基础课时落实(八)　化学反应的调控

(建议用时：40分钟)

[基础过关练]

1．(2021·湖北孝感高二月考)工业制硫酸中的一步重要反应是SO2在400～500 ℃和常压下的催化氧化：2SO2＋O22SO3，这是一个正反应放热的可逆反应。如果反应在密闭容器中进行，下述相关说法中错误的是(　　)

A．反应温度选择400～500 ℃是该反应催化剂的催化活性、反应速率、反应限度等角度综合考虑的结果

B．因为在常压下该反应的速率和SO2的转化率已经很高了，所以选择常压条件主要是从生产成本角度考虑

C．为提高SO2的转化率，应适当提高O2的浓度

D．使用催化剂是为了加快反应速率，提高SO3产率

D　[催化剂不影响平衡移动，则使用催化剂是为了加快反应速率，而SO3产率不变，D错误。]

2．对于合成氨的反应来说，使用催化剂和施加高压，下列叙述中正确的是(　　)

A．都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响

B．都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用的时间

C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化学平衡状态有影响

D．催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而压强无此作用

C　[对于化学反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，催化剂只能降低反应的活化能，提高反应速率，缩短达到平衡状态所用的时间，不能使化学平衡发生移动。高压能提高反应速率，缩短达到平衡状态所用的时间，也能使化学平衡向生成NH3的方向移动。]

3．(2021·浙江十校联合月考)水煤气的主要成分为CO和H2，工业上常利用CH4和H2O在催化剂和一定条件下来制备水煤气，原理为CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)

ΔH＞0。下列条件中最适宜工业生产水煤气的是(　　)

A．温度为25 ℃，压强为50 kPa

B．温度为25 ℃，压强为101 kPa

C．温度为500 ℃，压强为1 000 kPa

D．温度为800 ℃，压强为250 kPa

D　[对于反应CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)ΔH＞0，反应物气体的物质的量小于生成物气体的物质的量之和，则增大压强，平衡逆向移动，正反应为吸热反应，升高温度，平衡正向移动，则工业生产水煤气，可在高温下进行，排除A、B，C、D相比较，D压强较小，有利于平衡正向移动。]

4．(2021·如皋市高二月考)某工厂的一种无害化处理反应为6NO＋4NH35N2＋6H2O。下列关于该反应的说法正确的是(　　)

A．增大反应物浓度能减慢反应速率

B．降低温度能加快反应速率

C．使用催化剂能加快反应速率

D．NO与NH3能100%转化为产物

C　[增大反应物浓度，反应速率增大，A错误；降低温度，反应速率减小，B错误；使用催化剂能降低反应的活化能，加快反应速率，C正确；可逆反应不能100%转化为产物，所以NO与NH3不能100%转化为产物，D错误。]

5．纳米钴(Co)常用于CO加氢反应的催化剂：CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)　ΔH＜0。下列有关说法正确的是(　　)

A．纳米技术的应用，优化了催化剂的性能，提高了反应的转化率

B．缩小容器体积，平衡向正反应方向移动，CO的浓度增大

C．温度越低，越有利于CO催化加氢

D．从平衡体系中分离出H2O(g)能加快正、反应速率

B　[应用纳米技术能够提高催化剂的催化性能，但不能改变化学平衡，A错误；缩小容器体积，平衡正向移动，但由勒夏特列原理可知CO的浓度增大，B正确；催化剂的活性受温度影响，降温催化剂活性下降，不利于CO的催化加氢，C错误；降低生成物浓度，达到新的平衡，浓度下降，正、逆反应速率比原平衡慢，D错误。]

6．据报道，在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实：

2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)。

下列叙述错误的是(　　)

A．使用Cu­Zn­Fe催化剂可大大提高生产效率

B．反应需在300 ℃下进行可推测该反应是吸热反应

C．充入大量CO2气体可提高H2的转化率

D．从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率

B　[B项，加热可以加快化学反应速率，放热反应也可能在加热条件下进行，故不正确。]

7．CO可用于合成甲醇，化学方程式为CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)。CO在不同温度下的平衡转化率与压强的关系如图所示。该反应的ΔH________(填“>”或“<”)0。实际生产条件控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，选择此压强的理由是________________________________________________

____________________________________________________________。

[解析]　从图像来看，随着温度的升高，CO的转化率变小，故ΔH<0，综合温度、压强对CO转化率的影响来看，在压强1.3×104 kPa下，CO的转化率已经很大，再增大压强，CO的转化率提高不大，但对设备和材料的要求越高，需要的动力更大，会增加投资和能量消耗，在工业生产中不经济。

[答案]　<　在250 ℃、1.3×104 kPa下，CO的转化率已较高，再增大压强CO的转化率提高不大，而生产成本增加，经济效益低

[拓展培优练]

8．(2021·辽宁高二月考)中国学者在水煤气变换[CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH]中攻克了低温下高转化率与高反应速率不能兼得的难题，该过程是基于双功能催化剂(能吸附不同粒子)催化实现的。反应过程示意图如图，下列说法正确的是(　　)

A．无催化剂时，该反应不会发生

B．过程Ⅰ、过程Ⅱ、过程Ⅲ均为放热过程

C．使用催化剂可以提高CO的平衡转化率

D．过程Ⅲ既形成了极性共价键，也形成了非极性键

D　[无催化剂时，反应也会发生，只是反应速率较慢，A错误；过程Ⅰ、过程Ⅱ存在O—H键的断裂，均为吸热过程，B错误；催化剂只能改变反应速率，不能使平衡发生移动，不能提高反应的平衡转化率，C错误；过程Ⅲ形成O—H键、H—H键，分别为极性键和非极性键，D正确。]

9．为了研究一定浓度Fe2＋的溶液在不同条件下被氧气氧化的氧化率，实验结果如图所示，判断下列说法正确的是(　　)

A．pH越小氧化率越大

B．温度越高氧化率越小

C．Fe2＋的氧化率仅与溶液的pH和温度有关

D．实验说明降低pH、升高温度有利于提高Fe2＋的氧化率

D　[根据题图知，只有当温度和其他条件相同pH不同时，pH越小，Fe2＋的氧化率越大，A错误；只有当pH等其他条件相同温度不同时，温度越高Fe2＋的氧化率越大，B错误； Fe2＋的氧化率不仅和温度、pH有关，还与离子的浓度等其他因素有关，C错误；根据题图知，降低pH、升高温度Fe2＋的氧化率增大，D正确。]

10．某温度下，对于反应N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1。N2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是(　　)

A．将1 mol氮气、3 mol氢气，置于1 L密闭容器中发生反应，放出的热量为92.4 kJ

B．平衡状态由A变为B时，平衡常数K(A)<K(B)

C．上述反应在达到平衡后，增大压强，H2的转化率增大

D．升高温度，平衡常数K增大

C　[该反应为可逆反应，加入的1 mol N2和3 mol H2不可能完全反应生成NH3，所以反应放出的热量小于92.4 kJ，A项错误；从状态A到状态B，改变的是压强，温度未发生变化，所以平衡常数不变，B项错误；该反应是反应前后气体分子数减小的反应，增大压强平衡向正反应方向移动，H2的转化率增大，C项正确；升高温度，平衡逆向移动，K减小，D项错误。]

11．(双选)(2021·天元区月考)二甲醚(CH3OCH3)是制冷剂、局部麻醉药和燃料。工业上可利用CO2催化加氢合成二甲醚，其过程中主要发生下列反应：

反应Ⅰ：CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　

ΔH1＞0

反应Ⅱ：2CO2(g)＋6H2(g)CH3OCH3(g)＋3H2O(g)

ΔH2＜0

一定条件下，于密闭容器中投入一定量CO2和H2发生上述反应。下列说法正确的是(　　)

A．其他条件不变，升高温度CO2的平衡转化率可能增大

B．其他条件不变，缩小容器体积能提高CH3OCH3平衡产率

C．其他条件不变，增大H2投入量一定能提高CH3OCH3平衡产率

D．其他条件不变，使用不同催化剂对CH3OCH3的平衡产率不产生影响

AB　[反应Ⅰ为吸热反应，升高温度平衡正向移动，则主要发生Ⅰ时CO2的平衡转化率增大，A正确；反应Ⅱ为气体体积减小的反应，反应Ⅰ为气体体积不变的反应，则缩小容器体积，反应Ⅱ正向移动，能提高CH3OCH3平衡产率，B正确；增大H2投入量，可能反应Ⅰ进行程度大，不能提高CH3OCH3平衡产率，C错误；存在2个反应，催化剂具有选择性，若合适的催化剂利于反应Ⅱ发生，对CH3OCH3的平衡产率有影响，D错误。]

12．(2021·辽宁高二月考)一定条件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g)CH2===CH2(g)＋4H2O(g)。已知起始投料比n(H2)∶n(CO2)为5∶2时，温度对CO2的平衡转化率和催化剂催化效率的影响如图。下列说法正确的是(　　)

A．生成乙烯的速率：v(M)一定小于v (N)

B．Q点：v逆 ＜v正

C．X→Y，因平衡逆向移动，从而使催化剂的催化效率降低

D．M点乙烯的体积分数约为9.1%

D　[温度越高、催化剂催化效果越好反应速率越快，所以M点反应速率可能大于N点，A错误；温度一定时，Q点要想达到平衡状态，二氧化碳转化率应该降低，平衡逆向移动，则v逆＞v正，B错误；根据图知，250 ℃后升高温度催化剂催化效率降低，与反应向哪个方向移动无关，C错误； M点二氧化碳转化率为50%，起始投料比n(H2)∶n(CO2)为5∶2，设开始时n(H2)＝5x mol、n(CO2)＝2x mol，消耗的n(CO2)＝2x mol×50%＝x mol，

可逆反应         6H2(g)＋2CO2(g)CH2===CH2(g)＋4H2O(g)

开始/mol          5x       2x          0                 0

反应/mol          3x       x          0.5x               2x

平衡/mol          2x       x          0.5x               2x

平衡时气体总物质的量＝(2x＋x＋0.5x＋2x)mol＝5.5x，乙烯的体积分数等于其物质的量分数＝×100%≈9.1%,D正确。]

13．(2021·山东省实验中学高三月考)在一定条件下，利用CO2合成CH3OH的反应为CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1，研究发现，反应过程中会发生副反应为CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)　ΔH2，温度对CH3OH、CO的产率影响如图所示。下列说法中不正确的是(　　)

A．ΔH1＜0，ΔH2＞0

B．增大压强有利于加快合成反应的速率

C．选用合适的催化剂可以减弱副反应的发生

D．生产过程中，温度越高越有利于提高CH3OH的产率

D　[根据图示升高温度CH3OH的产率降低，反应CO2(g)＋3H2(g)CH3OH (g)＋H2O(g) 向逆反应方向移动，ΔH1＜0，升高温度CO的产率增大，反应CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)向正反应方向移动，ΔH2＞0,A正确；反应有气体参与，增大压强有利于加快合成反应的速率，B正确；催化剂有一定的选择性，选用合适的催化剂可以减弱副反应的发生，C正确；由题图可见，温度越高，CH3OH的产率越低，D错误。]

14．科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。曾有实验报道：在常温、常压、光照条件下，N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生反应，生成的主要产物为NH3。进一步研究NH3生成量与温度的关系，部分实验数据见下表(光照、N2压强1.0×105 Pa、反应时间3 h)：

相应的热化学方程式如下：

N2(g)＋3H2O(l)2NH3(g)＋O2(g)

ΔH＝＋765.2 kJ·mol－1

回答下列问题：

(1)与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应速率慢。请提出可提高其反应速率且增大NH3生成量的建议：_________________________

_________________________________________________________________

_______________________________________________________________。

(2)工业合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)。设在容积为2.0 L的密闭容器中充入0.60 mol N2(g)和1.60 mol H2(g)，反应在一定条件下达到平衡时，NH3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为。计算：

①该条件下N2的平衡转化率_____________________________________。

②该条件下反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的平衡常数为____________________________________________。

[解析]　(2)①设反应过程消耗x mol N2(g)。

                     N2(g) ＋ 3H2(g)2NH3(g)

起始物质的量/mol             0.60    1.60              0

平衡物质的量/mol           0.60－x  1.60－3x          2x

平衡时反应体系总物质的量＝(0.60－x) mol＋(1.60－3x) mol＋2x mol＝(2.20－2x) mol ，

NH3(g)的物质的量分数为2x÷(2.20－2x)＝，

解得，x＝0.40，N2的平衡转化率为×100%≈66.7%。

②设此时反应2NH3(g) N2(g)＋3H2(g)的平衡常数为K。平衡时，c(NH3)＝2×0.40 mol÷2.0 L＝0.40 mol·L－1，c(N2)＝(0.60－0.40) mol÷2.0 L＝0.10 mol·L－1，c(H2)＝(1.60－3×0.40) mol÷2.0 L＝0.20 mol·L－1，K＝5.0×10－3。

[答案]　(1)升温、增大N2浓度、不断移出生成物

(2)①66.7%　②5.0×10－3