新人教版高中化學(xué)第二章化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控同步測(cè)試選修1

第四節(jié)化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控【基礎(chǔ)鞏固】1.在合成氨工業(yè)中,為了提高NH3的日產(chǎn)量,實(shí)施下列措施的變化過(guò)程中與平衡移動(dòng)無(wú)關(guān)的是()A.不斷將氨分離出來(lái)B.使用催化劑C.采用700K左右的高溫而不是900K的高溫D.采用10MPa~30MPa的壓強(qiáng)解析:把氨分離出來(lái)可以減小生成物濃度,有利于平衡右移;合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng),相對(duì)較低溫度(700K)利于反應(yīng)向右進(jìn)行,同時(shí)該反應(yīng)是氣體物質(zhì)的量減小的反應(yīng),盡可能采取高壓利于正反應(yīng)的進(jìn)行,A、C、D三項(xiàng)都符合平衡移動(dòng)原理;使用催化劑僅能改變反應(yīng)速率,與平衡移動(dòng)無(wú)關(guān)。答案:B2.(2022·廣東梅州高二期末)化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)具有積極意義,下列關(guān)于調(diào)控措施的說(shuō)法錯(cuò)誤的是()A.硫酸工業(yè)中,為提高SO2的轉(zhuǎn)化率,通入的空氣越多越好B.工業(yè)合成氨,從生產(chǎn)實(shí)際條件考慮,不盲目增大反應(yīng)壓強(qiáng)C.工業(yè)合成氨,考慮催化劑的活性選擇400~500℃的反應(yīng)溫度D.煉鐵高爐的進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在下端有利于燃料充分利用解析:在實(shí)際生產(chǎn)中為了增大SO2的轉(zhuǎn)化率通入稍過(guò)量的空氣,若空氣通入量過(guò)多,不僅會(huì)增大能源消耗,還會(huì)增大動(dòng)力消耗,對(duì)設(shè)備的要求也高,A項(xiàng)錯(cuò)誤;工業(yè)合成氨,從生產(chǎn)實(shí)際條件考慮,不盲目增大反應(yīng)壓強(qiáng),若壓強(qiáng)過(guò)大,不僅會(huì)增大能源消耗,還會(huì)增大動(dòng)力消耗,對(duì)設(shè)備的要求也高,B項(xiàng)正確;工業(yè)合成氨,400~500℃時(shí)催化劑的活性最大,有利于提高反應(yīng)速率,提高氨的產(chǎn)量,故選擇400~500℃的反應(yīng)溫度,C項(xiàng)正確;煉鐵高爐的進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在下端,固體從設(shè)備頂部加入,有助于固體和氣體充分接觸,有利于燃料充分利用,D項(xiàng)正確。答案:A3.在N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<0的平衡體系中,當(dāng)分離出NH3時(shí),下列說(shuō)法中正確的是()A.改變條件后速率—時(shí)間圖像如圖:B.此過(guò)程中Q>KC.平衡體系中NH3的含量增大D.N2的轉(zhuǎn)化率增大解析:分離出NH3,導(dǎo)致Q<K,v正>v逆,使平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),N2的轉(zhuǎn)化率增大,由于分離出NH3,使體系中NH3的含量減小。答案:D4.合成氨工業(yè)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展具有重要的意義。對(duì)于密閉容器中的反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<0,673K、30MPa下,n(NH3)和n(H2)隨時(shí)間的變化關(guān)系如圖所示。下列說(shuō)法中正確的是()A.P點(diǎn)處反應(yīng)達(dá)到平衡B.Q點(diǎn)(t1時(shí)刻)和E點(diǎn)(t2時(shí)刻)處n(N2)不同C.其他條件不變,773K下反應(yīng)至t1時(shí)刻,n(H2)比圖中的Q點(diǎn)的值要大D.M點(diǎn)的正反應(yīng)速率比N點(diǎn)的正反應(yīng)速率小解析:P點(diǎn)是氫氣和氨的物質(zhì)的量相等的點(diǎn),該點(diǎn)以后,氫氣的量還在減少,氨的量還在增加,故P點(diǎn)沒(méi)有達(dá)到平衡,A項(xiàng)錯(cuò)誤;t1和t2兩個(gè)時(shí)刻反應(yīng)均處于平衡狀態(tài),體系中各物質(zhì)的物質(zhì)的量不再變化,故Q、E兩點(diǎn)氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量相等,B項(xiàng)錯(cuò)誤;773K>673K,工業(yè)合成氨為放熱反應(yīng),升高溫度,平衡逆向移動(dòng),氫氣的物質(zhì)的量增大,C項(xiàng)正確;反應(yīng)達(dá)到平衡前,M點(diǎn)反應(yīng)物濃度大于N點(diǎn)反應(yīng)物濃度,因此M點(diǎn)的正反應(yīng)速率比N點(diǎn)的正反應(yīng)速率大,D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案:C5.德國(guó)化學(xué)家哈伯發(fā)明了以低成本制造大量氨的方法。如圖所示是哈伯法的流程圖,其中為提高原料轉(zhuǎn)化率而采取的措施是()A.①②③ B.②④⑤C.①③⑤ D.②③④解析:②④⑤操作均有利于提高原料轉(zhuǎn)化率。答案:B6.合成氨工業(yè)的原料氣中含有少量CO,CO會(huì)使催化劑失去催化能力(催化劑中毒),因此,在進(jìn)入合成塔前必須將其除去。一般用醋酸二氨合銅溶液來(lái)吸收原料氣中的CO,反應(yīng)如下:Cu(NH3)2Ac(aq)+CO(g)+NH3(g)[Cu(NH3)3CO]Ac(aq)ΔH<0(1)醋酸二氨合銅吸收CO的適宜生產(chǎn)條件是。

(2)吸收CO后的醋酸銅氨溶液經(jīng)過(guò)處理后可再生,恢復(fù)其吸收CO的能力以供循環(huán)使用,醋酸銅氨溶液再生的適宜生產(chǎn)條件是。

解析:(1)醋酸二氨合銅吸收CO的反應(yīng)為氣體體積減小的放熱反應(yīng),降低溫度或增大壓強(qiáng),平衡向吸收CO的方向移動(dòng),故應(yīng)采用低溫、高壓作為生產(chǎn)條件。(2)放出CO的反應(yīng)正好和吸收CO的反應(yīng)相反,應(yīng)采用高溫、低壓作為生產(chǎn)條件。答案:(1)低溫、高壓(2)高溫、低壓【拓展提高】7.下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說(shuō)法中,正確的是()A.從合成塔出來(lái)的混合氣體中,其中NH3只占15%,所以合成氨廠的產(chǎn)率都很低B.由于氨易液化,N2、H2在實(shí)際生產(chǎn)中可循環(huán)使用,所以總體來(lái)說(shuō)合成氨的產(chǎn)率很高C.合成氨工業(yè)的反應(yīng)溫度控制在700K左右,目的是使化學(xué)平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)D.合成氨廠采用的壓強(qiáng)越大,產(chǎn)率越高,無(wú)須考慮設(shè)備、條件解析:合成氨的反應(yīng)在適宜的生產(chǎn)條件下達(dá)到平衡時(shí),原料的轉(zhuǎn)化率并不高,但生成的NH3分離出后,再將未反應(yīng)的N2、H2循環(huán)利用,這樣處理后,可使氨的產(chǎn)率較高,A項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確;合成氨工業(yè)選擇700K左右的溫度,主要從反應(yīng)速率和催化劑活性兩方面考慮,合成氨的反應(yīng)是放熱反應(yīng),低溫才有利于平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng),C項(xiàng)錯(cuò)誤;不論從反應(yīng)速率還是化學(xué)平衡考慮,高壓更有利于合成氨,但壓強(qiáng)太大,對(duì)設(shè)備、動(dòng)力的要求更高,因此選擇10MPa~30MPa,D項(xiàng)錯(cuò)誤。答案:B8.(2022·江蘇泰州高二期末)用ZSM-5分子篩催化1-丁烯裂解制丙烯的反應(yīng)體系中,主要發(fā)生的反應(yīng)如下。反應(yīng)Ⅰ:3C4H8(g)4C3H6(g)ΔH=+579kJ/mol反應(yīng)Ⅱ:C4H8(g)2C2H4(g)ΔH=+283kJ/mol已知催化劑ZSM-5分子篩的篩孔徑越小,越有利于生成碳原子數(shù)少的產(chǎn)物。在0.5MPa下,上述體系平衡時(shí)丁烯、丙烯、乙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系如圖所示。下列說(shuō)法正確的是()A.圖中曲線x表示丁烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨溫度的變化B.在0.5MPa下,該工藝選擇的適宜溫度為300℃C.C4H8(g)+C2H4(g)2C3H6(g)的ΔH=+296kJ/molD.高于500℃,丙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低可能是因?yàn)榱呀猱a(chǎn)生的碳顆粒附著在ZSM-5分子篩的篩孔上所致解析:由圖可知,曲線x表示生成物乙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系,曲線y為丁烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系,300℃時(shí),乙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最小,丙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大,當(dāng)溫度高于500℃時(shí),催化劑的活性降低導(dǎo)致丙烯質(zhì)量分?jǐn)?shù)降低。由分析可知,曲線x表示生成物乙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)與溫度的關(guān)系,故A項(xiàng)錯(cuò)誤;由分析可知,在0.5MPa下,500℃時(shí),丙烯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)最大,則生成丙烯的適宜溫度為500℃,故B項(xiàng)錯(cuò)誤;由蓋斯定律可知,Ⅰ-Ⅱ2得反應(yīng)C4H8(g)+C2H4(g)2C3H6(g),則Δ(+579kJ/mol)-(+283kJ/mol)2=+148kJ/mol,故C項(xiàng)錯(cuò)誤;因?yàn)榇呋瘎㈱SM-5分子篩的篩孔徑越小,越有利于生成碳原子數(shù)少的產(chǎn)物。當(dāng)溫度高于500℃答案:D9.下圖表示298.15K時(shí),N2、H2與NH3的平均能量與合成氨反應(yīng)的活化能的曲線圖,據(jù)圖回答下列問(wèn)題。(1)若反應(yīng)中生成2mol氨,則反應(yīng)(填“吸熱”或“放熱”)kJ。

(2)圖中曲線(填“a”或“b”)表示加入鐵觸媒的能量變化曲線,鐵觸媒能增大反應(yīng)速率的原理是

。

(3)合成氨反應(yīng)中平衡混合物中氨的體積分?jǐn)?shù)與壓強(qiáng)、溫度的關(guān)系如圖所示。若曲線c對(duì)應(yīng)的溫度為500℃,則曲線d對(duì)應(yīng)的溫度可能是(填字母)。

A.600℃ B.550℃C.500℃ D.450℃(4)合成氨所需的氫氣可由甲烷與水反應(yīng)制備。發(fā)生的反應(yīng)為CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)ΔH>0。一定溫度下,在1L密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng),各物質(zhì)的物質(zhì)的量濃度變化如下表:tCHCOH00.20.3002n1n2n30.33n1n2n30.340.090.19x0.33①表中x=;前2min內(nèi)CH4的反應(yīng)速率為。

②反應(yīng)在3~4min時(shí),氫氣的物質(zhì)的量增多的原因可能是(填字母)。

A.充入水蒸氣 B.升高溫度C.使用催化劑D.充入氫氣解析:(1)由圖中能量狀態(tài)可知,N2與3H2具有的總能量高于2NH3所具有的能量,故該反應(yīng)為放熱反應(yīng),并且反應(yīng)N2(g)+3H2(g)2NH3(g),每生成2molNH3放出(600-508)kJ=92kJ熱量。(2)合成氨反應(yīng)中,加入鐵觸媒后,由于改變了反應(yīng)歷程,使反應(yīng)的活化能降低,從而增大了反應(yīng)速率,故曲線b代表加催化劑后的能量變化曲線。(3)對(duì)于合成氨反應(yīng),當(dāng)其他條件不變時(shí),升高溫度,平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng),平衡混合物中NH3的體積分?jǐn)?shù)降低。圖像中,當(dāng)壓強(qiáng)不變時(shí),曲線d對(duì)應(yīng)的溫度下平衡混合物中NH3的體積分?jǐn)?shù)大于曲線c對(duì)應(yīng)的NH3的體積分?jǐn)?shù),所以曲線d對(duì)應(yīng)的溫度低于曲線c對(duì)應(yīng)的溫度。(4)①前2min內(nèi)CH4的反應(yīng)速率為v(CH4)=13v(H2)=13×0.3mol/L2min=0.05mol/(L·min)。由表分析2~3min時(shí),反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài),此時(shí)生成HCH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)0min濃度2min濃度3min濃度4min濃度所以x=0.11。②3min時(shí),若充入水蒸氣,平衡向右移動(dòng),4min時(shí),水蒸氣濃度應(yīng)大于0.2mol/L;若升高溫度,平衡向右移動(dòng),反應(yīng)物濃度均減小,生成物濃度均增加,而且變化量正好等于化學(xué)計(jì)量數(shù)之比,該條件符合要求;使用催化劑,平衡不移動(dòng);充入H2,平衡向左移動(dòng),CH4、H2O的濃度均大于3min時(shí)的濃度。答案:(1)放熱92(2)b催化劑改變了反應(yīng)的歷程,降低了合成氨反應(yīng)的活化能(3)D(4)①0.110.05mol/(L·min)②B【挑戰(zhàn)創(chuàng)新】10.科學(xué)家一直致力于研究常溫、常壓下“人工固氮”的新方法。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(fā)生反應(yīng),生成的主要產(chǎn)物為NH3。進(jìn)一步研究NH3生成量與溫度的關(guān)系,部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)下表(光照、N2壓強(qiáng)1.0×105Pa、反應(yīng)時(shí)間3h):T/K303313323353NH3生成量/×10-6mol4.85.96.02.0相應(yīng)的熱化學(xué)方程式為N2(g)+3H2O(l)2NH3(g)+32O2(g)ΔH=+765.2kJ/mol回答下列問(wèn)題。(1)與目前廣泛使用的工業(yè)合成氨方法相比,該方法中固氮反應(yīng)速率較小。請(qǐng)?zhí)岢隹稍龃笃浞磻?yīng)速率且增大NH3生成量的建議:。

(2)工業(yè)合成氨的反應(yīng)為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。設(shè)在容積為2.0L的密閉容器中充入0.60molN2(g)與1.60molH2(g),反應(yīng)在一定條件下達(dá)到平衡時(shí),NH3的物質(zhì)的量分?jǐn)?shù)(NH3的物質(zhì)的量與反應(yīng)體系中總的物質(zhì)的量之比)為47①該條件下N2的平衡轉(zhuǎn)化率為。

②該條件下反應(yīng)2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的平衡常數(shù)為。

③根據(jù)合成氨反應(yīng)的特點(diǎn)分析,當(dāng)前比較有前途的研究發(fā)展方向是(填字母)。

A.研制耐高壓的合成塔B.采用超大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)C.研制耐低溫復(fù)合催化劑D.探索不用H2與N2合成氨的新途徑解析:(2)①設(shè)反應(yīng)過(guò)程中消耗xmolN2(g)。N2(g)+3H2(g)2NH3(g)起始量/mol0.601.600變化量/molx3x2x平衡量/mol0.60-x1.60-3x2x平