《2025年金版新学案高三总复习化学》

考向① 工业合成氨适宜条件选择
1. (2024·宁德区域性学业质检) 关于合成氨反应 $ N_2(g) + 3H_2(g) \rightleftharpoons 2NH_3(g) $ $ \Delta H = -92.4\ kJ · mol^{-1} $，下列说法不正确的是(C)

A.使用高效催化剂能减小反应活化能
B.为了提高原料利用率，$ N_2 $ 和 $ H_2 $ 循环使用
C.工业合成氨温度为 $ 700\ K $ 是因为升高温度有利于提高 $ H_2 $ 的平衡转化率
D.恒温恒容下，若体系的总压强不再改变，说明该反应已达平衡状态

答案： 1.C 使用高效催化剂能降低反应活化能，加快反应速率，故A正确；合成氨工业，N₂和H₂循环使用可以提高原料利用率，故B正确；N₂(g)+3H₂(g)⇌2NH₃(g)的正反应是放热反应，升高温度平衡逆向移动，H₂的平衡转化率降低，工业合成氨温度为700K是为了加快反应速率，故C错误；N₂(g)+3H₂(g)⇌2NH₃(g)反应前后气体化学计量数之和不同，恒温恒容下，压强是变量，若体系的总压强不再改变，说明该反应已达平衡状态，故D正确。

考向② 综合分析其他工业生产的适宜条件
2. 化学反应原理在科研和生产中有广泛应用。
(1) 利用“化学蒸气转移法”制备 $ TaS_2 $ 晶体，发生反应：$ TaS_2(s) + 2I_2(g) \rightleftharpoons TaI_4(g) + S_2(g) $ $ \Delta H ＞ 0 $(Ⅰ)。如图所示，反应(Ⅰ)在石英真空管中进行，先在温度为 $ T_2 $ 的一端放入未提纯的 $ TaS_2 $ 粉末和少量 $ I_2(g) $，一段时间后，在温度为 $ T_1 $ 的一端得到了纯净 $ TaS_2 $ 晶体，则温度 $ T_1 $＜$ T_2 $(填“$ ＞ $”“$ ＜ $”或“$ = $”)。上述反应体系中循环使用的物质是I₂。

(2) $ CO $ 可用于合成甲醇，反应方程式为 $ CO(g) + 2H_2(g) \rightleftharpoons CH_3OH(g) $。$ CO $ 在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。该反应 $ \Delta H $＜$ 0 $（填“$ ＞ $”或“$ ＜ $”）。实际生产条件控制在 $ 250\ ^{\circ}C $、$ 1.3 × 10^4\ kPa $ 左右，选择此压强的理由是在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，同时生产成本增加。

答案： 2.
(1)＜ I₂
(2)＜ 在1.3×10⁴kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO转化率提高不大，同时生产成本增加

3. “丁烯裂解法”是另一种重要的丙烯生产法，在生产过程中会有生成乙烯的副反应发生。反应如下：
主反应：$ 3C_4H_8(g) \xlongequal{催化剂} 4C_3H_6(g) $；
副反应：$ C_4H_8(g) \xlongequal{催化剂} 2C_2H_4(g) $。
测得上述两反应的平衡体系中，各组分的质量分数 ($ w $) 随温度 ($ T $) 和压强 ($ p $) 变化的趋势分别如图甲和图乙所示：

(1) 平衡体系中的 $ C_3H_6(g) $ 和 $ C_2H_4(g) $ 的质量比是工业生产 $ C_3H_6(g) $ 时选择反应条件的重要依据之一，从产物的纯度考虑，该数值越高越好，据图甲和图乙判断，反应条件应选择下列中的C(填字母)。
A. $ 300\ ^{\circ}C $、$ 0.1\ MPa $ B. $ 700\ ^{\circ}C $、$ 0.1\ MPa $
C. $ 300\ ^{\circ}C $、$ 0.5\ MPa $ D. $ 700\ ^{\circ}C $、$ 0.5\ MPa $
(2) 有研究者结合图甲数据并综合考虑各种因素，认为 $ 450\ ^{\circ}C $ 的反应温度比 $ 300\ ^{\circ}C $ 或 $ 700\ ^{\circ}C $ 更合适，从反应原理角度分析其理由可能是450℃时反应速率较快，C₃H₆转化率达到最大且副反应进行程度不大。

答案： 3.
(1)C
(2)450℃时反应速率较快，C₃H₆转化率达到最大且副反应进行程度不大
解析：
(1)由题图甲可知，300℃时C₂H₄(g)的质量分数接近于0，而温度升高，C₂H₄(g)的质量分数增大，故选择300℃；由题图乙可知，压强增大，C₂H₄(g)的质量分数减小，C₃H₆(g)的质量分数增大，故选0.5MPa，因此控制反应条件为300℃、0.5MPa。
(2)温度越低，反应速率越慢，由题图甲可知，300℃时反应速率慢；温度升高，C₂H₄(g)的质量分数增大，700℃的副反应的转化率大于丁烯转化成丙烯的转化率。而450℃时，C₃H₆(g)的质量分数达到最大值，且C₂H₄(g)的质量分数在10%左右，产物中C₃H₆(g)的含量较高，故450℃更合适。