人教版高中化學(xué)選擇性必修1第2章化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡分層作業(yè)11化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控含答案

分層作業(yè)11化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控A級必備知識基礎(chǔ)練題組1.工業(yè)合成氨及適宜條件的選擇1.合成氨工業(yè)中采用循環(huán)操作,主要原因是()A.降低氨的沸點B.提高氮氣和氫氣的利用率C.增大化學(xué)反應(yīng)速率D.提高平衡混合物中氨的含量2.(2024·浙江臺州八校聯(lián)考)下列關(guān)于工業(yè)合成氨的說法正確的是()A.工業(yè)合成氨采用10MPa~30MPa的壓強,是因為該條件下催化劑的活性最好B.選擇不同的催化劑會改變此反應(yīng)ΔH的數(shù)值C.合成氨工業(yè)中采用低溫以提高平衡轉(zhuǎn)化率D.合成氨工業(yè)中增大N2的濃度,可提高H2的轉(zhuǎn)化率3.工業(yè)合成氨是人類科學(xué)技術(shù)的一項重大突破,其反應(yīng)為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。在不同溫度、壓強下,平衡混合物中氨的含量如下表所示。下列有關(guān)說法錯誤的是()溫度氨的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.8A.最早工業(yè)化生產(chǎn)氨的原理為N2+CaC2+3H2O2NH3↑+CaCO3+C,但是成本過高,無法大規(guī)模生產(chǎn)B.為了防止催化劑中毒,合成氨的原料氣必須經(jīng)過凈化處理C.該反應(yīng)的ΔH<0,ΔS<0,在高溫下一定能自發(fā)進行D.增大壓強,平衡正向移動,符合勒夏特列原理題組2.工業(yè)生產(chǎn)中適宜條件的選擇4.“碳儲科學(xué)”主要研究方向涉及CO2的捕獲、轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域。高濃度的K2CO3溶液可作為CO2的捕獲劑,為了更好地捕獲CO2,控制壓強合理的是()A.常壓 B.高于常壓C.低于常壓 D.無法確定5.(2024·山西太原檢測)CH4還原CO2是實現(xiàn)“雙碳”經(jīng)濟的有效途徑之一。相關(guān)的主要反應(yīng)為CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH>0。下列條件有利于提高CO2平衡轉(zhuǎn)化率的是()A.低溫低壓 B.低溫高壓C.高溫低壓 D.高溫高壓6.(2024·陜西西安檢測)金屬鈦具有良好的耐高低溫、抗酸堿、高強度和低密度等優(yōu)良特性,廣泛應(yīng)用于航空航天、醫(yī)療器械等領(lǐng)域。TiCl4的一種制備方法為TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)TiCl4(g)+2CO(g)ΔH=-51kJ·mol-1。下列說法正確的是()A.正反應(yīng)只有在高溫下才能自發(fā)進行B.恒溫恒容條件下,混合氣體的密度保持不變能說明該反應(yīng)達到平衡狀態(tài)C.該反應(yīng)在工業(yè)生產(chǎn)中的適宜條件是低溫、低壓D.恒溫恒容條件下,向平衡體系中再加入少量CO(g),TiCl4(g)的體積分數(shù)將增大7.丁烯是一種重要的化工原料,可由丁烷催化脫氫制備。已知:①C4H10(g)+12O2(g)C4H8(g)+H2O(g)ΔH1=-119kJ·mol②H2(g)+12O2(g)H2O(g)ΔH2=-242kJ·mol丁烷(C4H10)脫氫制丁烯(C4H8)的熱化學(xué)方程式為C4H10(g)C4H8(g)+H2(g)ΔH3。下列措施一定能提高該反應(yīng)中丁烯平衡產(chǎn)率的是()A.增大壓強,升高溫度B.升高溫度,減小壓強C.降低溫度,增大壓強D.減小壓強,降低溫度B級關(guān)鍵能力提升練8.硫酸工業(yè)中生產(chǎn)SO3的反應(yīng)為2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=-196.6kJ·mol-1。溫度平衡時SO2的轉(zhuǎn)化率0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa40097.598.999.299.699.750085.692.994.997.798.3根據(jù)反應(yīng)原理和上表中數(shù)據(jù)分析下列敘述錯誤的是()A.實際生產(chǎn)中可以通過通入過量的空氣來提高SO2的轉(zhuǎn)化率B.常壓下SO2的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)比較大,所以實際生產(chǎn)中沒必要增大成本采用高壓C.生產(chǎn)中采用溫度400~500℃主要是考慮催化劑的活性溫度從而提高反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率D.尾氣中的SO2必須回收循環(huán)利用防止污染環(huán)境并提高原料的利用率9.燃煤電廠鍋爐尾氣中含有氮氧化物(主要成分NO),可通過反應(yīng):4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)ΔH=-1627.7kJ·mol-1,進行尾氣處理。在恒壓、反應(yīng)物起始物質(zhì)的量之比一定的條件下,反應(yīng)相同時間,NO的轉(zhuǎn)化率在不同催化劑作用下隨溫度變化的曲線如圖所示。下列說法一定正確的是()A.升高溫度、增大壓強均可提高反應(yīng)中NO的平衡轉(zhuǎn)化率B.綜合考慮,催化劑B的性能優(yōu)于催化劑AC.圖中X點所示條件下,反應(yīng)時間足夠長,NO的轉(zhuǎn)化率能達到Y(jié)點的值D.圖中Z點到W點NO的轉(zhuǎn)化率降低的原因是平衡逆向移動10.反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均會在工業(yè)生產(chǎn)硝酸過程中發(fā)生,其中反應(yīng)Ⅰ、Ⅱ發(fā)生在氧化爐中,反應(yīng)Ⅲ發(fā)生在氧化塔中,不同溫度下各反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)如下表所示。下列說法正確的是()溫度化學(xué)平衡常數(shù)反應(yīng)Ⅰ:4NH3+5O24NO+6H2O反應(yīng)Ⅱ:4NH3+3O22N2+6H2O反應(yīng)Ⅲ:2NO+O22NO25001.1×10267.1×10341.3×1027002.1×10192.6×10251.0A.氧化爐出氣在進入氧化塔前應(yīng)進一步提高溫度B.通過改變氧化爐的溫度或壓強都可促進反應(yīng)Ⅰ而抑制反應(yīng)ⅡC.溫度為500K時,反應(yīng)Ⅰ平衡常數(shù)表達式為K=cD.使用選擇性催化反應(yīng)Ⅰ的催化劑可增大氧化爐中NO的含量11.(2024·廣東清遠名校聯(lián)考)向恒容密閉容器中充入物質(zhì)的量之比為1∶1的CO和H2,進行反應(yīng):CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g),測得不同壓強下H2的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化情況如圖所示。下列有關(guān)說法正確的是()A.該反應(yīng)的ΔH<0B.M、N點時均表示平衡狀態(tài),故M、N點時的正反應(yīng)速率一定相等C.降低溫度,H2的轉(zhuǎn)化率可達到100%D.工業(yè)上用此法制取甲烷應(yīng)采用更高的壓強12.工業(yè)上用CO2和H2合成甲醇涉及以下反應(yīng):Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2在催化劑作用下,將1molCO2和2molH2的混合氣體充入一恒容密閉容器中進行反應(yīng),達到平衡時,CO2的轉(zhuǎn)化率和容器中混合氣體的平均相對分子質(zhì)量隨溫度變化如圖。下列判斷合理的是()已知:平衡時甲醇的選擇性為生成甲醇消耗的CO2在CO2總消耗量中的占比。A.ΔH1<0,ΔH2<0B.250℃前以反應(yīng)Ⅱ為主C.T℃時,平衡時甲醇的選擇性為60%D.為同時提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率和平衡時甲醇的選擇性,應(yīng)選擇的反應(yīng)條件為高溫、高壓C級學(xué)科素養(yǎng)拔高練13.近年來我國大力加強溫室氣體CO2催化氫化合成甲醇技術(shù)的工業(yè)化量產(chǎn)研究,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。(1)已知:①CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH1=+41.1kJ·mol-1K1②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH2=-90.0kJ·mol-1K2寫出CO2催化氫化合成甲醇的熱化學(xué)方程式:;用K1、K2表示此反應(yīng)的化學(xué)平衡常數(shù)K=。

(2)為提高CH3OH(g)的產(chǎn)率,理論上應(yīng)采用的條件是(填字母)。

a.高溫高壓 b.低溫低壓c.高溫低壓 d.低溫高壓(3)250℃時,在恒容密閉容器中由CO2(g)催化氫化合成CH3OH(g),如圖為不同投料比[n(H2)n(CO2)]時某反應(yīng)物X的平衡轉(zhuǎn)化率的變化曲線。反應(yīng)物X是(填(4)250℃時,在容積為2.0L的恒容密閉容器中加入6molH2、2molCO2和催化劑,10min后反應(yīng)達到平衡,測得c(CH3OH)=0.75mol·L-1。①前10min內(nèi)H2的平均反應(yīng)速率v(H2)=mol·L-1·min-1。

②化學(xué)平衡常數(shù)K=。

③下列描述中能說明上述反應(yīng)已達平衡的是(填字母)。

a.3v正(H2)=v逆(CH3OH)b.容器中氣體壓強不隨時間而變化c.c(H2)∶c(CO2)=1∶1d.容器中氣體平均相對分子質(zhì)量不隨時間而變化④催化劑和反應(yīng)條件與反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)物的選擇性高度相關(guān)。控制相同投料比和相同反應(yīng)時間,四組實驗數(shù)據(jù)如下:實驗編號溫度催化劑CO2的轉(zhuǎn)化率/%甲醇的選擇性/%A543Cu/ZnO納米棒12.342.3B543Cu/ZnO納米片11.972.7C553Cu/ZnO納米棒15.339.1D553Cu/ZnO納米片12.070.6根據(jù)上表所給數(shù)據(jù),用CO2生產(chǎn)甲醇的最優(yōu)條件為(填實驗編號)。

分層作業(yè)11化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控1.B解析一定溫度和壓強條件下,氨的沸點是固定的,不會因為循環(huán)操作而改變,A錯誤;合成氨工業(yè)采用循環(huán)操作,主要是為了提高氮氣和氫氣的濃度,使反應(yīng)平衡正向移動,從而可提高氮氣和氫氣的利用率,提高經(jīng)濟效益和產(chǎn)率,B正確,C錯誤;合成氨工業(yè)采用循環(huán)操作的主要目的是提高反應(yīng)物N2、H2的利用率,不會提高平衡體系中氨的含量,D錯誤。2.D解析合成氨工業(yè)采用10MPa~30MPa,使反應(yīng)速率快,且有利于提高平衡混合物中氨的含量,A錯誤;催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)速率,不能改變反應(yīng)ΔH的數(shù)值,B錯誤;合成氨反應(yīng)若采用低溫可提高平衡轉(zhuǎn)化率,但溫度降低會使化學(xué)反應(yīng)速率減小,達到平衡所用時間變長,在實際生產(chǎn)中采用的溫度為400~500℃,C錯誤;增大一種反應(yīng)物的濃度,可提高其他反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率,D正確。3.C解析早期生成氨需要CaC2,其價格相對較高,且反應(yīng)劇烈,不適宜大規(guī)模生產(chǎn),A正確;使用催化劑時要防止其中毒而失去催化活性,B正確;該反應(yīng)的ΔH<0,ΔS<0,若自發(fā)進行要滿足該反應(yīng)的ΔH-TΔS<0,故高溫下該反應(yīng)不能自發(fā)進行,C錯誤;增大壓強,合成氨反應(yīng)正向進行,可提高平衡混合氣中氨的含量,符合勒夏特列原理,D正確。4.B解析反應(yīng)K2CO3(aq)+CO2(g)+H2O(g)2KHCO3(aq)正向為氣體體積縮小的反應(yīng),適當(dāng)加壓可增大CO2在K2CO3溶液中的溶解度,有利于平衡正向移動,便于吸收CO2。5.C解析該反應(yīng)的正反應(yīng)是氣體總體積增大的吸熱反應(yīng),升高溫度、減小壓強,均有利于平衡正向移動,可提高CO2的平衡轉(zhuǎn)化率。6.B解析正反應(yīng)的ΔH<0、ΔS>0,任意溫度下均能自發(fā)進行,A錯誤;反應(yīng)過程中混合氣體總質(zhì)量不斷變化,恒容條件下,混合氣體總體積始終不變,當(dāng)混合氣體的密度保持不變時,說明該反應(yīng)達到平衡狀態(tài),B正確;低溫、低壓條件下反應(yīng)速率慢,實際生產(chǎn)中不具有經(jīng)濟效益,C錯誤;向平衡體系中再加入少量CO(g),平衡逆向移動,TiCl4(g)的體積分數(shù)將減小,D錯誤。7.B解析根據(jù)蓋斯定律,由①-②可得:C4H10(g)C4H8(g)+H2(g),則ΔH3=ΔH1-ΔH2=(-119kJ·mol-1)-(-242kJ·mol-1)=+123kJ·mol-1。要提高該反應(yīng)中丁烯的平衡產(chǎn)率,應(yīng)使平衡正向移動,可采取的措施是減小壓強、升高溫度。8.C解析空氣的成本較低,在實際生產(chǎn)中,通入過量的空氣,反應(yīng)物濃度增大,反應(yīng)速率加快,平衡正向移動,同時可提高成本較高的二氧化硫的轉(zhuǎn)化率,A正確;由表格數(shù)據(jù)可知,在常壓及400~500℃時,二氧化硫的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高,繼續(xù)增大壓強,雖然二氧化硫的平衡轉(zhuǎn)化率會提高,但不明顯,且會增加設(shè)備成本,增大投資和能量消耗,B正確;生成SO3的反應(yīng)為放熱反應(yīng),從理論上分析,溫度越低越有利于平衡正向移動,但溫度過低反應(yīng)速率太小,且影響催化劑的催化活性,故工業(yè)上選擇溫度400~500℃,主要原因是考慮催化劑的活性最佳,C錯誤;尾氣中的SO2必須回收循環(huán)利用,防止污染環(huán)境并提高原料的利用率,D正確。9.C解析正反應(yīng)是放熱反應(yīng),升高溫度平衡左移,反應(yīng)中NO的平衡轉(zhuǎn)化率降低,A錯誤;在溫度比較低條件下催化劑A的催化活性更強,催化劑A的性能優(yōu)于催化劑B,B錯誤;催化劑A的性能優(yōu)于催化劑B,相同時間內(nèi)Y點NO轉(zhuǎn)化率大,但催化劑不會使平衡移動,X和Y的溫度相同,最終平衡狀態(tài)一致,所以反應(yīng)時間足夠長,NO的轉(zhuǎn)化率能達到Y(jié)點的值,C正確;圖中Z點到W點NO的轉(zhuǎn)化率降低是因為溫度過高降低了催化劑的活性,D錯誤。10.D解析氧化爐出氣在進入氧化塔前應(yīng)降低溫度,提高氨氣的轉(zhuǎn)化率,A錯誤;升高溫度,反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ的平衡常數(shù)均減小,則正反應(yīng)均為放熱反應(yīng),無法通過改變氧化爐的溫度促進反應(yīng)Ⅰ而抑制反應(yīng)Ⅱ,反應(yīng)Ⅰ和反應(yīng)Ⅱ正反應(yīng)均為氣體體積增大的反應(yīng),無法通過改變氧化爐的壓強促進反應(yīng)Ⅰ而抑制反應(yīng)Ⅱ,B錯誤;溫度為500K時,水為氣態(tài),反應(yīng)Ⅰ的平衡常數(shù)表達式為K=c4(NO)·c6(H2O)c4(11.A解析由圖可知,壓強一定時,隨著溫度的升高,H2的平衡轉(zhuǎn)化率降低,說明平衡向逆反應(yīng)方向移動,則正反應(yīng)為放熱反應(yīng),ΔH<0,A正確;M、N點時的壓強、溫度不同,達到的平衡狀態(tài)也不同,無法比較M、N點時正反應(yīng)速率的大小,B錯誤;此反應(yīng)是可逆反應(yīng),反應(yīng)物不能完全轉(zhuǎn)化為生成物,降低溫度,H2的轉(zhuǎn)化率不可能達到100%,C錯誤;控制合適的溫度和壓強,既能使反應(yīng)速率較快,也能使反應(yīng)物有較高的轉(zhuǎn)化率,采用更高的壓強對設(shè)備的要求更高,增加經(jīng)濟成本,且400~600K、1.01×106Pa時,H2的平衡轉(zhuǎn)化率已經(jīng)較高,D錯誤。12.C解析根據(jù)反應(yīng)方程式、平衡時CO2的轉(zhuǎn)化率及平均相對分子質(zhì)量的變化趨勢可知,反應(yīng)Ⅰ為放熱反應(yīng),反應(yīng)Ⅱ為吸熱反應(yīng),A錯誤;當(dāng)溫度高于250℃,CO2的轉(zhuǎn)化率隨溫度的升高而增大,則250℃以后以反應(yīng)Ⅱ為主,B錯誤;T℃時,CO2的轉(zhuǎn)化率為50%,平均相對分子質(zhì)量為20,混合氣體總物質(zhì)的量為44+2×220mol=2.4mol則CO2為0.5mol,設(shè)甲醇為xmol,CO為ymol,x+y=0.5,n(H2)=2mol-(3x+y)mol,n(H2O)=(x+y)mol,n(CH3OH)+n(CO)+n(CO2)+n(H2)+n(H2O)=2.4mol,解得n(CH3OH)=0.3mol,n(CO)=0.2mol,甲醇的選擇性為0.30.5×100%=60%,C正確;反應(yīng)Ⅰ13.答案(1)3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH=-48.9kJ·mol-1K1·K2(2)d(3)CO2(4)①0.225②163③bd④解析(1