内容正文:
人教化学 选择性必修1
章末综合练
速率、平衡综合考查
知识导引
化学反应速率、化学平衡体现了化学核心素养中的“变化观念与平衡思想”,化学反应在达到平衡前,体系中的相关物质的量一直存在着趋于平衡的变化过程,即使达到平衡状态后,体系中的物质相互之间仍存在着各种变化。因此对化学变化进行研究时,要用对立统一、联系发展和动态平衡的观点分析化学平衡。让我们一起开启探究之旅吧。
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素养探究
1.合成氨对人类的生存和发展有着重要意义。1909年,哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨,实现了人工固氮。
(1)化学家证实了氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的过程,示意图如下:
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下列说法正确的是________(填字母)。
a.①表示N2、H2分子中均是单键
b.该过程表示了化学变化中包含旧化学键的断裂和新化学键的形成
c.③→④需要吸收能量
d.②→③需要吸收能量
bd
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解析:(1)N2分子中N原子之间是三键,H2分子中H原子之间是单键,a错误;由图示可知,②→③表示N≡N键和H—H键的断裂,③→④表示N—H键的形成,b正确;③→④是化学键的形成过程,释放能量,c错误;②→③是断开化学键的过程,需要吸收能量,d正确。
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在298 K时,氮气与氢气反应的化学平衡常数远远大于氮气与氧气反应的化学平衡常数,氮气与氢气反应正向进行的程度大
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解析:(2)平衡常数越大,化学反应向正反应方向进行的程度越大,即反应的限度越大,反应物的转化率越大。由题中数据可知,氮气与氢气反应的化学平衡常数远远大于氮气与氧气反应的化学平衡常数,因此,工业上选用氮气与氢气反应固氮,而没有选用氮气与氧气反应固氮。
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温度/℃ 压强/MPa 氨的平衡含量
200 10 81.5%
550 10 8.25%
哈伯选用的条件是550 ℃、10 MPa,而非200 ℃、10 MPa,可能的原因是___________________________________________________________。
(提示:温度会影响催化剂的活性)
在该条件下催化剂的活性最高,可以提高合成氨的化学反应速率
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解析:(3)在工业生产中,注重的是生产效率,而化学反应速率决定了生产效率,哈伯选用的条件是550 ℃、10 MPa,而非200 ℃、10 MPa,可能的原因是在该条件下催化剂的活性最高,可以提高合成氨的化学反应速率。
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(4)一定温度下,向容积恒定的密闭容器中充入1 mol氮气和3 mol氢气,一段时间后达到化学平衡状态。若保持其他条件不变,向上述平衡体系中再充入1 mol氮气和3 mol氢气,氮气的平衡转化率________(填“变大”“变小”或“不变”)。
变大
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解析:(4)一定温度下,向容积恒定的密闭容器中充入1 mol氮气和3 mol氢气,一段时间后达到化学平衡状态。若保持其他条件不变,向上述平衡体系中再充入1 mol氮气和3 mol氢气,则相当于在原平衡的基础上增大压强,化学平衡向正反应方向移动,所以氮气的平衡转化率变大。
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(5)合成氨需要选择合适的催化剂,分别选用A、B、C三种催化剂进行实验,所得结果如下图所示(其他条件相同),则实际生产中适宜选择的催化剂是________(填“A”“B”或“C”)。
A
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解析:(5)由题图可知,催化剂A在较低温度下具有较高的催化活性,且合成氨反应是放热反应,低温对氨的合成有利,所以实际生产中适宜选择的催化剂是A。
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(6)下图是当反应器中按n(N2)∶n(H2)=1∶3投料后,在200 ℃、400 ℃、600 ℃反应达到平衡时,混合物中NH3的物质的量分数随总压强的变化曲线。
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①曲线a、b、c对应温度最高的是________(填“a”“b”或“c”)。
②列出d点平衡常数的计算式Kp=________________________
(用平衡分压代替平衡浓度计算,分压=总压×物质的量分数;不要求计算结果)。
c
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t/min 0 20 40 60 80
φ(NO2) 1.0 0.75 0.52 0.40 0.