人教版高中化學(xué)選擇性必修第一冊第2章化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡第4節(jié)化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控作業(yè)含解析

1、第4節(jié) 化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控A級·基礎(chǔ)達(dá)標(biāo)練一、選擇題1在某恒容密閉容器內(nèi)，N2、H2的起始物質(zhì)的量分別為10 mol、30 mol，達(dá)到平衡時(shí)N2的轉(zhuǎn)化率為25%。若從NH3開始反應(yīng)，在相同條件下欲使平衡時(shí)各組分的百分含量相同，則應(yīng)加入的NH3的物質(zhì)的量及NH3的轉(zhuǎn)化率為(C)A15 mol,25%B20 mol,50%C20 mol,75%D40 mol,80%解析：從N2、H2開始反應(yīng)時(shí)，N2的物質(zhì)的量為10 mol，H2的物質(zhì)的量為30 mol，若從NH3開始反應(yīng)，并且平衡時(shí)各組分的百分含量與前者相同，則NH3的物質(zhì)的量必須是20 mol，故A、D項(xiàng)錯(cuò)誤。設(shè)從NH3開始反應(yīng)時(shí)，NH

2、3轉(zhuǎn)化的物質(zhì)的量為x，則有20 molx2×10 mol×25%，解得x15 mol，故NH3的轉(zhuǎn)化率為×100%75%。2在合成氨工業(yè)中，要使氨的產(chǎn)率增大，同時(shí)又能提高化學(xué)反應(yīng)速率，可采取的措施有(C)增大容器體積使壓強(qiáng)減小減小容器體積使壓強(qiáng)增大升高溫度降低溫度恒溫恒容，再充入等量的N2和H2恒溫恒壓，再充入等量的N2和H2及時(shí)分離產(chǎn)生的NH3使用催化劑ABC只有D解析：從反應(yīng)速率的角度分析，均使化學(xué)反應(yīng)速率降低，均使化學(xué)反應(yīng)速率升高，不影響化學(xué)反應(yīng)速率。從平衡移動(dòng)的角度分析，使化學(xué)平衡向右移動(dòng)，使氨的產(chǎn)率增大，不影響化學(xué)平衡，使化學(xué)平衡向左移動(dòng)。3合成氨反應(yīng)通

3、?？刂圃?0 MPa30 MPa的壓強(qiáng)和400500 左右的溫度，且進(jìn)入合成塔的氮?dú)夂蜌錃獾捏w積比為13，經(jīng)科學(xué)測定，在相應(yīng)條件下氮?dú)夂蜌錃夥磻?yīng)所得氨的平衡濃度(體積分?jǐn)?shù))如表所示：壓強(qiáng)20 MPa30 MPa500 19.126.4而實(shí)際從合成塔出來的混合氣體中含有氨約為15%，這表明(D)A表中所測數(shù)據(jù)有明顯誤差B生產(chǎn)條件控制不當(dāng)C氨的分解速率大于預(yù)測值D合成塔中的反應(yīng)并未達(dá)到平衡解析：這說明實(shí)際合成氨工業(yè)中需要考慮單位時(shí)間的產(chǎn)量問題，并未讓合成氨反應(yīng)達(dá)到平衡，因?yàn)樽尫磻?yīng)達(dá)到平衡需要一定的時(shí)間，時(shí)間太長得不償失。二、非選擇題42018年是合成氨工業(yè)先驅(qū)哈伯(F·Haber)獲得諾

4、貝爾獎(jiǎng)100周年。N2和H2生成NH3的反應(yīng)為N2(g)H2(g)NH3(g)H(298 K)46.2 kJ·mol1，在Fe催化劑作用下的反應(yīng)歷程如下(*表示吸附態(tài))化學(xué)吸附：N2(g)2N*；H2(g)2H*；表面反應(yīng)：N*H*NH*；NH*H*NH；NHH*NH脫附：NH=NH3(g)其中，N2的吸附分解反應(yīng)活化能高、速率慢，決定了合成氨的整體反應(yīng)速率。請回答：(1)利于提高合成氨平衡產(chǎn)率的條件有_AD_。A低溫B高溫C低壓D高壓E催化劑(2)實(shí)際生產(chǎn)中，常用Fe作催化劑，控制溫度773 K，壓強(qiáng)3.0×107Pa，原料中N2和H2物質(zhì)的量之比為1：2.8。分析說明原

5、料氣中N2過量的兩個(gè)理由_原料氣中N2相對易得，適度過量有利于提高H2的轉(zhuǎn)化率_；_N2在Fe催化劑上的吸附是決速步驟，適度過量有利于提高整體反應(yīng)速率_。(3)關(guān)于合成氨工藝的下列理解，正確的是_ACD_。A合成氨反應(yīng)在不同溫度下的H和S都小于零B當(dāng)溫度、壓強(qiáng)一定時(shí)，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(zhuǎn)化率C基于NH3有較強(qiáng)的分子間作用力可將其液化，不斷將液氨移去，利于反應(yīng)正向進(jìn)行D分離空氣可得N2，通過天然氣和水蒸氣轉(zhuǎn)化可得H2，原料氣須經(jīng)過凈化處理，以防止催化劑中毒和安全事故發(fā)生解析：(1)N2(g)H2(g)NH3(g)H(298 K)46.2 kJ

6、83;mol1是氣體體積減小的放熱反應(yīng)。低溫有利于平衡正向進(jìn)行，提高氨氣產(chǎn)率，故A正確；高溫平衡逆向進(jìn)行，不利于提高氨氣產(chǎn)率，故B錯(cuò)誤；低壓平衡逆向進(jìn)行，不利于提高氨氣產(chǎn)率，故C錯(cuò)誤；高壓平衡正向進(jìn)行，利于提高氨氣產(chǎn)率，故D正確；催化劑只改變反應(yīng)速率，不改變化學(xué)平衡，不能提高氨氣產(chǎn)率，故E錯(cuò)誤。(2)原料中N2和H2物質(zhì)的量之比為12.8，原料氣中N2過量的兩個(gè)理由：原料氣中N2相對易得，適度過量有利于提高H2的轉(zhuǎn)化率；N2在Fe催化劑上的吸附是決速步驟，適度過量有利于提高整體反應(yīng)速率。(3)N2(g)H2(g)NH3(g)H(298 K)46.2 kJ·mol1是氣體體積減小的放熱

7、反應(yīng)，合成氨反應(yīng)在不同溫度下的H和S都小于零，故A正確；當(dāng)溫度、壓強(qiáng)一定時(shí)，在原料氣(N2和H2的比例不變)中添加少量惰性氣體，總壓不變，分壓減小，平衡逆向移動(dòng)，不能提高平衡轉(zhuǎn)化率，故B錯(cuò)誤；NH3有較強(qiáng)的分子間作用力可將其液化，不斷將液氨移去，利于反應(yīng)正向進(jìn)行，故C正確；合成氨的反應(yīng)在合成塔中發(fā)生，原料氣中的N2是從空氣中分離得來，先將空氣液化，再蒸餾得N2，甲烷與水在高溫、催化劑條件下生成CO和H2，原料氣須經(jīng)過凈化處理，以防止催化劑中毒和安全事故發(fā)生，故D正確。5二甲醚(DME)被譽(yù)為“21世紀(jì)的清潔燃料”。由合成氣制備二甲醚的主要原理如下：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H111

8、1 kJ·mol12CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)H223.5 kJ·mol1CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)H341.2 kJ·mol1回答下列問題：(1)則反應(yīng)3H2(g)3CO(g)CH3OCH3(g)CO2(g)的H_286.7_kJ·mol1。(2)下列措施中，能提高CH3OCH3產(chǎn)率的有_AC_。A使用過量的COB升高溫度C增大壓強(qiáng)(3)反應(yīng)能提高CH3OCH3的產(chǎn)率，原因是_消耗了反應(yīng)的H2O(g)有利于反應(yīng)正向進(jìn)行，同時(shí)生成了H2有利于反應(yīng)正向移動(dòng)_。(4)將合成氣以2通入1 L的反應(yīng)器中，一定條件下發(fā)生反應(yīng)

9、：4H2(g)2CO(g)CH3OCH3(g)H2O(g)H，其CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強(qiáng)變化關(guān)系如圖1所示，下列說法正確的是_A_。AH<0Bp1<p2<p3C若在p3和316 時(shí)，起始時(shí)3，則達(dá)到平衡時(shí)，CO轉(zhuǎn)化率小于50 %(5)采用一種新型的催化劑(主要成分是CuMn的合金)，利用CO和H2制備二甲醚。觀察圖2回答問題。催化劑中約為_2_時(shí)最有利于二甲醚的合成。(6)甲醇液相脫水法制二甲醚的原理是CH3OHH2SO4=CH3HSO4H2O，CH3HSO4CH3OH=CH3OCH3H2SO4。與合成氣制備二甲醚比較，該工藝的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)溫度低、轉(zhuǎn)化率高，其缺點(diǎn)是_H2S

10、O4腐蝕設(shè)備或有硫酸廢液產(chǎn)生_。解析：(1)根據(jù)蓋斯定律，×2得3CO(g)3H2(g)CH3OCH3(g)CO2(g)H286.7 kJ·mol1。(2)增大反應(yīng)物的濃度平衡正移，所以使用過量的CO，能提高CH3OCH3產(chǎn)率，故A正確；該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，升高溫度平衡逆移，則CH3OCH3產(chǎn)率會降低，故B錯(cuò)誤；該反應(yīng)正方向?yàn)闅怏w體積減小的方向，所以增大壓強(qiáng)平衡正移，能提高CH3OCH3產(chǎn)率，故C正確。(3)已知反應(yīng)CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)，能消耗水，使反應(yīng)中平衡正向移動(dòng)，所以CH3OCH3的量增加；同時(shí)此反應(yīng)生成了H2，有利于反應(yīng)正向移動(dòng)。(4)由圖可知

11、隨溫度升高，CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明升高溫度平衡逆移，則正方向?yàn)榉艧岱磻?yīng)，故H<0，故A正確；該反應(yīng)正方向?yàn)闅怏w體積減小的方向，增大壓強(qiáng)CO的轉(zhuǎn)化率增大，所以p1>p2>p3，故B錯(cuò)誤；若在p3和316 時(shí)，起始時(shí)3，則增大了氫氣的量，增大氫氣的濃度，平衡正移，CO的轉(zhuǎn)化率增大，所以CO轉(zhuǎn)化率大于50%，故C錯(cuò)誤。(5)由圖可知當(dāng)催化劑中約為2時(shí)，CO的轉(zhuǎn)化率最大，生成的二甲醚最多。(6)該反應(yīng)有硫酸參加，因?yàn)榱蛩崾菑?qiáng)酸，具有較強(qiáng)的腐蝕性，能腐蝕設(shè)備。B級·能力提升練一、不定項(xiàng)選擇題(每小題有1個(gè)或2個(gè)選項(xiàng)符合題意)1一定條件下，通過下列反應(yīng)可實(shí)現(xiàn)燃煤煙氣中的硫的回收

12、：SO2(g)2CO(g)2CO2(g)S(l)H<0。一定溫度下，在容積為2 L的恒容密閉容器中1 mol SO2和n mol CO發(fā)生反應(yīng)，5 min后達(dá)到平衡，生成2a mol CO2。下列說法正確的是(AB)A反應(yīng)前2 min的平均速率v(SO2)>0.1a mol·L1·min1B當(dāng)混合氣體的物質(zhì)的量不再改變時(shí)，反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)C平衡后保持其他條件不變，從容器中分離出部分硫，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)D平衡后保持其他條件不變，升高溫度和加入催化劑，SO2的轉(zhuǎn)化率均增大解析：根據(jù)化學(xué)方程式可知，生成2a mol CO2的同時(shí)，消耗a mol SO2，其濃度是0

13、.5a mol·L1，所以反應(yīng)前5 min的平均速率v(SO2)0.5a mol·L1÷5 min0.1a mol·L1·min1，故前2 min的平均速率v(SO2)大于0.1a mol·L1·min1，A正確；根據(jù)化學(xué)方程式可知，該反應(yīng)是反應(yīng)前后氣體的物質(zhì)的量減小的可逆反應(yīng)，因此當(dāng)混合氣體的物質(zhì)的量不再改變時(shí)，可以說明反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)，B正確；S是液體，改變液體的量，平衡不移動(dòng)，C不正確；該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，升高溫度平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，SO2的轉(zhuǎn)化率降低，催化劑不能改變平衡狀態(tài)，SO2轉(zhuǎn)化率不變，D不正確。2在反應(yīng)N2(

14、g)3H2(g)2NH3(g)H<0的平衡體系中，當(dāng)恒溫恒壓條件下t1時(shí)刻分離出NH3時(shí)，下列說法正確的是(CD)At1時(shí)刻后的速率變化如圖所示Bt1時(shí)刻后達(dá)到新平衡前Q>KC新平衡體系中NH3的含量減小DN2的平衡轉(zhuǎn)化率增大解析：分離出NH3，使體系中NH3的含量減小，則達(dá)到新平衡前Q<K，v(正)>v(逆)，平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)，故N2的平衡轉(zhuǎn)化率增大。3對于反應(yīng)N2(g)3H2(g)2NH3(g)，在一密閉容器中加入一定量的N2和H2，達(dá)到平衡時(shí)混合氣體的壓強(qiáng)為p1，迅速縮小容器體積使混合氣體的壓強(qiáng)變?yōu)閜2，一段時(shí)間后達(dá)到新的平衡，此時(shí)混合氣體的壓強(qiáng)為p3，則p1

15、、p2、p3的大小關(guān)系是(B)Ap2>p1>p3Bp2>p3>p1Cp2>p1>p3Dp2>p1p3解析：根據(jù)勒夏特列原理，改變某一外界條件時(shí)，平衡只能向減弱這種改變的方向移動(dòng)。4相同溫度下，有體積相同的甲、乙兩個(gè)恒容密閉容器，甲容器中充入1 g N2和1 g H2，乙容器中充入2 g N2和2 g H2，分別進(jìn)行合成氨反應(yīng)。下列敘述中錯(cuò)誤的是(CD)A化學(xué)反應(yīng)速率：乙>甲B平衡后N2的濃度：乙>甲CH2的平衡轉(zhuǎn)化率：甲>乙D平衡后混合氣體中H2的體積分?jǐn)?shù)：乙>甲解析：因?yàn)橐胰萜髦械脑贤度肓空檬羌椎?倍反應(yīng)物濃度越大，反應(yīng)速

16、率越快，故A項(xiàng)正確；假設(shè)開始時(shí)乙容器的體積也是甲的2倍(如圖所示)，則此時(shí)甲、乙兩容器中達(dá)到的平衡是等效平衡。再將乙容器的體積壓縮至與甲相等(如下圖中丙)，則在此過程中化學(xué)平衡要向正反應(yīng)方向移動(dòng)，即N2、H2的平衡轉(zhuǎn)化率增大，它們在平衡混合氣體中的體積分?jǐn)?shù)減小，故C項(xiàng)、D項(xiàng)錯(cuò)誤；此時(shí)，丙中N2、H2、NH3的濃度分別比甲中N2、H2、NH3濃度大，但丙中N2、H2的濃度要分別小于甲中N2、H2濃度的2倍，丙中NH3的濃度要大于甲中NH3濃度的2倍，B項(xiàng)正確。二、非選擇題5甲醇是一種重要的有機(jī)化工原料，需求量巨大。我國獨(dú)創(chuàng)的聯(lián)醇工藝的核心是采用一氧化碳加氫中壓合成法，主要反應(yīng)如下：CO(g)2H

17、2(g)CH3OH(g)H111.0 kJ·mol1另有副反應(yīng)：4CO2H2O=3CO2CH4等；中壓法操作：壓力為1015 MPa，溫度控制在513543 K，所用催化劑是CuOZnOAl2O3。合成甲醇的流程如圖所示：請回答：(1)實(shí)際生產(chǎn)中CO不能過量，以免生成羰基鐵使催化劑失去活性，而氫氣過量是有益的，指出兩點(diǎn)理由：_既可以防止或減少副反應(yīng)發(fā)生，又可帶走反應(yīng)熱避免催化劑過熱而中毒_。(2)采取1015 MPa壓力的作用是_加壓有利于提高CO轉(zhuǎn)化率，但也增加了能源消耗和設(shè)備強(qiáng)度，故宜采取經(jīng)濟(jì)效益較好的壓力_；溫度控制在513543 K的原因是_此溫度下催化劑活性較高，甲醇產(chǎn)率較

18、大_。(3)原料氣中的H2S對銅催化劑影響很大，故應(yīng)先除去，通常用生石灰除雜，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為_H2SCaO=CaSH2O_。(4)若CO的轉(zhuǎn)化率為80%，當(dāng)有22.4 m3(標(biāo)準(zhǔn)狀況)CO與過量H2充分反應(yīng)(不計(jì)其他副反應(yīng))，可制得純度為96%的甲醇的質(zhì)量為_26.67_kg，同時(shí)獲得熱量_8.88×104_kJ。解析：(1)氫氣過量提高一氧化碳的轉(zhuǎn)化率，防止副反應(yīng)發(fā)生，大量的氣流又可帶走反應(yīng)熱量。(2)CO(g)2H2 (g)=CH3OH(g)H111.0 kJ·mol1，正反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)，增大壓強(qiáng)雖然有利于平衡正向移動(dòng)，提高甲醇的產(chǎn)量，提高CO轉(zhuǎn)化率，但也增加了能源消耗和設(shè)備強(qiáng)度，故宜采取經(jīng)濟(jì)效益較好的壓力；正反應(yīng)是放熱反應(yīng)，從有利于甲醇生成的角度考慮應(yīng)是低溫，但溫度過低達(dá)不到催化劑的活性，所以此溫度下催化劑活性較高，甲醇產(chǎn)率較大。(3)原料氣中的H2S對銅催化劑影響很大，故應(yīng)先除去，通常用生石灰除雜，生成硫化鈣和水，所以反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2SCaO=CaSH2O。(4)根據(jù)CO(g)2H2 (g)CH3OH(g)，得1 mol的一氧化碳生成32×103 kg的甲醇，22.4