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    新教材适用2023_2024学年高中化学第2章化学反应速率与化学平衡第4节化学反应的调控提能作业新人教版选择性必修1

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    化学选择性必修1第四节 化学反应的调控习题

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    这是一份化学选择性必修1第四节 化学反应的调控习题,共5页。试卷主要包含了选择题,非选择题等内容,欢迎下载使用。
    A 级·基础达标练
    一、选择题
    1.下列有关合成氨工业的说法中正确的是( C )
    A.铁作催化剂可加快反应速率,且有利于化学平衡向合成氨的方向移动
    B.升高温度可以加快反应速率,且有利于化学平衡向合成氨的方向移动
    C.增大压强能缩短到达平衡状态所用的时间
    D.合成氨采用的压强是1×107~3×107 Pa,因为该压强下铁触媒的活性最高
    解析:使用催化剂只加快反应速率,对化学平衡移动没有影响,故A说法错误;升高温度,加快反应速率,合成氨为放热反应,根据勒夏特列原理,升高温度,化学平衡向逆反应方向移动,不利于合成氨,故B说法错误;合成氨N2(g)+3H2(g)2NH3(g),增大压强,加快反应速率,缩短达到平衡状态所用时间,故C说法正确;合成氨采用的压强是1×107~3×107 Pa,考虑对材料的强度和设备的制造要求,与铁触媒的活性之间无关系,故D说法错误。
    2.在合成氨工业中,要使氨的产率增大,同时又能提高化学反应速率,可采取的措施有( C )
    ①增大容器体积使压强减小 ②减小容器体积使压强增大 ③升高温度 ④降低温度 ⑤恒温恒容,再充入等量的N2和H2 ⑥恒温恒压,再充入等量的N2和H2 ⑦及时分离产生的NH3 ⑧使用催化剂
    A.②④⑤⑥⑦ B.②③④⑤⑦⑧
    C.只有②⑤ D.①②③⑤⑧
    解析:从反应速率的角度分析,①④⑦均使化学反应速率降低,②③⑤⑧均使化学反应速率升高,⑥不影响化学反应速率。从平衡移动的角度分析,②④⑤⑦使化学平衡向右移动,使氨的产率增大,⑥⑧不影响化学平衡,①③使化学平衡向左移动。
    3.合成氨反应通常控制在10 MPa~30 MPa的压强和400~500 ℃左右的温度,且进入合成塔的氮气和氢气的体积比为13,经科学测定,在相应条件下氮气和氢气反应所得氨的平衡浓度(体积分数)如表所示:
    而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%,这表明( D )
    A.表中所测数据有明显误差
    B.生产条件控制不当
    C.氨的分解速率大于预测值
    D.合成塔中的反应并未达到平衡
    解析:这说明实际合成氨工业中需要考虑单位时间的产量问题,并未让合成氨反应达到平衡,因为让反应达到平衡需要一定的时间,时间太长得不偿失。
    二、非选择题
    4.2018年是合成氨工业先驱哈伯(F·Haber)获得诺贝尔奖100周年。N2和H2生成NH3的反应为eq \f(1,2)N2(g)+eq \f(3,2)H2(g)NH3(g) ΔH(298 K)=-46.2 kJ·ml-1,在Fe催化剂作用下的反应历程如下(*表示吸附态)
    化学吸附:N2(g)→2N*;H2(g)→2H*;
    表面反应:N*+H*NH*;NH*+H*NHeq \\al(*,2);NHeq \\al(*,2)+H*NHeq \\al(*,3)
    脱附:NHeq \\al(*,3)===NH3(g)
    其中,N2的吸附分解反应活化能高、速率慢,决定了合成氨的整体反应速率。请回答:
    (1)利于提高合成氨平衡产率的条件有_AD__。
    A.低温 B.高温
    C.低压 D.高压
    E.催化剂
    (2)实际生产中,常用Fe作催化剂,控制温度773 K,压强3.0×107 Pa,原料中N2和H2物质的量之比为12.8。分析说明原料气中N2过量的两个理由_原料气中N2相对易得,适度过量有利于提高H2的转化率__;_N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤,适度过量有利于提高整体反应速率__。
    解析:(1)eq \f(1,2)N2(g)+eq \f(3,2)H2(g)NH3(g) ΔH(298 K)=-46.2 kJ·ml-1是气体体积减小的放热反应。低温有利于平衡正向进行,提高氨气产率,故A正确;高温平衡逆向进行,不利于提高氨气产率,故B错误;低压平衡逆向进行,不利于提高氨气产率,故C错误;高压平衡正向进行,利于提高氨气产率,故D正确;催化剂只改变反应速率,不改变化学平衡,不能提高氨气产率,故E错误。
    (2)原料中N2和H2物质的量之比为12.8,原料气中N2过量的两个理由:原料气中N2相对易得,适度过量有利于提高H2的转化率;N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤,适度过量有利于提高整体反应速率。
    5.二甲醚(DME)被誉为“21世纪的清洁燃料”。由合成气制备二甲醚的主要原理如下:
    ①CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)
    ΔH1=-111 kJ·ml-1
    ②2CH3OH(g)CH3OCH3(g)+H2O(g)
    ΔH2=-23.5 kJ·ml-1
    ③CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)
    ΔH3=-41.2 kJ·ml-1
    回答下列问题:
    (1)则反应3H2(g)+3CO(g)CH3OCH3(g)+CO2(g)的ΔH=_-286.7__kJ·ml-1。
    (2)下列措施中,能提高CH3OCH3产率的有_AC__。
    A.使用过量的CO
    B.升高温度
    C.增大压强
    (3)反应③能提高CH3OCH3的产率,原因是_消耗了反应②生成的H2O(g),有利于反应②正向进行,同时生成了H2有利于反应①正向移动__。
    (4)将合成气以eq \f(nH2,nCO)=2通入1 L的反应器中,一定条件下发生反应:4H2(g)+2CO(g)CH3OCH3(g)+H2O(g) ΔH,其CO的平衡转化率随温度、压强变化关系如图1所示,下列说法正确的是_A__。
    A.ΔHp1
    C.p2>p1>p3 D.p2>p1=p3
    解析:根据勒夏特列原理,改变某一外界条件时,平衡只能向减弱这种改变的方向移动。
    4.已知:2SO2(g)+O2(g)===2SO3(g) ΔH=-197.8 kJ·ml-1。起始反应物为SO2和O2(物质的量之比为21,且总物质的量不变)SO2的平衡转化率(%)随温度和压强的变化如下表,下列说法不正确的是( B )
    A.一定压强下降低温度,SO2的转化率增大
    B.在不同温度、压强下,转化相同物质的量的SO2所需要的时间相等
    C.使用催化剂可以缩短反应达到平衡所需的时间
    D.工业生产通常不采取加压措施是因为常压下SO2的转化率已相当高
    解析:由表格数据及勒夏特列原理知,针对放热反应,一定压强下降低温度,平衡正向移动,反应物SO2的转化率增大,A正确;由于在不同温度、压强下,化学反应速率不一定相等,故转化相同物质的量的SO2所需要的时间不一定相等,B错误;催化剂对化学平衡移动无影响,但可以缩短到达平衡所花的时间,C正确;由图中数据可知,不同温度下,1.01×105Pa(常压)下SO2的转化率分别为99.2%,97.5%,93.5%,已经相当高了,且加压后转化率升高并不明显,所以没有必要通过加压提高转化率,D正确。
    二、非选择题
    5.甲醇是一种重要的有机化工原料,需求量巨大。我国独创的联醇工艺的核心是采用一氧化碳加氢中压合成法,主要反应如下:CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ΔH=-111.0 kJ·ml-1
    另有副反应:4CO+2H2O===3CO2+CH4等;中压法操作:压力为10~15 MPa,温度控制在513~543 K,所用催化剂是CuO-ZnO-Al2O3。合成甲醇的流程如图所示:
    请回答:
    (1)实际生产中CO不能过量,以免生成羰基铁使催化剂失去活性,而氢气过量是有益的,指出两点理由:_既可以防止或减少副反应发生,又可带走反应热避免催化剂过热而中毒__。
    (2)采取10~15 MPa压力的作用是_加压有利于提高CO转化率,但也增加了能源消耗和设备强度,故宜采取经济效益较好的压力__;温度控制在513~543 K的原因是_此温度下催化剂活性较高,甲醇产率较大__。
    (3)原料气中的H2S对铜催化剂影响很大,故应先除去,通常用生石灰除杂,该反应的化学方程式为 H2S+CaO===CaS+H2O 。
    (4)若CO的转化率为80%,当有22.4 m3(标准状况)CO与过量H2充分反应(不计其他副反应),可制得纯度为96%的甲醇的质量为_26.67__kg,同时获得热量_8.88×104__kJ。
    解析:(1)氢气过量提高一氧化碳的转化率,防止副反应发生,大量的气流又可带走反应放出的热量。
    (2)CO(g)+2H2 (g)===CH3OH(g) ΔH=-111.0 kJ·ml-1,正反应是气体体积缩小的反应,增大压强虽然有利于平衡正向移动,提高甲醇的产量,提高CO转化率,但也增加了能源消耗和设备强度,故宜采取经济效益较好的压力;正反应是放热反应,从有利于甲醇生成的角度考虑应是低温,但温度过低达不到催化剂的活性,所以此温度下催化剂活性较高,甲醇产率较大。
    (3)原料气中的H2S对铜催化剂影响很大,故应先除去,通常用生石灰除杂,生成硫化钙和水,所以反应的化学方程式为H2S+CaO===CaS+H2O。
    (4)根据CO(g)+2H2 (g)CH3OH(g)得1 ml的一氧化碳生成32×10-3 kg的甲醇,22.4 m3(标准状况)的物质的量为eq \f(22.4×103,22.4)=103 ml,所以可制得纯度为96%的甲醇的质量为eq \f(103×80%×32×10-3,96%)≈26.67 kg,根据CO(g)+2H2(g)===CH3OH(g) ΔH=-111.0 kJ·ml-1,1 ml CO完全反应放出111 kJ的热量,103 ml×80%=800 ml,所以放出热量为111×800=8.88×104(kJ)。
    6.工业合成氨的反应为:
    N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92 kJ·ml-1
    (1)根据下表数据计算x=_946__。
    (2)在体积为V L的恒容密闭容器中发生上述反应,其平衡常数K与温度T的关系如表:
    ①判断K1_>__K2。(填“>”“=”或“

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