2025版新教材高中化學(xué)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)控課時作業(yè)新人教版選擇性必修1

其次章第四節(jié)一、選擇題1．下列所示是哈伯法制氨的流程圖，其中為提高原料轉(zhuǎn)化率而實行的措施是(B)A．①②③ B．②④⑤C．①③⑤ D．②③④2．下列有關(guān)合成氨工業(yè)的說法中正確的是(C)A．鐵作催化劑可加快反應(yīng)速率，且有利于化學(xué)平衡向合成氨的方向移動B．上升溫度可以加快反應(yīng)速率，且有利于化學(xué)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(tài)所用的時間D．合成氨接受的壓強是1×107～3×107Pa，因為該壓強下鐵觸媒的活性最高解析：運用催化劑只加快反應(yīng)速率，對化學(xué)平衡移動沒有影響，故A說法錯誤；上升溫度，加快反應(yīng)速率，合成氨為放熱反應(yīng)，依據(jù)勒夏特列原理，上升溫度，化學(xué)平衡向逆反應(yīng)方向移動，不利于合成氨，故B說法錯誤；合成氨N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，增大壓強，加快反應(yīng)速率，縮短達到平衡狀態(tài)所用時間，故C說法正確；合成氨接受的壓強是1×107～3×107Pa，考慮對材料的強度和設(shè)備的制造要求，與鐵觸媒的活性之間無關(guān)系，故D說法錯誤。3．在合成氨工業(yè)中，要使氨的產(chǎn)率增大，同時又能提高化學(xué)反應(yīng)速率，可實行的措施有(C)①增大容器體積使壓強減?、跍p小容器體積使壓強增大③上升溫度④降低溫度⑤恒溫恒容，再充入等量的N2和H2⑥恒溫恒壓，再充入等量的N2和H2⑦剛好分別產(chǎn)生的NH3⑧運用催化劑A．②④⑤⑥⑦ B．②③④⑤⑦⑧C．只有②⑤ D．①②③⑤⑧解析：從反應(yīng)速率的角度分析，①④⑦均使化學(xué)反應(yīng)速率降低，②③⑤⑧均使化學(xué)反應(yīng)速率上升，⑥不影響化學(xué)反應(yīng)速率。從平衡移動的角度分析，②④⑤⑦使化學(xué)平衡向右移動，使氨的產(chǎn)率增大，⑥⑧不影響化學(xué)平衡，①③使化學(xué)平衡向左移動。4．合成氨反應(yīng)通常限制在10MPa～30MPa的壓強和400～500℃左右的溫度，且進入合成塔的氮氣和氫氣的體積比為13，經(jīng)科學(xué)測定，在相應(yīng)條件下氮氣和氫氣反應(yīng)所得氨的平衡濃度(體積分數(shù))如表所示：壓強20MPa30MPa500℃19.126.4而實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)條件限制不當C．氨的分解速率大于預(yù)料值D．合成塔中的反應(yīng)并未達到平衡解析：這說明實際合成氨工業(yè)中須要考慮單位時間的產(chǎn)量問題，并未讓合成氨反應(yīng)達到平衡，因為讓反應(yīng)達到平衡須要確定的時間，時間太長得不償失。5．在確定條件下，對于密閉容器中的反應(yīng)：N2＋3H22NH3，下列說法正確的是(A)A．當?shù)獨夂蜌錃馔读媳?物質(zhì)的量之比)為13時，達到平衡時氨的體積分數(shù)最大B．增加鐵觸媒的接觸面積，不行能提高合成氨工廠的年產(chǎn)量C．達到平衡時，氫氣和氨氣的濃度比確定為32D．分別用氮氣和氫氣來表示該反應(yīng)的速率時，數(shù)值大小確定相同解析：當?shù)獨夂蜌錃馔读媳葹?3時，v(N2)v(H2)＝13，兩種原料的轉(zhuǎn)化率相同，故達到平衡時氨的體積分數(shù)最大，A正確；增加鐵觸媒的接觸面積，加快反應(yīng)速率，可以提高合成氨工廠的年產(chǎn)量，B錯誤；平衡時，物質(zhì)的濃度關(guān)系取決于起始量和轉(zhuǎn)化率，所以到平衡時，H2和NH3的濃度比不愿定為32，C錯誤；反應(yīng)速率之比等于化學(xué)計量數(shù)之比，因化學(xué)計量數(shù)不同，則反應(yīng)速率的數(shù)值不同，D錯誤。6．某工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)生反應(yīng)：2X(g)＋Y(g)2M(g)ΔH<0。下列有關(guān)該反應(yīng)的說法正確的是(D)A．工業(yè)上合成M時，確定接受高壓條件，因為高壓有利于M的生成B．若物質(zhì)Y價廉易得，工業(yè)上一般接受加入過量的Y的方法，以提高X和Y的轉(zhuǎn)化率C．工業(yè)上一般接受較高溫度合成M，因溫度越高，反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率越高D．工業(yè)生產(chǎn)中常接受催化劑，因為運用催化劑可提高M的日產(chǎn)量解析：雖然高壓條件有利于M生成，但不愿定都接受高壓條件，如2SO2＋O22SO3，常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，高壓對SO2的轉(zhuǎn)化率影響不大，因而工業(yè)上接受常壓；加入Y，X的轉(zhuǎn)化率提高，但Y的轉(zhuǎn)化率降低；ΔH<0，上升溫度，反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率降低；催化劑可加快化學(xué)反應(yīng)速率。7．對于反應(yīng)N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，在一密閉容器中加入確定量的N2和H2，達到平衡時混合氣體的壓強為p1，快速縮小容器體積使混合氣體的壓強變?yōu)閜2，一段時間后達到新的平衡，此時混合氣體的壓強為p3，則p1、p2、p3的大小關(guān)系是(B)A．p2>p1>p3 B．p2>p3>p1C．p2>p1>p3 D．p2>p1＝p3解析：依據(jù)勒夏特列原理，變更某一外界條件時，平衡只能向減弱這種變更的方向移動。8．已知：2SO2(g)＋O2(g)=2SO3(g)ΔH＝－197.8kJ·mol－1。起始反應(yīng)物為SO2和O2(物質(zhì)的量之比為21，且總物質(zhì)的量不變)SO2的平衡轉(zhuǎn)化率(%)隨溫度和壓強的變更如下表，下列說法不正確的是(B)溫度/K壓強/(105Pa)1.015.0710.125.350.767399.299.699.799.899.972397.598.999.299.599.677393.596.997.898.699.0A.確定壓強下降低溫度，SO2的轉(zhuǎn)化率增大B．在不同溫度、壓強下，轉(zhuǎn)化相同物質(zhì)的量的SO2所須要的時間相等C．運用催化劑可以縮短反應(yīng)達到平衡所需的時間D．工業(yè)生產(chǎn)通常不實行加壓措施是因為常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已相當高解析：由表格數(shù)據(jù)及勒夏特列原理知，針對放熱反應(yīng)，確定壓強下降低溫度，平衡正向移動，反應(yīng)物SO2的轉(zhuǎn)化率增大，A正確；由于在不同溫度、壓強下，化學(xué)反應(yīng)速率不愿定相等，故轉(zhuǎn)化相同物質(zhì)的量的SO2所須要的時間不愿定相等，B錯誤；催化劑對化學(xué)平衡移動無影響，但可以縮短到達平衡所花的時間，C正確；由圖中數(shù)據(jù)可知，不同溫度下，1.01×105Pa(常壓)下SO2的轉(zhuǎn)化率分別為99.2%，97.5%，93.5%，已經(jīng)相當高了，且加壓后轉(zhuǎn)化率上升并不明顯，所以沒有必要通過加壓提高轉(zhuǎn)化率，D正確。9．據(jù)報道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氫氣合成乙醇已成為現(xiàn)實：2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)，下列敘述錯誤的是(B)A．運用Cu-Zn-Fe催化劑可大大提高生產(chǎn)效率B．反應(yīng)需在300℃下進行可推想該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)C．充入大量CO2氣體可提高H2的轉(zhuǎn)化率D．從平衡混合氣體中分別出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率10．某探討小組為探究催化劑對尾氣中CO、NO轉(zhuǎn)化的影響，將含NO和CO的尾氣在不同溫度下，以確定的流速通過兩種不同的催化劑進行反應(yīng)：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)ΔH<0，測量相同時間內(nèi)逸出氣體中NO的含量，從而確定尾氣脫氮率(脫氮率即NO的轉(zhuǎn)化率)，結(jié)果如圖所示。下列說法正確的是(D)①兩種催化劑均能降低反應(yīng)的活化能，但ΔH均不變②相同條件下，變更壓強對脫氮率沒有影響③曲線Ⅱ中的催化劑的最適宜溫度為450℃左右④a點的脫氮率是對應(yīng)溫度下的平衡脫氮率⑤若低于200℃，圖中曲線Ⅰ脫氮率隨溫度上升變更不大的主要緣由是催化劑的活性不高A．①②③ B．①③④C．②③④ D．①③⑤解析：①催化劑可降低反應(yīng)的活化能，但不變更反應(yīng)的ΔH，正確；②該反應(yīng)為氣體分子數(shù)減小的反應(yīng)，變更壓強平衡發(fā)生移動，則變更壓強對脫氮率有影響，錯誤；③由圖可知，曲線Ⅱ中450℃左右脫氮率最大，則曲線Ⅱ中的催化劑的最適宜溫度為450℃左右，正確；④因為該反應(yīng)是放熱反應(yīng)，降低溫度，平衡正向移動，則a點對應(yīng)溫度下的平衡脫氮率應(yīng)大于450℃下的脫氮率，錯誤；⑤催化劑的活性受溫度的影響，則低于200℃時，圖中曲線Ⅰ脫氮率隨溫度上升變更不大的主要緣由是催化劑的活性不高，正確。11．CH4—CO2催化重整可以得到合成氣(CO和H2)，有利于緩解溫室效應(yīng)，其主要反應(yīng)為CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)ΔH＝＋247kJ·mol－1，同時存在以下反應(yīng)：CH4(g)C(s)＋2H2(g)ΔH＝＋75kJ·mol－1(積碳反應(yīng))，CO2(g)＋C(s)2CO(g)ΔH＝＋172kJ·mol－1(消碳反應(yīng))，假設(shè)體系溫度恒定。積碳反應(yīng)會影響催化劑的活性，確定時間內(nèi)積碳量和反應(yīng)溫度的關(guān)系如圖所示。下列說法正確的是(B)A．高壓有利于提高CH4的平衡轉(zhuǎn)化率并削減積碳B．增大CO2與CH4的物質(zhì)的量之比有助于削減積碳C．上升溫度，積碳反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K1減小，消碳反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K2增大D．溫度高于600℃，積碳反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率減慢，消碳反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)速率加快，積碳量削減12．(2024·江蘇南通期中)確定條件下，將確定量的CO2和H2混合氣體通過裝有催化劑的反應(yīng)器可得到甲烷。已知：Ⅰ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH＝＋41kJ·mol－1Ⅱ.CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)ΔH＝－165kJ·mol－1在兩種不同催化劑作用下反應(yīng)相同時間，CO2轉(zhuǎn)化率和生成CH4選擇性隨溫度變更關(guān)系如圖所示eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(CH4選擇性＝\f(CH4的物質(zhì)的量,發(fā)生反應(yīng)的CO2的物質(zhì)的量)×100%))。下列說法不正確的是(D)A．反應(yīng)CO(g)＋3H2(g)=CH4(g)＋H2O(g)ΔH＝－206kJ·mol－1B．在280℃條件下反應(yīng)制取CH4，選擇催化劑A的效果較好C．260～300℃間，運用催化劑A或B，上升溫度時CH4的產(chǎn)率都增大D．M點可能是該溫度下的平衡點，延長反應(yīng)時間，不愿定能提高CH4的產(chǎn)率解析：依據(jù)蓋斯定律反應(yīng)Ⅱ－反應(yīng)Ⅰ可得CO(g)＋3H2(g)=CH4(g)＋H2O(g)ΔH＝－165kJ·mol－1－(＋41kJ·mol－1)＝－206kJ·mol－1，A正確；據(jù)圖可知在280℃條件下反應(yīng)，運用催化劑A時CH4的選擇性更高，B正確；由圖可知，260～300℃間，運用催化劑A或B，上升溫度時CO2的轉(zhuǎn)化率都增大，CH4的選擇性都增大，則產(chǎn)率都增大，C正確；據(jù)圖可知選用催化劑A時，在與M點相同溫度條件下，CO2有更高的轉(zhuǎn)化率，而催化劑不影響平衡，說明M點確定不是平衡點，D錯誤。二、非選擇題13．一種新型煤氣化燃燒集成制氫發(fā)生的主要反應(yīng)如下：Ⅰ.C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)ΔH1Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH2Ⅲ.CaO(s)＋CO2(g)CaCO3(s)ΔH3Ⅳ.C(s)＋2H2O(g)＋CaO(s)CaCO3(s)＋2H2(g)ΔH4＝－64.9kJ·mol－1副反應(yīng)：Ⅴ.C(s)＋2H2(g)CH4(g)ΔH5＝－74.8kJ·mol－1Ⅵ.CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)ΔH6＝－206.1kJ·mol－1回答下列問題：(1)已知反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ的平衡常數(shù)K1、K2隨溫度的變更如圖1、圖2所示。①由反應(yīng)Ⅴ和反應(yīng)Ⅵ可知，ΔH1＝_＋131.3_kJ·mol－1__；反應(yīng)Ⅰ的ΔS_>__(填“>”或“<”)0。②溫度小于800℃時，K1＝0，緣由是_未達到自發(fā)進行的反應(yīng)溫度__。③為提高反應(yīng)Ⅱ中CO的轉(zhuǎn)化率，可實行的措施是增大eq\f(nH2O,nCO)(寫一條)。④T℃時，向密閉容器中充入1molCO(g)和3molH2O(g)，只發(fā)生反應(yīng)Ⅱ，此時該反應(yīng)的平衡常數(shù)K2＝1，CO的平衡轉(zhuǎn)化率為75%。(2)從環(huán)境疼惜角度分析，該制氫工藝中設(shè)計反應(yīng)Ⅲ的優(yōu)點是_削減溫室氣體(CO2)的排放__。(3)起始時在氣化爐中加入1molC、2molH2O及1molCaO，在2.5MPa下，氣體的組成與溫度的關(guān)系如圖3所示。①200～725℃時，CH4的量不斷削減的緣由是反應(yīng)Ⅴ和反應(yīng)Ⅵ均為放熱反應(yīng)，上升溫度平衡逆向移動。②725～900℃時，H2的物質(zhì)的量分數(shù)快速減小，其緣由是_CaCO3起先分解，生成的CO2與H2反應(yīng)__。解析：(1)①依據(jù)蓋斯定律：Ⅴ－Ⅵ可得：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)ΔH1＝－74.8＋206.1＝＋131.3kJ·mol－1；反應(yīng)ⅠC(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的ΔS>0；②反應(yīng)自發(fā)進行須要達到確定的溫度，溫度小于800℃時，K1＝0，緣由是未達到自發(fā)進行的反應(yīng)溫度；③針對CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)反應(yīng)，該反應(yīng)為氣體體積變更為0的反應(yīng)，為提高反應(yīng)Ⅱ中CO的轉(zhuǎn)化率，可實行的措施是增大水蒸氣濃度的方法達到目的；④Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)反應(yīng)，設(shè)一氧化碳變更量為xmol，設(shè)容器的體積為1L，列三段式：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)起始濃度1300變更濃度xxxx平衡濃度1－x3－xxx平衡常數(shù)K＝eq\f(x2,1－x3－x)＝1，x＝0.75mol，所以CO的平衡轉(zhuǎn)化率為75%。(2)依據(jù)CaO(s)＋CO2(g)CaCO3(s)反應(yīng)可知，從環(huán)境疼惜角度分析，該制氫工藝中設(shè)計反應(yīng)Ⅲ的優(yōu)點是削減溫室氣體(CO2)的排放。(3)①反應(yīng)Ⅴ和反應(yīng)Ⅵ均為放熱反應(yīng)，依據(jù)圖像分析可知，200～725℃時，CH4的量不斷削減的緣由是上升溫度平衡逆向移動。②725～900℃時，碳酸鈣發(fā)生分解，產(chǎn)生的二氧化碳與氫氣反應(yīng)，氫氣的量減小，H2的物質(zhì)的量分數(shù)快速減小。14．甲醇是一種重要的有機化工原料，需求量巨大。我國獨創(chuàng)的聯(lián)醇工藝的核心是接受一氧化碳加氫中壓合成法，主要反應(yīng)如下：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH＝－111.0kJ·mol－1另有副反應(yīng)：4CO＋2H2O=3CO2＋CH4等；中壓法操作：壓力為10～15MPa，溫度限制在513～543K，所用催化劑是CuO－ZnO－Al2O3。合成甲醇的流程如圖所示：請回答：(1)實際生產(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，指出兩點理由：_既可以防止或削減副反應(yīng)發(fā)生，又可帶走反應(yīng)熱避開催化劑過熱而中毒__。(2)實行10～15MPa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)備強度，故宜實行經(jīng)濟效益較好的壓力__；溫度限制在513～543K的緣由是_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，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為H2S＋CaO=CaS＋H2O。(4)若CO的轉(zhuǎn)化率為80%，當有22.4m3(標準狀況)CO與過量H2充分反應(yīng)(不計其他副反應(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)放出的熱量。(2)CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)ΔH＝－111.0kJ·mol－1，正反應(yīng)是氣體體積縮小的反應(yīng)，增大壓強雖然有利于平衡正向移動，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)備強度，故宜實行經(jīng)濟效益較好的壓力；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H2S＋CaO=CaS＋H2O。(4)依據(jù)CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)得1mol的一氧化碳生成32×10－3kg的甲醇，22.4m3(標準狀況)的物質(zhì)的量為eq\f(22.4×103,22.4)＝103mol，所以可制得純度為96%的甲醇的質(zhì)量為eq\f(103×80%×32×10－3,96%)≈26.67kg，依據(jù)CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)ΔH＝－111.0kJ·mol－1，1molCO完全反應(yīng)放出111kJ的熱量，103mol×80%＝800mol，所以放出熱量為111×800＝8.88×104(kJ)。15．工業(yè)合成氨的反應(yīng)為：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92kJ·mol－1(1)依據(jù)下表數(shù)據(jù)計算x＝_946__?；瘜W(xué)鍵H—HN—HN≡N鍵能/kJ·mol－1436386x(2)在體積為VL的恒容密閉容器中發(fā)生上述反應(yīng)，其平衡常數(shù)K與溫度T的關(guān)系如表：T/K298398498平衡常數(shù)K4.1×106K1K2①推斷K1_>__K2。(填“>”“＝”或“<”)②398K時進行合成氨反應(yīng)，下列能說明該反應(yīng)已達到平衡狀態(tài)的是_AC__。(填字母)A．混合氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變B．v正(N2)＝3v逆(H2)C．容器內(nèi)壓強保持不變D．混合氣體的密度保持不變(3)甲同學(xué)為了探究外界條件對反應(yīng)的影響，以c0mol·L－1H2參加合成氨反應(yīng)，在a、b兩種條件下分別達到平衡，測得H2的濃度與反應(yīng)時間的關(guān)系如圖甲所示。①a條件下，0～t0的平均反應(yīng)速率v(N2)＝eq\f(c0－c1,3t0)mol·L－1·min－1。②相對a而言，b可能變更的條件是_增加N2濃度__。③在a條件下，t1時刻將容器容積壓縮至原來的eq\f(1,2)，t2時刻重新建立平衡狀態(tài)。則圖甲中在t1到t2時刻c(H2)的變更曲線可能為_B__(填“A”“B”“C”或“D”)。(4)乙同學(xué)向一恒溫恒壓容器中充入9molN2和23molH2，模擬合成氨的反應(yīng)，圖乙表示溫度T時平衡混合物中氨氣的體積分數(shù)與總壓強(p)的關(guān)系。若體系在60MPa下達到平衡。①此時N2的平衡分壓為_9__MPa。(分壓＝總壓×物質(zhì)的量分數(shù))②經(jīng)計算可得此時的平衡常數(shù)Kp＝_0.043_MPa－2__。(用平衡分壓代替平衡濃度計算，結(jié)果精確到0.001)解析：(1)ΔH＝反應(yīng)物的總鍵能－生成物的總鍵能＝[(x＋3×436)－(2×3×386)]kJ·mol－1＝－92kJ·mol－1，解得x＝946。(2)①反應(yīng)ΔH<0，說明反應(yīng)放熱，上升溫度反應(yīng)逆向進行，則溫度越高K值越小，所以K1>K2；②反應(yīng)前后質(zhì)量守恒，m不變，氣體物質(zhì)的量發(fā)生變更，所以平均摩