高中化學同步講義選擇性必修1：化學反應的調(diào)控（精練）（解析版）

2.4化學反應的調(diào)控

題組一工業(yè)上合成氨

1(2021?內(nèi)蒙古?包頭市第四中學高二期中)工業(yè)合成氨的反應為：N2(g)+3H2(g)/2NH3(g)

AH-92.4kJ.mol1,該反應在一定條件下的密閉容器中進行。下列說法正確的是

A.達到平衡時，反應速率：v(正)=v(逆)=0

B.當N?、匕、NH,的濃度比為1：3：2時，說明反應達到平衡

C.使用催化劑可同時加快正、逆反應速率，提高生產(chǎn)效率

D.若在密閉容器加入1mol此和過量的充分反應，放出熱量92.4kJ

【答案】C

【解析】A.化學平衡是動態(tài)平衡，達到平衡時，正反應速率和逆反應速率相等，但不等于0,故A錯誤;

B.N2、H2、NH3的濃度之比為1：3：2不能說明正逆反應速率相等，無法判斷反應是否達到平衡，故B錯

誤；

C.合成氨反應使用催化劑，可同時加快正、逆反應速率，可提高單位時間內(nèi)氨氣的產(chǎn)率，提高生產(chǎn)效率,

故C正確；

D.合成氨反應是可逆反應，可逆反應不可能完全反應，則在密閉容器加入1mol氮氣和過量的氫氣充分反

應，反應放出熱量小于92.4kJ,故D錯誤；

故選C。

2.工業(yè)上利用反應N2+3H2T化聯(lián)'2NH3合成氨。一定條件下，該反應體系中NH、的濃度隨時間的變化

關系如圖所示：

c(NH,)(10'molL)

A.N&的濃度不再發(fā)生變化B.正、逆反應速率均為零

1

C.反應處于動態(tài)平衡D.反應達到限度

【答案】B

【解析】A.由圖示可知，5h后，反應達到平衡狀態(tài)，各物質(zhì)濃度不變，NH3的濃度不再發(fā)牛變化，A正

確；

B.可逆反應的平衡狀態(tài)為動態(tài)平衡，平衡時正逆反應速率相等，但不等于零，B錯誤；

C.可逆反應的平衡狀態(tài)為動態(tài)平衡，平衡時正逆反應速率相等，C正確；

D.當可逆反應達到平衡狀態(tài)時，反應達到限度，D正確；

答案選B。

3.工業(yè)上利用反應N,+3H,圖翁:.攀'2NH,合成氨。該反應為放熱反應，下列有關描述中，不正確的是

A.反應中斷裂H?的化學鍵要吸收能量B.反應中形成NH’的化學鍵要釋放能量

C.反應物的總能量比生成物的高D.化合反應都是放熱反應

【答案】D

【解析】A.舊鍵斷裂吸收能量，則反應中斷裂H?的化學鍵要吸收能量，A正確；

B.新鍵形成釋放能量，反應中形成N&的化學鍵要釋放能量，B正確：

C.該反應為放熱反應，則反應物的總能量比生成物的高，C正確；

D.化合反應不一定是放熱反應，如CO2和C的化合反應，是吸熱反應，D錯誤；

故選：D。

4.工業(yè)合成氨反應為：N,+3H2「w.黑金，2NH3,該反應若在密閉容器中進行，下列有關說法正確的是

A.減壓可以提高NH3產(chǎn)量

B.使用催化劑可加快反應速率

C.升高溫度可以實現(xiàn)N2的完全轉(zhuǎn)化

D.平衡時NH3的物質(zhì)的量是N2的兩倍

【答案】B

【解析】A.減小壓強，平衡向氣體系數(shù)和增大的方向移動，減小壓強N?+3H2.裁靠2NH3平衡逆向

移動，所以減壓可以降低NH3產(chǎn)量，故A錯誤；

B.催化劑能降低反應活化能，提高反應速率，使用催化劑可加快N,+3H,.塌端2NH.反應速率，故B

正確;

2

C.2+3凡.化繪-2NH、是可逆反應，可逆反應中反應物不可能完全轉(zhuǎn)化為生成物，故C錯誤；

D.2+3凡二,普舞tNH、平衡時各物質(zhì)濃度不變，但NH3的物質(zhì)的量不一定是N2的兩倍，故D錯誤;

選Bo

5.(2022?云南?昆明一中高二期末)合成氨反應為：N2(g)+3H2(g).,2NH?(g)△H=-92.4kJ-moH。下列

說法正確的是

A.合成氨反應在任何溫度下都能自發(fā)

B.lmolN2與過量H2充分反應放熱92.4kJ

C.合成氨實際生產(chǎn)中選擇高壓和低溫

D.將氨液化分離，可促進平衡正移及循環(huán)利用氮氣和氫氣

【答案】D

【解析】A.合成氨時放熱且燧減的反應，根據(jù)AG=A”-TAS<0能自發(fā)可知，該反應低溫下能自發(fā)，A錯誤；

B.該反應為可逆反應，不能完全進行，因此1molN2與過量Hz充分反應放熱小于92.4kJ,B錯誤；

C.為了加快反應速率，實際生產(chǎn)中選擇高壓(10-2()MPa)和高溫(400℃-500℃),C錯誤；

D.氨氣易液化，液化分離后生成物減少，平衡正向移動，沒有液化的比和N2可以繼續(xù)放入反應器中反應，

循環(huán)利用，D正確；

故選D。

6.完成下列問題。

⑴工業(yè)合成氨的反應為NKg)+3H?(g)?2NH3(g)。設在容積為2.()L的密閉容器中充入().60molN2(g)和

1.60molH2(g),反應在一定條件下達到平衡時，NH,的物質(zhì)的量分數(shù)(N5的物質(zhì)的量與反應體系中總的物

4

質(zhì)的量之比)為1,試計算：

①該條件下H?平衡轉(zhuǎn)化率為,H2的物質(zhì)的量分數(shù)為(小數(shù)點后保留一位)。

②該條件下N,的平衡轉(zhuǎn)化率(小數(shù)點后保留一位)。

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

(2)已知：H—H鍵的鍵能為436kJ-mo『，H—N鍵的鍵能為391kJ-mo「，NmN鍵的鍵能為946kJ-moL,

則N2與H2反應生成NH,的熱化學方程式為o

⑶已知4NH3(g)+5O2(g)HNO(g)+6H2。⑴△H=fkJ/mol。蒸發(fā)ImolH?。。)需要吸收的能量為44kJ,

3

其他相關數(shù)據(jù)如下表所示:

NO(g)(

NH,(g)3(g)H2Og)

Imol分子中的化學鍵斷裂時需

abzd

要吸收的能量/kJ

表中z的大小用X、a、b、d表示為

（4）常溫常壓下，1.5g火箭燃料二甲基朋（C'—NH—NH—（2凡）完全燃燒放出50kJ熱量，則二甲基肺的燃

燒熱為?

【答案】⑴75%28.6%66.7%0.005

⑵N2(g)+3H?(g)2NH3(g)AH=-92kJmor'

「4a+5b-6d+x-264

⑶—4

(4)2(X)0kJmor1

N2（g）+3H2（g）.-2NH,（g）

起始（mol）0.601,600

【解析】（1）由三段式可知：心/J/,c達到平衡時，NH3的物質(zhì)的量分數(shù)（NH：

轉(zhuǎn)化（mol）x3x2x

平衡（mol）0.60-x1.60-3x2x

的物質(zhì)的量與反應體系中總的物質(zhì)的量之比）為三4，則2x彳<440.4mol；①該條件下H?平衡轉(zhuǎn)化率為

72.20-2x7

3100%=75%,H的物質(zhì)的量分數(shù)為粵粵等號100%?28.6%。②該條件下N的平衡轉(zhuǎn)

公."22

1.60mol2.20mol-2x0.4mol

化率鑒粵:xl00%=66.7%。③反應后氮氣、氫氣、氨氣的物質(zhì)的濃度分別為幽粵羋喇=0.hnol/L、

0.60mol2.0L

1.60mol-3x0.4mol八八1,T2x0.4mol,1一々/4］「一,z/\\mg

--------------------=0.2mol/L、一——=0.4mol/L,則該條件下反應N2（g）+3H2（g）.2NH3（g）的平衡

N.ULrZ.UL

常數(shù)為亓=200,反應2NH3（g）.型信卡乩㈤的平衡常數(shù)為《二六打皿：

（2）反應焰變=反應物鍵能總和-生成物鍵能總和；則N?與凡反應生成NH3的熱化學方程式:

1

N2(g)+3H2(g)2NH,(g)△"=946kJmol'+Sx436kJmor'-2x3x391kJ-mol'=-92kJ-moP;

（3）蒸發(fā)ImolH?。⑴需要吸收的能量為44kJ,則蒸發(fā)6mol凡0⑴需要吸收的能量為264kJ,反應焰變=

4a+5b-6d+x-264

反應物鍵能總和-生成物鍵能總和;則-x+264=4a+5bdz-6d,z=---------------------

4

（4）燃燒熱是在101kPa時，Imol物質(zhì)完全燃燒生成穩(wěn)定的氧化物時所放出的熱量；1.5g

4

CH,—NH—NH—C4的物質(zhì)的量為二A=0.025mol,則ImolCH,—NH—NH—C4完全燃燒放出

oOg/mol

50

——=2000kJmoE1?

0.025

7.某學習小組在實驗室用N?和H?模擬工業(yè)合成氨。某溫度下，在容積恒定為2.0L的密閉容器中充入

2.0molN2和2.0molH2,一段時間后反應達到平衡狀態(tài)。

(1)已知在該條件下，?與H?反應生成NH,,每轉(zhuǎn)移3.0mol電子放出46.0EJ的熱量，則該反應的熱化學方

程式為.

(2)一定條件下，能說明該反應達到平衡狀態(tài)的是(填標號)。

A.NH,的物質(zhì)的量不再改變B.反應停止進行

C.N?、比和NH、的反應速率之比為1：3：2D.混合氣體總壓強不再改變

(3)反應過程中的實驗數(shù)據(jù)如下表所示：

t/min01246

n（NH,）/mol00.240.360.400.40

①4min內(nèi)用N2表示的平均反應速率為。

②平衡時H2的物質(zhì)的量濃度為。

【答案】⑴N式g)+3H?(g).2NH,(g)AH=-92.0kJmor'

(2)AD

(3)0.025molL'-min'0.7mol-L'

【解析】(1)M與H2反應生成NH3,每轉(zhuǎn)移3.0mol電子生成ImolNfft,即生成ImolNH3放出46.0kJ的熱

量，則該反應的熱化學方程式為N?(g)+3H2(g).2NH,(g)AH=-92.0kJmor'D

(2)A.反應達到平衡狀態(tài)，各物質(zhì)濃度不再改變，NH3的物質(zhì)的量不再改變，說明反應達到平衡狀態(tài)，

故選A；B.反應達到平衡狀態(tài)，正逆反應速率相等但不等于0,反應沒有停止，故B錯誤；C.任意

時刻，反應速率比等于系數(shù)比，N”％和NH,的反應速率之比為1：3：2,反應不一定平衡，故不選C；

D.反應前后氣體總物質(zhì)的量不同，容器體積不變，壓強是變量，混合氣體總壓強不再改變，反應一定達到

平衡狀態(tài)，故選D；選AD。

5

(3)①4min內(nèi)生成0.4moINH3,則消耗0.2molN2,用N,表示的平均反應速率為..=

2Lx4min

OmSmolL'-rnin'o②平衡時生成0.4molNH3,則消耗0.6molH2,也的物質(zhì)的量濃度為生嚶㈣=

0.7molL'?

8.氮及其化合物在生產(chǎn)、生活中有著重要作用。請回答下列問題：

⑴工業(yè)合成氨的反應N2(g)+3H?(g)峰為2NE(g)是一個可逆反應，反應條件是高溫、高壓，并且需要合適

的催化劑。已知斷裂Imol相應化學鍵需要的能量如下：

化學鍵H-HN-HN三N

能量436kJ391kJ946kJ

若反應生成ImolNHKg),可(填“吸收”或"放出”)熱量______kJ；實驗室模擬工業(yè)合成氨時，在容積

為2L的密閉容器內(nèi)，反應經(jīng)過10分鐘后，生成lOmol氨氣，則用氮氣表示的化學反應速率是

molL'min'o

(2)汽車尾氣中含有的NO是造成城市空氣污染的主要因素之一，通過NO傳感器可監(jiān)測汽車尾氣中NO含

量，其工作原理如圖所示：

NiO電極為(填“正極”或"負極”)。Pt電極上發(fā)生的電極反應式為。當電路中有Imol電子發(fā)

生轉(zhuǎn)移時，消耗NO的體積為L(標準狀況下)。

(3)一種新型催化劑能使NO和CO發(fā)生反應2cO+2NO脩為N2+2C02o為驗證溫度和催化劑的比表面積對

化學反應速率的影響規(guī)律，某同學設計了如下三組實驗。

實驗編號T(℃)NO初始濃度(mol/L)CO初始濃度(mol/L)催化劑的比表面積(m2/g)

I2801.20x1O-35.80x10-382

II2801.20x10-3b124

in350a5.80x1O-382

?a=_____

6

②能驗證溫度對化學反應速率影響規(guī)律的實驗是(填實驗編號)。

③恒溫恒容條件下，不能說明該反應已達到平衡狀態(tài)的是(填序號)。

a.容器內(nèi)的壓強保持不變

b.容器內(nèi)各氣體的物質(zhì)的量之比為2：2：1：2

C.V迪(CC)2)=ViE(NO)

d.容器內(nèi)混合氣體密度不再改變

【答案】(1)放出460.25

(2)負極C)2+4e=2O3H.2

(3)1.20x10-3I、IIIbd

【解析】⑴熠變=反應物總鍵能-生成物總鍵能，N2(g)+3H2(g)簿為2NH3(g)

AH=(946+436x3-391x6)=-92KJ/mol,則生成ImoINH,放出46KJ的能量；在容積為2L的密閉容器內(nèi)，反

應經(jīng)過10分鐘后，生成lOmol氨氣，則反應消耗5mO1N2,則用氮氣表示的化學反應速率是=0.25

2Lxl0min

mol-L'min10

(2)根據(jù)圖示，NiO電極NO生成NCh,N元素化合價升高，發(fā)生氧化反應，NiO電極為負極。氧氣在Pt

電極得電子生成氧離子，電極反應式為。2+40=20=負極反應為NO-2e-+()2-=NO2，當電路中有Imol

電子發(fā)生轉(zhuǎn)移時，消耗0.5molNO,標準狀況下的體積為11.2L。

(3)①驗證溫度和催化劑的比表面積對化學反應速率的影響規(guī)律，根據(jù)控制變量法，反應物濃度必須相等，

所以a=1.20xl()，。②根據(jù)“控制變量法”，能驗證溫度對化學反應速率影響規(guī)律的實驗，只能溫度是變量，

所以I、W是能驗證溫度對化學反應速率影響規(guī)律。③a.反應前后氣體系數(shù)和不同，壓強是變量，容器內(nèi)

的壓強保持不變，反應一定達到平衡狀態(tài)，故a不符題意；B.反應達到平衡狀態(tài)，各物質(zhì)濃度不變，容器

內(nèi)各氣體的物質(zhì)的量之比為2：2：1：2,不能判斷是否發(fā)生改變，反應不一定平衡，故b符合題意；C.反

應達到平衡狀態(tài)，正逆反應速率比等于系數(shù)比，v延(CO2)=V"(NO)一定達到平衡狀態(tài)，故c不符題意：D.反

應前后氣體總質(zhì)量不變、容器體積不變，密度是恒量，若容器內(nèi)混合氣體密度不再改變，反應不一定達到

平衡狀態(tài)，故d符合題意；選bd。

9.(2022?遼寧?營口市第二高級中學)合成氨生產(chǎn)技術的創(chuàng)立開辟了人工固氮的途徑，對化學工業(yè)技術也產(chǎn)

生了重大影響。合成氨工業(yè)中原料氣N2可以從空氣中分離得到，H2可用甲烷或焦炭與水蒸氣反應制得。

(1)在三個相同容器中各充入lmolN2和3mO1H2,在不同條件下反應達到平衡，氨的體積分數(shù)隨時間變化的

曲線如圖所示?下列說法中正確的是(填字母)。

7

<P（NH3）

A.圖I可能是不同壓強對反應的影響，且P2>PI

B.圖n可能是不同壓強對反應的影響，且pi>p2

C.圖HI可能是不同溫度對反應的影響，且TAT2

D.圖II可能是同溫同壓下不同催化劑對反應的影響，且催化劑性能1>2

⑵將水蒸氣通過紅熱的焦炭即產(chǎn)生水煤氣，熱化學方程式為C(s)+H2O(g)=H2(g)+CO(g)AH=+131.3kJ-moH,

l

AS=+133.7J-mor.K'o該反應在常溫(298K)下(填“能”或“不能”)自發(fā)進行。

(3)在一個容積為2L的密閉容器中，通入0.8molA2氣體和0.6molB2氣體，一定條件下發(fā)生如下反應：

A2(g)+B2(g)2AB(g)AH<0,反應中各物質(zhì)的濃度隨時間的變化情況如圖所示。下列說法不正確的是

[c/CmolL*1）

0.5AB

0.4

012345t/min

A.圖中a點的值為0.15

B.該反應的平衡常數(shù)K=0.03

C.升高溫度，平衡常數(shù)K減小

D.平衡時A2的轉(zhuǎn)化率為62.5%

占燃

(4)從能量的變化和反應的快慢等角度探究反應：2H2+O2-2H2O?已知該反應為放熱反應，下圖能正確表

示該反應中能量變化的是______(填"A”或"B”)。

反應物的生成物的

總能量總能錄

生成物的反應物的

反應物

總能建,總能歌，

反應過程

8

從斷鍵和成鍵的角度分析上述反應中能量的變化?；瘜W鍵的鍵能如下表:

化學鍵H—H0=0H-O

鍵能/(kJ,mol/)436496463

則生成Imol水可以放出熱量_______kJo

(5)以下反應：①木炭與水制備水煤氣；②氯酸鉀分解；③炸藥爆炸；④酸與堿的中和反應；⑤生石灰與水

作用制熟石灰；⑥Ba(OH?8H2O與NH4cl反應。其中屬于放熱反應的有(填序號)。

【答案】(1)D

(2)不能

(3)B

(4)A242

⑸②③④⑤

【解析】(1)A.根據(jù)先拐先平數(shù)值大知壓強：p2>P1,增大壓強平衡正向移動導致氨氣體積分數(shù)增大，圖像不

符合，故A錯誤；

B.根據(jù)先拐先平數(shù)值大知壓強：Pl>p2,增大壓強平衡正向移動導致氧氣體積分數(shù)增大，圖像不符合，故B

錯誤；

C.根據(jù)先拐先平數(shù)值大知溫度：Tt>T2,升高溫度平衡逆向進行，氨氣體積分數(shù)減小，圖像不符合，故C

錯誤；

D.催化劑只改變化學反應速率不影響平衡移動，所以只改變反應達到平衡時間不改變氨氣體積分數(shù)，圖像

符合，故D正確；

答案選D：

⑵如果AG=AH-TASVO,反應能自發(fā)進行，該反應在常溫(298K)下

△G=AH-TAS=131.3kJ/mol-298x133.7J/mol=91457.4J/mol>0,不能自發(fā)進行；

⑶A.當AB的濃度改變0.5mol?L，由方程式知，A2的濃度改變?yōu)?.25moM/,所以

a-(0.4-0.25)mol?L'=0.15mol?L-',即圖中a點的值為0.15,A正確;

B.當AB的濃度改變0.5mol?LL由方程式知，B?的濃度改變?yōu)?.25mol?L」，所以平衡時B2的濃度為

,,“C2(AB)05x0.5竽B錯誤;

=(0.3-0.25)mol?L」=0.05mol?L」，K=----------------

C(A2).C(B2)0.15x0.05

C.已知A2(g)+B2(g)02AB(g)AHVO,所以溫度升高,平衡逆移，平衡常數(shù)K值減小，C正確;

9

1

D.當AB的濃度改變0.5mobL,由方程式知,A2的濃度改變?yōu)?.25mol?LL已知A2的初始量為0.4mol?LL

所以平衡時Ai的轉(zhuǎn)化率為025X).4=62.5%,D正確；

答案選B；

(4)氫氣燃燒是放熱反應，反應物總能量高于生成物總能量，因此圖像A正確；斷裂ImolH-H需要吸熱是

436kJ,斷裂0.5molO=O需要吸熱是496kJ+2=248kJ,形成2moiH-0需要放熱是463kJx2=926kJ,則生成

1molH2O(g)可以放出熱量為(926-436-248)kJ=242kJ；

(5)①⑥為吸熱反應，②③④⑤為放熱反應。

題組二化學反應的調(diào)控

1.圖1表示接觸室中催化劑隨溫度變化圖像，圖2表示SO2的轉(zhuǎn)化率a(SCh)隨溫度T及壓強P的變化圖像。

你認為接觸室中最合適的溫度和壓強是。

催

化

劑

效

率

【答案】450℃(或400℃-500℃)、lOlkpa

【解析】400℃?500"C、lOlKPa時二氧化硫的轉(zhuǎn)化率已經(jīng)很高，再增大壓強，會增大成本，二氧化硫轉(zhuǎn)化

率提高不大，該溫度下反應速率較快、催化劑活性最好，故答案為：400℃?500℃、lOlkpa。

2.鉆具有廣泛用途，其正三價化合物具有強氧化性。利用含鉆廢料(主要成分為CO3CU,還含有少量的鋁箔、

LiCoCh等雜質(zhì))制備碳酸鉆的工藝流程如下圖所示：

Na，C(),

NaOH

浮液H,SO4仃機上。取

firiii\.'.WJ-?COCOJ

注液①

(1)“堿浸'’過程中，可以加快反應速率和提高原料利用率的方法是(任寫兩點)。

(2)“濾液①”主要成分是;“操作②”的分離方法是。

(3)“酸溶”時，Co、Li元素的浸出率隨溫度的變化如圖所示：

10

20406080100

溫度/*C

“酸溶”的適宜溫度是；“酸溶”時有無色氣體產(chǎn)生，該氣體為；若用Na2s2O3代替H2O2

則有兩種硫酸鹽生成，寫出Na2s2O3在“酸溶”時發(fā)生的化學方程式：。

【答案】(1)升高溫度、粉碎廢料、適當增大NaOH溶液的濃度等(任寫兩點)

(2)NaA102萃取分液或分液

(3)80℃或80℃左右Ch4co3O4+Na2s2O3+UH2so4=12CoSO4+Na2so4+IIH2O

【解析】“堿浸”過程中,CO3O4和LiCoCh不與堿反應存在于濾渣中，A1在堿性溶液中發(fā)生反應生成NaAIO2,

濾液①主要成分為NaAlCh,濾渣中加入硫酸和過氧化氫發(fā)生反應使濾渣溶解，過濾后加入有機磷萃取，得

到有機相和無機相，有機相反萃取后加入Na2cCh沉鉆，得到CoCCh,以此解答。

(1)“堿浸”過程中可以加快反應速率和提高原料利用率的方法是升高溫度、粉碎礦石、適當增加NaOH的濃

度等，故答案為：升高溫度、粉碎廢料或適當增大NaOH溶液的濃度等；

(2)由分析知，濾液①主要成分為NaA102；操作②為萃取分液或分液，故答案為：NaAlOj；萃取分液或分液；

(3)由圖可知，當溫度過高時，鉆元素的浸出率降低，則酸浸的適宜溫度是80℃；由分析知，“酸溶”時H2O2

的作用為還原劑，則產(chǎn)生的氣體為02；若用Na2s2O3代替H2O2,根據(jù)題意知，生成CoSO4和Na2so4,結(jié)

合得失電子守恒、元素守恒配平的化學方程式為4coKM+Na2s2O3+llH2SO4=12CoSO4+Na2so4+11小0,故答

案為：80℃；O2；4co3CU+Na2s2O3+UH2so4=12CoSO4+Na2so4+IIH2O。

3.甲醇是一種重要的有機化工原料，在工業(yè)上有著重要的用途。

⑴二氧化碳催化加氫制甲醇反應的化學方程式為3H2(g)+CO2(g)H20(g)+CH30H(g)。在2L恒容密閉容

器中加入4moi比和ImolCCh在一定條件下發(fā)生上述反應，10min時剩余1.6molH2,此時C02的轉(zhuǎn)化率為，

用CH30H表示lOmin內(nèi)的化學反應速率為一，增加該反應中活化分子百分數(shù)的方法有一(答兩點)。

(2)若在催化劑a或b存在下，C02和H2能同時發(fā)生兩個反應：①3H2(g)+CCh(g)k^H2O(g)+CH3OH(g),

n(CO,)

②CO2(g)+H2(g)?CO(g)+H2O(g)o在控制CO2和H2初始投料比,口)，為1：2.2,相同壓強下，經(jīng)過

相同反應時間測得的實驗數(shù)據(jù)如表(甲醇選擇性指轉(zhuǎn)化的C02中生成甲醇的百分比)：

實驗編號T/K催化劑C02轉(zhuǎn)化率(%)甲醇選擇性(％)

11

1543催化劑a12.342.3

2543催化劑b10.972.7

3553催化劑a15.339.1

4553催化劑b12.071.6

①在相同溫度下，不同的催化劑對C02轉(zhuǎn)化成CH30H的選擇性有顯著的影響，你認為原因是

②553K下，反應①在無催化劑、催化劑a和催化劑b三種情況下，活化能最小的是一。

(3)工業(yè)上常用下列反應合成甲醵：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)AH<0,若在450℃和LOlxl06pa時，向某

密閉容器中通入ImolCO和3m014,充分反應后CO的轉(zhuǎn)化率達到95%,若其他條件相同時，改為通入1molH2

和ImolChOH,則CH30H的平衡轉(zhuǎn)化率為；工業(yè)實際生產(chǎn)時，采用圖中M點對應的反應條件，而

不是N點，請說明選擇的理由：―。

【答案】(1)80%O.CMmolL'min-1升高溫度，采用更高效的催化劑

(2)反應未達到平衡，不同的催化劑對反應①的催化能力不同，反應速率不同催化劑b

(3)5%M點溫度較高，反應速率較快，CO的平衡轉(zhuǎn)化率與N點相差不大，壓強為常壓，對設備要求

不高，更經(jīng)濟

【解析】⑴lOmin時剩余1.6molH2,該時間段消耗H2的物質(zhì)的量為(4molT.6moi)=2.4moL消耗CO2的物

)4]no10.8mol

質(zhì)的量為幺m3=08mo|,CO2的轉(zhuǎn)化率為匕吧xl0()%=80%；v(CH.QH)=2L=0.04mol/(L-min)；升高

3Imol-~

1()min

溫度和使用更高效的催化劑，均會提高活化分子的百分數(shù)，加快反應速率；故答案為80%；0.04mol/(L-min);

升高溫度，使用更高效的催化劑；

(2)①從表格中數(shù)據(jù)分析，在相同的溫度下，不同的催化劑，相同的反應時間內(nèi)C02的轉(zhuǎn)化率不同，說明此

12

時反應未達到平衡，不同的催化劑對反應①的催化能力不同，反應速率不同，因而對甲醇的選擇性有影響；

故答案為反應未達到平衡，不同的催化劑對反應①的催化能力不同，反應速率不同；

②由實驗3、4可知，4中甲醇選擇性高，則相同溫度下，催化劑b對C02轉(zhuǎn)化成CH30H有較高的選擇性，

對應的活化能最小；故答案為催化劑b；

（3）通入ImolH?和ImolCHQH與通入ImolCO和3molH?達到的平衡為等效平衡，正向CO的平衡轉(zhuǎn)化率為

95%,則逆向甲醇的平衡轉(zhuǎn)化率為5%。相對于N點而言，M點溫度在500~600K之間，溫度較高，反應速

率較快，CO的平衡轉(zhuǎn)化率與N點相差不大，且常壓對設備和動力要求低，更經(jīng)濟；故答案為5%；M點溫

度較高，反應速率較快，CO的平衡轉(zhuǎn)化率與N點相差不大，壓強為常壓，對設備要求不高，更經(jīng)濟。

4.近年來，我國大力加強溫室氣體CO2氫化合成甲醇技術的工業(yè)化量產(chǎn)研究，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。在合適的

催化劑作用下，二氧化碳可催化加氫制甲醇。

（1）已知:①CC>2（g）+H2（g）黑jHQ（g）+CO（g）AH,=+41.4kj.mor'

②8僅）+2也僅）.籍CHQH（g）AH2-90.5kj.moL

1

則反應③CC）2（g）+3H2（g）需“CH3OH（g）+H2O（g）△%=kJ.moE?

（2）若將物質(zhì)的量之比為1:3的CO?（g）和H?（g）充入容積為1.0L的恒容密閉容器中發(fā)生反應③，不同壓強

下CO?轉(zhuǎn)化率隨溫度的變化關系如圖所示。

a.A、B兩條曲線的壓強分別為PA、PB，則PA（填或"=”）PB；

b.在曲線A的條件下，起始充入CO?（g）和H?（g）的物質(zhì)的量分別為1mol、3mol,且c點時K=300,則c點

對應CO?轉(zhuǎn)化率為.

⑶在p=4O0MPa、原料氣n（H2）:n（COj=3:4、合適催化劑的條件下發(fā)生反應，溫度對CO?轉(zhuǎn)化率、CH,OH

CH0H產(chǎn)率

產(chǎn)率、CHQH選擇性的影響如圖所示。已知：CHQH選擇性=8,轉(zhuǎn)化率。

13

(

)%

裝

輯10■

券8

45<

H40

06世

x35H

y30O

>254X

320J

唧152

O105

J0o

22022332O

002024608000

77

a.CO?轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而增大的原因可能是；

b.CHQH選擇性隨溫度升高而減小的原因可能是；

c.寫出240℃時反應①的平衡常數(shù)的表達式：o

(4)除調(diào)控合適的溫度外，使CHQH選擇性增大的方法有。

【答案】(1)-49」

(2)>90%

(3)反應①為吸熱反應，溫度升高不但能加快反應速率，而且有利于該反應正向進行反應②(或反應③)

為放熱反應，而反應①為吸熱反應，所以溫度升高不利于CH，OH的合成，但有利于CO的生成，所以CHQH

_C(CO)C(HO)

產(chǎn)率降低K2

C(CO2)C(H2)

(4)增大壓強或使用更高效的催化劑

【解析】(1)反應③=反應①+反應②，則△H3=AH/+A，2=+41.4kJ-moli+(-90.5kJ-mo「i)=-49]kJ-molT。

(2)a.反應③是氣體體積減小的反應，同一溫度下，增大壓強，平衡正向移動，CO2轉(zhuǎn)化率升高，則外>外；

b.在曲線A的條件下，起始充入CO2(g)和H2(g)的物質(zhì)的量分別為Imoh3mol,則CCh(g)和Fh(g)的起始

濃度分別為lmol/L、3mol/L,設c點時，CO2的轉(zhuǎn)化濃度為xmol/L,則H?、CH3OH、H2O的轉(zhuǎn)化濃度分別

為3xmol/L、xmol/L、xmol/L,則c點時CO2、H2.CHQH、H2O的濃度分別為(l-x)mol/L、(3-3x)mol/L、

c(CH,OH).c(HoO)xmol/L.xmol/L

xmol/L、xmol/L,K==300,則(]_x)mol/L,[(3-3x)mol/L『=3。。，解得x=0.9,則c點對

應CO2轉(zhuǎn)化率為空吧xl00%=90%。

Imol

(3)a.反應①為吸熱反應，溫度升高不但能加快反應速率，而且有利于該反應正向進行，故CO2轉(zhuǎn)化率隨溫

度升高而增大；

b.反應②(或反應③)為放熱反應，而反應①為吸熱反應，所以溫度升高不利于CH30H的合成，但有利于

14

CO的生成，所以CH30H產(chǎn)率降低，CH30H選擇性減?。?/p>

c.反應①的平衡常數(shù)的發(fā)達式為K=。

C(CO2)*C(H2)

(4)反應②(或反應③)是氣體體積減小的反應，反應①是氣體體積不變的反應，增大壓強，反應①的平衡

不移動，反應②(或反應③)的平衡正向移動，CHQH產(chǎn)率增大，CHaOH選擇性增大；使用更高效的催化

劑，加快反應②(或反應③)的速率，使CH30H產(chǎn)率增大，從而使CH30H選擇性增大；綜上所述，除調(diào)

控合適的溫度外，使CH30H選擇性增大的方法有增大壓強或使用更高效的催化劑。

5.某處工廠排出的煙道氣中含氮氧化物(主要為NO、NO2)、粉塵和少量水蒸氣。課外興趣活動小組對該工

廠排出的煙道氣進行處理，并檢測其氮氧化物含量，實驗裝置如圖：

梅/梁樣U

II臬

加達77

溶液

ABCD

已知：①活潑金屬易形成氧化膜②形成原電池能加快反應速率③HC10的氧化性比NaClO強；

⑴氮氧化物可用堿溶液吸收。裝置D中NO和N02混合氣體按一定比例被NaOH溶液完全吸收生成NaNO2

和H2O,寫出該反應的化學方程式；若反應后尾氣無殘留，則參加反應的NCh、NO物質(zhì)的量比值

為(填字母)。

a>lb<lc.任意值

(2)可使用適量酸性H2O2溶液，將溶液中的NO；全部氧化為NO；,發(fā)生反應的離子方程式是。

(3)溶液中NO；直接排放在水體中也會造成污染，現(xiàn)用活潑金屬將溶液中NO；轉(zhuǎn)化為N2,實現(xiàn)氮元素的脫

除，具體步驟如下：

步驟一、取適量(2)中H2O2處理后的溶液，調(diào)節(jié)pH至中性，蒸發(fā)濃縮，得到c(NOn為O.lOOmoLL”的溶液

甲。

步驟二、現(xiàn)量取50mL溶液甲，分別用金屬鋁、金屬鐵和鋁鐵合金在45℃、惰性氣體氛圍中對溶液乙進行

氮脫除。

步驟三、重復實驗2~3次，溶液中NO；的殘留情況與反應時間的關系如圖所示。

15

0123456

反應時間/h

①金屬鋁和金屬鐵在0~3h內(nèi)，NO,的脫除效率均很低，幾乎沒被脫除，其可能的原因是