件下，平衡正向移动，因此低温下合成氨能提高原料的平衡转化率，D项正确。
8．以下化学平衡原理的应用正确的是( )
A．工业生产SO3的反应是2SO2(g)＋O2(g) 2SO3(g) ΔH<0，实际生产采用的是高压低温的生产条件
B．关节滑液由于形成尿酸钠晶体：Ur－(aq)＋Na＋(aq) NaUr(s，尿酸钠) ΔH<0而引发关节炎，治疗的做法是采用冷敷
C．CO中毒是因为CO吸入肺中发生反应：CO＋HbO2(氧合血红蛋白)??O2＋HbCO(碳氧血红蛋白)，治疗的做法是把病人放入高压氧舱
D．自来水厂用液氯进行自来水的消毒时会加入少量液氨，发生以下反应，生成比HClO稳定的NH2Cl：NH3＋HClOH2O＋NH2Cl，目的是降低HClO的毒性
答案 C
解析 高压有利于SO3生成，但在常压下SO2的平衡转化率已经很高，加压必须改进设备，增大投资和能量消耗，故实际生产中，通常采用常压操作，而低温条件下反应速率较低，不利于生产，该反应的正反应为放热反应，升高温度不利于平衡向正反应方向移动，故必须选择合适的温度，不能太低，同时还需考虑催化剂的活性，A错误；反应Ur－(aq)＋Na＋(aq)??NaUr(s，尿酸钠) ΔH<0是放热反应，冷敷平衡向正反应方向移动，加重病情，B错误；把病人放入高压氧舱，增大氧气的浓度，平衡逆向移动，减少CO与HbO2的结合，防止中毒，C正确；加液氨后，使部分HClO转化为较稳定的NH2Cl，当HClO开始消耗后，平衡向左移动，又产生HClO起杀菌作用，D错误。
9．一定条件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g) CH2==CH2(g)＋4H2O(g)，已知温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图所示，下列说法中不正确的是( )
A．该反应的逆反应为吸热反应
B．平衡常数：KM ＞KN
C．生成乙烯的速率：v(N)一定大于v(M)
D．当温度高于250 ℃，升高温度，催化剂的催化效率降低
答案 C
解析 升高温度，二氧化碳的平衡转化率降低，则平衡逆向移动，逆反应为吸热反应，故A正确；M点温度低于N点温度，升温平衡逆向移动，所以M点的平衡常数大于N点，故B正确；化学反应速率随温度的升高而提高，温度高于250 ℃时催化剂的催化效率随温度的升高而降低，所以v(N)有可能小于v(M)，故C错误；根据图像可知D正确。
10．工业上可在高纯度氨气下，通过球磨氢化锂的方式合成高纯度的储氢材料氨基锂，该过程中发生反应：LiH(s)＋NH3(g) LiNH2(s)＋H2(g)。在NH3分压为0.3 MPa下LiNH2的相对纯度随球磨时间的变化情况如图所示。下列说法正确的是( )
A．增大压强可以提高原料的利用率
B．若平衡时混合气体中H2的物质的量分数为60%，则该反应的平衡常数K＝1.5
C．工业生产中，在NH3分压为0.3 MPa下合成LiNH2的球磨时间越长越好
D．投入定量的反应物，平衡时混合气体的平均摩尔质量越大，LiNH2的相对纯度越高
答案 B
解析 该反应为反应前后气体分子数不变的反应，增大压强，化学平衡不发生移动，不能提高原料的利用率，A项错误；K＝＝＝1.5，B项正确；工业生产中，在NH3分压为0.3 MPa下，球磨时间从0.5 h增大至1.5 h时，LiNH2的相对纯度提高较明显，但球磨时间从1.5 h再增大至2.0 h时，LiNH2的相对纯度已经很高，且提高不明显，故球磨时间不是越长越好，C项错误；投入定量的反应物，平衡时混合气体的平均摩尔质量越大，说明氨气的含量越高，反应正向进行的程度越小，LiNH2的相对纯度越低，D项错误。
11．工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯(HCOOCH3)：CH3OH(g)＋CO(g) HCOOCH3(g)。在容积固定的密闭容器中，投入等物质的量CH3OH和CO，测得相同时间内CO的转化率随温度的变化如图所示。下列说法不正确的是( )
A．增大压强，CH3OH的转化率增大
B．b点反应速率v正＝v逆
C．平衡常数K(75 ℃)>K(85 ℃)，反应速率vb
答案 B
解析 由于该反应是气体体积减小的反应，增大压强可以使平衡正向移动，CH3OH的转化率增大，A项正确；b点之后，CO的转化率仍继续增大，说明b点时反应仍正向进行，不是平衡状态，则此时正反应速率大于逆反应速率，B项错误；温度超过约83 ℃时，随着温度的升高，CO的转化率降低，说明反应达到平衡后，继续升高温度，平衡逆向移动，故该反应是放热反应；对于放热反应而言，温度越高，平衡常数K越小，故K(75 ℃)>K(85 ℃)；b点的温度比d点的低，故vb
A．升高温度，该反应的平衡常数增大
B．由图2信息，10 min内该反应的平均速率v(H2)＝0.09 mol·L－1·min－1
C．由图2信息，从11 min起其他条件不变，压缩容器的容积，则n(N2)的变化曲线为d
D．图3中温度T1
解析 由题图1知，氮气和氢气的总能量大于氨气的总能量，反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，平衡常数减小，A错误；v(N2)＝＝0.015 mol·L－1·min－1，v(H2)＝3v(N2)＝0.045 mol·L－1·min－1，B错误；缩小容器的容积，N2的物质的量不变，平衡向气体体积减小的方向移动，即向正反应方向移动，氮气的物质的量逐渐减少，所以曲线d符合，C正确；相同温度下，氮气的量一定时，氢气的浓度增大，平衡向正反应方向移动，氮气的转化率增大，所以题图3中a、b、c三点所处的平衡状态中，反应物N2的转化率最高的是c点，D错误。
二、非选择题(本题共3小题，共40分)
13．(12分，每空3分)N2和H2生成NH3的反应为N2(g)＋H2(g) NH3(g) ΔH＝－46.2 kJ·mol－1，在Fe催化剂作用下的反应历程如下(*表示吸附态)：
化学吸附：N2(g)―→2N*，H2(g)―→2H*；
表面反应：N*＋H*NH*，NH*＋H*NH，NH＋H*NH；
脱附：NHNH3(g)。
其中N2的吸附分解所需活化能最高，速率最慢，决定了合成氨的整体反应速率。请回答下列问题：
(1)有利于提高平衡混合物中氨含量的条件有________(填字母)。
A．低温 B．高温 C．低压 D．高压
E．催化剂
(2)实际生产中，常用Fe作催化剂，控制温度700 K左右，压强10～30 MPa，原料气中N2和H2物质的量之比为1∶2.8。分析说明原料气中N2适度过量的两个理由：__________________；__________________。
(3)下列关于合成氨反应的理解正确的是________(填字母)。
A．工业上合成氨反应在不同温度下的ΔS都小于0
B．当温度、压强一定时，向合成氨平衡体系中添加少量惰性气体，平衡正向移动
C．原料气要经过净化处理，防止催化剂“中毒”
答案 (1)AD (2)原料气中N2价廉易得，适度过量有利于提高H2的平衡转化率 N2在Fe催化剂上的吸附分解是决速步骤，N2适度过量有利于提高总反应的反应速率 (3)AC
解析 (1)根据合成氨反应的特点可知，低温和高压均可以提高平衡混合物中的氨含量，A、D项符合题意；B、C项不符合题意；催化剂可加快反应速率，但对平衡没有影响，E项不符合题意。(3)工业上合成氨反应为反应前后气体分子数减小的反应，则ΔS<0，A项正确；恒温恒压时，向合成氨平衡体系中添加少量惰性气体，则体积增大，相当于减小压强，平衡逆向移动，B项错误；原料气中的杂质气体会使催化剂“中毒”，故原料气要经过净化处理，防止催化剂“中毒”，C项正确。
14．(12分，每空3分)丙烯是制备聚丙烯的单体，在催化剂作用下，可由丙烷直接脱氢或氧化脱氢制得。
反应Ⅰ(直接脱氢)：
C3H8(g) C3H6(g)＋H2(g) ΔH1
反应Ⅱ(氧化脱氢)：
2C3H8(g)＋O2(g) 2C3H6(g)＋2H2O(g) ΔH2＝－236 kJ·mol－1
已知：2H2(g)＋O2(g) 2H2O(g) ΔH3＝－484 kJ·mol－1
(1)ΔH1＝________kJ·mol－1。
(2)向某容器中仅通入C3H8(g)，发生反应Ⅰ，达到平衡后，下列措施能提高C3H6(g)的平衡产率的有________(填字母)。
A．恒压下，充入惰性气体
B．加入高效催化剂
C．恒容下，充入C3H8
D．适当升高温度
(3)向某恒压密闭容器中通入C3H8(g)和N2(g)的混合气体(N2不参与反应)，发生反应Ⅰ，反应起始时气体的总压强为100 kPa。在温度为T1 ℃时，C3H8(g)的平衡转化率与通入的混合气体中C3H8(g)的物质的量分数的关系如图所示。
①C3H8的平衡转化率随起始通入C3H8的物质的量分数增大而减小，其原因是________________________________________________________________________
________________________________________________________________________。
②T1 ℃时，反应Ⅰ的平衡常数Kp＝________kPa(以分压表示，分压＝总压×物质的量分数，保留一位小数)。
答案 (1)＋124 (2)AD (3)①丙烷物质的量分数增大，相当于对平衡体系加压，平衡向逆反应方向移动 ②16.7
解析 (1)设已知反应为反应Ⅲ，根据盖斯定律，反应Ⅰ＝(反应Ⅱ－反应Ⅲ)可得ΔH1＝＋124 kJ·mol－1。(3)②据图可知：在温度为T1 ℃时，当通入C3H8的物质的量分数为0.4，C3H8的平衡转化率为50%，假设反应开始时通入气体物质的量为a mol，则n(C3H8)＝0.4a mol，n(N2)＝0.6a mol，则平衡时n(C3H8)＝0.2a mol，n(C3H6)＝n(H2)＝0.2a mol，平衡时气体总物质的量n(总)＝0.2a mol＋0.2a mol＋0.2a mol＋0.6a mol＝1.2a mol，C3H8、C3H6、H2的物质的量分数都是＝，Kp＝＝≈16.7 kPa。
15．(16分)[2022·辽宁，18(1)(2)(3)(4)(5)]工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破，目前已有三位科学家因其获得诺贝尔奖，其反应为：N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1 ΔS＝－200 J·K－1·mol－1。
回答下列问题：
(1)合成氨反应在常温下__________(填“能”或“不能”)自发。
(2)__________温(填“高”或“低”，下同)有利于提高反应速率，__________温有利于提高平衡转化率，综合考虑催化剂(铁触媒)活性等因素，工业常采用400～500 ℃。
针对反应速率与平衡产率的矛盾，我国科学家提出了两种解决方案。
(3)(3分)方案一：双温—双控—双催化剂。使用Fe-TiO2－xHy双催化剂，通过光辐射产生温差(如体系温度为495 ℃时，Fe的温度为547 ℃，而TiO2－xHy的温度为415 ℃)。
下列说法正确的是__________。
a．氨气在“冷Ti”表面生成，有利于提高氨的平衡产率
b．N≡N在“热Fe”表面断裂，有利于提高合成氨反应速率
c．“热Fe”高于体系温度，有利于提高氨的平衡产率
d．“冷Ti”低于体系温度，有利于提高合成氨反应速率
(4)(3分)方案二：M-LiH复合催化剂。
下列说法正确的是__________。
a．300 ℃时，复合催化剂比单一催化剂效率更高
b．同温同压下，复合催化剂有利于提高氨的平衡产率
c．温度越高，复合催化剂活性一定越高
(5)某合成氨速率方程为：v＝kcα(N2)·cβ(H2)·cγ(NH3)，根据表中数据，γ＝__________；
实验
1 m n p q
2 2m n p 2q
3 m n 0.1p 10q
4 m 2n p 2.828q
在合成氨过程中，需要不断分离出氨的原因为__________。
a．有利于平衡正向移动
b．防止催化剂中毒
c．提高正反应速率
答案 (1)能 (2)高 低 (3)ab (4)a (5)－1 a
解析 (1)对于合成氨反应，常温下，ΔG＝ΔH－TΔS＝－92.4 kJ·mol－1－298 K×(－0.2 kJ·K－1·mol－1)＝－32.8 kJ·mol－1<0，故合成氨反应在常温下能自发。(2)其他条件一定时，升高温度，可以提供更高的能量，使活化分子百分数增多，反应速率加快；合成氨反应是放热反应，要提高平衡转化率，即使平衡正向移动，应降低温度。(3)因为正反应为放热反应，所以低温有利于平衡正向移动，氨气在“冷Ti”表面合成，有利于提高氨的平衡产率，a正确；温度升高，反应速率加快，所以N≡N在“热Fe”表面断裂，有利于提高合成氨反应速率，b正确；合成氨反应的正反应为放热反应，“热Fe”高于体系温度，不利于提高氨的平衡产率，c不正确；温度升高，可提高合成氨反应的速率，所以“冷Ti”低于体系温度，不利于提高合成氨反应速率，d不正确。(4)由题图可知，300 ℃时，复合催化剂催化时合成氨反应的反应速率比单一催化剂催化时大很多，说明300 ℃时复合催化剂比单一催化剂效率更高，a正确；同温同压下，复合催化剂能提高反应速率，但不能使平衡发生移动，故不能提高氨的平衡产率，b错误；温度过高，复合催化剂可能会失去活性，催化效率反而降低，c错误。(5)将实验1、3中数据分别代入合成氨的速率方程可得：①q＝k·mα·nβ·pγ，③10q＝k·mα·nβ·(0.1p)γ，可得γ＝－1。合成氨过程中，不断分离出氨，即降低体系中c(NH3)，生成物浓度下降，平衡向正反应方向移动，但不会提高正反应速率，a正确，c错误；反应主产物即氨不能使催化剂中毒，b错误。
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