新教材適用2024-2025學年高中化學第2章化學反應速率與化學平衡第4節(jié)化學反應的調(diào)控提能作業(yè)新人教版選擇性必修1

其次章第四節(jié)A級·基礎達標練一、選擇題1．下列有關合成氨工業(yè)的說法中正確的是(C)A．鐵作催化劑可加快反應速率，且有利于化學平衡向合成氨的方向移動B．上升溫度可以加快反應速率，且有利于化學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．合成氨采納的壓強是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速率，對化學平衡移動沒有影響，故A說法錯誤；上升溫度，加快反應速率，合成氨為放熱反應，依據(jù)勒夏特列原理，上升溫度，化學平衡向逆反應方向移動，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，加快反應速率，縮短達到平衡狀態(tài)所用時間，故C說法正確；合成氨采納的壓強是1×107～3×107Pa，考慮對材料的強度和設備的制造要求，與鐵觸媒的活性之間無關系，故D說法錯誤。2．在合成氨工業(yè)中，要使氨的產(chǎn)率增大，同時又能提高化學反應速率，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：從反應速率的角度分析，①④⑦均使化學反應速率降低，②③⑤⑧均使化學反應速率上升，⑥不影響化學反應速率。從平衡移動的角度分析，②④⑤⑦使化學平衡向右移動，使氨的產(chǎn)率增大，⑥⑧不影響化學平衡，①③使化學平衡向左移動。3．合成氨反應通常限制在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)科學測定，在相應條件下氮氣和氫氣反應所得氨的平衡濃度(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料值D．合成塔中的反應并未達到平衡解析：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，并未讓合成氨反應達到平衡，因為讓反應達到平衡須要肯定的時間，時間太長得不償失。二、非選擇題4．2024年是合成氨工業(yè)先驅(qū)哈伯(F·Haber)獲得諾貝爾獎100周年。N2和H2生成NH3的反應為eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)NH3(g)ΔH(298K)＝－46.2kJ·mol－1，在Fe催化劑作用下的反應歷程如下(*表示吸附態(tài))化學吸附：N2(g)→2N*；H2(g)→2H*；表面反應：N*＋H*NH*；NH*＋H*NHeq\o\al(*,2)；NHeq\o\al(*,2)＋H*NHeq\o\al(*,3)脫附：NHeq\o\al(*,3)=NH3(g)其中，N2的吸附分解反應活化能高、速率慢，確定了合成氨的整體反應速率。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)實際生產(chǎn)中，常用Fe作催化劑，限制溫度773K，壓強3.0×107Pa，原料中N2和H2物質(zhì)的量之比為12.8。分析說明原料氣中N2過量的兩個理由_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速率__。解析：(1)eq\f(1,2)N2(g)＋eq\f(3,2)H2(g)NH3(g)ΔH(298K)＝－46.2kJ·mol－1是氣體體積減小的放熱反應。低溫有利于平衡正向進行，提高氨氣產(chǎn)率，故A正確；高溫平衡逆向進行，不利于提高氨氣產(chǎn)率，故B錯誤；低壓平衡逆向進行，不利于提高氨氣產(chǎn)率，故C錯誤；高壓平衡正向進行，利于提高氨氣產(chǎn)率，故D正確；催化劑只變更反應速率，不改變更學平衡，不能提高氨氣產(chǎn)率，故E錯誤。(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速率。5．二甲醚(DME)被譽為“21世紀的清潔燃料”。由合成氣制備二甲醚的主要原理如下：①CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH1＝－111kJ·mol－1②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH2＝－23.5kJ·mol－1③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH3＝－41.2kJ·mol－1回答下列問題：(1)則反應3H2(g)＋3CO(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)的ΔH＝_－286.7__kJ·mol－1。(2)下列措施中，能提高CH3OCH3產(chǎn)率的有_AC__。A．運用過量的COB．上升溫度C．增大壓強(3)反應③能提高CH3OCH3的產(chǎn)率，緣由是_消耗了反應②生成的H2O(g)，有利于反應②正向進行，同時生成了H2有利于反應①正向移動__。(4)將合成氣以eq\f(nH2,nCO)＝2通入1L的反應器中，肯定條件下發(fā)生反應：4H2(g)＋2CO(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH，其CO的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度、壓強變更關系如圖1所示，下列說法正確的是_A__。A．ΔH<0B．p1<p2<p3C．若在p3和316℃時，起始時eq\f(nH2,nCO)＝3，則達到平衡時，CO轉(zhuǎn)化率小于50%(5)采納一種新型的催化劑(主要成分是Cu－Mn的合金)，利用CO和H2制備二甲醚。視察圖2回答問題。催化劑中eq\f(nMn,nCu)約為_2.0__時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CH3OH＋H2SO4=CH3HSO4＋H2O，CH3HSO4＋CH3OH=CH3OCH3＋H2SO4。與合成氣制備二甲醚比較，該工藝的優(yōu)點是反應溫度低、轉(zhuǎn)化率高，其缺點是_H2SO4腐蝕設備或有硫酸廢液產(chǎn)生__。解析：(1)依據(jù)蓋斯定律，①×2＋②＋③得3CO(g)＋3H2(g)CH3OCH3(g)＋CO2(g)ΔH＝－286.7kJ·mol－1。(2)增大反應物的濃度平衡正移，所以運用過量的CO，能提高CH3OCH3產(chǎn)率，故A正確；該反應為放熱反應，上升溫度平衡逆移，則CH3OCH3產(chǎn)率會降低，故B錯誤；該反應正方向為氣體體積減小的方向，所以增大壓強平衡正移，能提高CH3OCH3產(chǎn)率，故C正確。(3)已知反應③CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)，能消耗水，使反應②中平衡正向移動，所以CH3OCH3的量增加；同時此反應生成了H2，有利于反應①正向移動。(4)由圖可知隨溫度上升，CO的轉(zhuǎn)化率降低，說明上升溫度平衡逆移，則正方向為放熱反應，故ΔH<0，故A正確；該反應正方向為氣體體積減小的方向，增大壓強CO的轉(zhuǎn)化率增大，所以p1>p2>p3，故B錯誤；若在p3和316℃時，起始時eq\f(nH2,nCO)＝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錯誤。(5)由圖可知當催化劑中eq\f(nMn,nCu)約為2.0時，CO的轉(zhuǎn)化率最大，生成的二甲醚最多。(6)該反應有硫酸參與，因為硫酸是強酸，具有較強的腐蝕性，能腐蝕設備。B級·實力提升練一、選擇題1．在肯定條件下，對于密閉容器中的反應：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肯定為32D．分別用氮氣和氫氣來表示該反應的轉(zhuǎn)化率時，數(shù)值大小肯定相同解析：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的濃度比不肯定為32，C錯誤；反應速率之比等于化學計量數(shù)之比，因化學計量數(shù)不同，則反應速率的數(shù)值不同，D錯誤。2．某工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)生反應：2X(g)＋Y(g)2M(g)ΔH<0。下列有關該反應的說法正確的是(D)A．工業(yè)上合成M時，肯定采納高壓條件，因為高壓有利于M的生成B．若物質(zhì)Y價廉易得，工業(yè)上一般采納加入過量的Y的方法，以提高X和Y的轉(zhuǎn)化率C．工業(yè)上一般采納較高溫度合成M，因溫度越高，反應物的轉(zhuǎn)化率越高D．工業(yè)生產(chǎn)中常采納催化劑，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，但不肯定都采納高壓條件，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)上采納常壓；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，反應物轉(zhuǎn)化率降低；催化劑可加快化學反應速率。3．對于反應N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，在一密閉容器中加入肯定量的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。4．已知：2SO2(g)＋O2(g)=2SO3(g)ΔH＝－197.8kJ·mol－1。起始反應物為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．肯定壓強下降低溫度，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，肯定壓強下降低溫度，平衡正向移動，反應物SO2的轉(zhuǎn)化率增大，A正確；由于在不同溫度、壓強下，化學反應速率不肯定相等，故轉(zhuǎn)化相同物質(zhì)的量的SO2所須要的時間不肯定相等，B錯誤；催化劑對化學平衡移動無影響，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。二、非選擇題5．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)醇工藝的核心是采納一氧化碳加氫中壓合成法，主要反應如下：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH＝－111.0kJ·mol－1另有副反應：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發(fā)生，又可帶走反應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，故應先除去，通常用生石灰除雜，該反應的化學方程式為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(不計其他副反應)，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，防止副反應發(fā)生，大量的氣流又可帶走反應放出的熱量。(2)CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)ΔH＝－111.0kJ·mol－1，正反應是氣體體積縮小的反應，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備強度，故宜實行經(jīng)濟效益較好的壓力；正反應是放熱反應，從有利于甲醇生成的角度考慮應是低溫，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，故應先除去，通常用生石灰除雜，生成硫化鈣和水，所以反應的化學方程式為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完全反應放出111kJ的熱量，103mol×80%＝800mol，所以放出熱量為111×800＝8.88×104(kJ)。6．工業(yè)合成氨的反應為：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，其平衡常數(shù)K與溫度T的關系如表：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，下列能說明該反應已達到平衡狀態(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)甲同學為了探究外界條件對反應的影響，以c0mol·L－1H2參與合成氨反應，在a、b兩種條件下分別達到平衡，測得H2的濃度與反應時間的關系如圖甲所示。①a條件下，0～t0的平均反應速率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)乙同學向一恒溫恒壓容器中充入9molN2和23molH2，模擬合成氨的反應，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ΔH<0，說明反應放熱，上升溫度反應逆向進行，則溫度越高K值越小，所以K1>K2；②反應前后質(zhì)量守恒，m不變，氣體物質(zhì)的量發(fā)生變更，所以平均摩爾質(zhì)量變更，混合氣體的平均摩爾質(zhì)量保持不變可以說明反應達到平衡狀態(tài)，故A正確；3v正(N2)＝v逆(H2)，反應達到平衡，故B錯誤；該反應前后氣體分子數(shù)發(fā)生變更，恒容，容器內(nèi)壓強保持不變，說明各組分含量保持不變，反應達到平