（素能提升训练）第2章 第4节 化学反应的调控-【勤径学升·同步练测】2024-2025学年高中化学选择性必修1（人教版2019）

[对应素能提升训练第20页] 1．(辽宁协作校高二月考)化学反应的调控对于工业生产具有积极意义，下列关于调控措施的说法错误的是(　　) A．硫酸工业中，在高温高压、催化剂作用下，可提高生产效益 B．硫酸工业中，为提高 SO2的转化率，可通入稍过量的空气 C．工业合成氨，考虑催化剂的活性，选择400～500 ℃的反应温度 D．工业合成氨，迅速冷却、液化氨气是为了使化学平衡向生成氨气的方向移动 解析　高温高压、催化剂是合成氨的反应条件，硫酸工业不需要高压，A错误；为提高SO2的转化率，不是通入的空气越多越好，通入空气多，导致体系温度下降，需要更多的能量，为提高SO2的转化率，可通入稍过量的空气，B正确；升高温度可加快反应速率，合成氨反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，且催化剂的活性与温度有关，则反应温度选择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，C正确；工业合成氨，迅速冷却、液化氨气，是为了使化学平衡向生成氨气的方向移动，D正确。 答案　A 2．对于合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，下列研究结果和图示相符的是(　　) 选项 A B C D 研究 结果 压强对反应的影响 温度对反应的影响 平衡体系增加N2对反应的影响 催化剂对反应的影响 图示 解析　A项由于p1条件先达到平衡，故p1>p2，由p1→p2，减小压强，化学平衡左移，NH3的体积分数应降低，故错误；B项由于此反应ΔH<0，故升温平衡左移，N2的转化率降低，故错误；C项增大N2的量，会使正反应速率增大，使化学平衡右移，故正确；D项使用催化剂，能加快反应速率，缩短到达平衡的时间，故错误。 答案　C 3．二甲醚(CH3OCH3)是一种新型能源，由合成气(组成为H2、CO和少量CO2)直接制备二甲醚：2CO(g)＋4H2(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH＝－204.7 kJ·mol－1。下列措施中不能提高制备二甲醚反应速率的是(　　) A．适当增大反应体系的压强 B．选择使用合适的催化剂 C．增加合成气的用量 D．将CH3OCH3液化并及时抽走 解析　适当增大反应体系的压强、选择使用合适的催化剂及增加合成气的用量，均能加快反应速率；将CH3OCH3液化并及时抽走，减小生成物的浓度，能使平衡正向移动但反应速率减慢，故D符合题意。 答案　D 4．(山西教育发展联盟期中)下列关于化学反应的调控措施说法不正确的是(　　) A．硫酸工业中，为提高 SO2的转化率，通入过量的空气 B．工业上增加炼铁高炉的高度可以有效降低尾气中 CO的含量 C．合成氨工业中，从生产实际条件考虑，不盲目增大反应压强 D．工业以CO和H2为原料合成甲醇，为提高原料的利用率采用循环操作 解析　硫酸工业中涉及反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，通入过量空气，平衡正向移动，SO2的转化率提高，A正确；高炉炼铁时发生反应Fe2O3(s)＋3CO(g)2Fe(s)＋3CO2(g)，增加高炉的高度不能降低尾气中CO 的含量，B错误；工业合成氨中，若压强过大，不仅会增大能源消耗，还会增大动力消耗、对设备的要求也高，C正确；工业合成甲醇，采用原料循环操作可提高原料的利用率，D正确。 答案　B 5．(湖南长沙雅礼中学高二期中)如图所示为工业合成氨的流程图。下列有关说法错误的是(　　) A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒 B．步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以加快反应速率 C．步骤③、④、⑤均有利于提高原料的平衡转化率 D．产品液氨除可生产化肥外，还可用作制冷剂 解析　催化剂“中毒”指因吸附或沉积“毒物”而使催化剂活性降低或丧失的过程，合成氨使用铁触媒作催化剂，为防止混有的杂质使催化剂中毒，须将原料净化处理，A项正确；步骤②中“加压”可增大氮气、氢气的浓度，加快合成氨反应速率，使平衡正移，提高原料转化率，B项正确；合成氨反应为放热反应，步骤③使用较高温度不利于提高原料转化率，使用催化剂也不能使平衡移动，步骤④、⑤有利于提高原料的转化率，C项错误；产品液氨可用酸吸收生成铵态氮肥，液氨汽化时会吸收大量热，可用作制冷剂，D项正确。 答案　C 6．一定条件下，用Fe2O3、NiO或Cr2O3作催化剂对燃煤烟气进行回收，使SO2转化为S。在相同条件下，在相同时间内SO2的转化率与温度的关系如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．不考虑催化剂价格因素，选择Fe2O3作催化剂可以节约能源 B．其他条件相同，选择Cr2O3作催化剂，SO2的转化率最小 C．a点后SO2的转化率减小的原因可能是升高温度催化剂活性降低 D．选择Fe2O3作催化剂，最适宜温度为340～380 ℃ 解析　根据题图，当温度在340 ℃时，Fe2O3作催化剂条件下，SO2的转化率最大，故A正确；其他条件相同，选择Cr2O3作催化剂，340 ℃时，SO2的转化率最小；NiO作催化剂，260 ℃时，SO2的转化率最小，未指明温度，故B不正确；催化剂的催化能力大小是有条件的，温度太高或太低，催化剂活性可能会降低，故C正确；340 ～380 ℃温度范围内，催化剂Fe2O3的催化能力最佳，二氧化硫的转化率最大，温度继续升高，转化率变化不明显，但能源消耗变大，故D正确。 答案　B 7．(河北石家庄高二月考)工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯：CH3OH(g)＋CO(g)HCOOCH3(g)，在容积固定的密闭容器中，投入等物质的量 CH3OH和CO，测得相同时间内CO的转化率随温度的变化如图所示。下列说法不正确的是(　　) A．增大压强，甲醇转化率减小 B．b点反应速率v正＞v逆 C．平衡常数：K(75 ℃)＞K(85 ℃)，反应速率：vb＜vd D．生产时反应温度控制在80～85 ℃为宜 解析　CH3OH(g)＋CO(g)HCOOCH3(g)的正反应是气体分子数减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，甲醇的转化率增大，A错误。由题图可知，随着温度的升高，CO的转化率先增大后减小，在相同时间内，约83 ℃时反应达到平衡，b点时反应没有达到平衡，仍向正反应方向进行，则v正＞v逆，B正确。达到平衡后，升高温度，CO 转化率降低，平衡逆向移动，平衡常数减小，则K(75 ℃)＞K(85 ℃)；温度越高，反应速率越快，因此反应速率：vb＜vd，C正确。由题图可知，在80～85 ℃时，CO的转化率较大，且反应速率较快，因此生产时反应温度控制在80～85 ℃为宜，D正确。 答案　A 8．合成氨的热化学方程式为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，如图所示为相同温度下，在等量的不同催化剂作用下，某浓度氨气分解时对应生成氢气的初始速率，下列说法正确的是(　　) A．Fe作催化剂时，氨气分解反应活化能最小 B．氨气分解达到平衡时，单位时间内N≡N键断裂数目和N—H键形成数目相同 C．低压有利于提高N2和H2产率 D．高温有利于提高工业合成氨产率 解析　氨气分解反应活化能最大的即反应速率最慢的，Ru作催化剂时，氢气分解反应活化能最小，A错误；氨气分解达到平衡时，单位时间内N≡N键断裂数目和N—H键形成数目之比为1∶6，B错误；降低压强，反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)正向移动，有利于提高N2和H2产率，C正确；高温使反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)逆向进行，不利于平衡向生成氨的方向移动，不利于提高合成氨的产率，选择高温主要基于速率考虑，D错误。 答案　C 9.化学反应的调控，就是通过改变反应条件使一个可能发生的反应按照某一方向进行。工业上选用五氧化二钒作催化剂生产SO3，在400～500 ℃、常压时发生反应2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－47 kJ·mol－1。下列有关叙述不正确的是(　　) A．工业生产SO3的反应条件选择要结合设备条件、安全操作、经济成本及环境保护、社会效益等因素 B．反应时生成的热气体经如图所示装置进行热交换，预热混合气体SO2、O2，冷却反应后生成的气体，有利于提高反应速率和提高SO2的转化率 C．对原料气进行净化处理可有效防止催化剂中毒 D．反应选择在400～500 ℃进行主要是为了提高SO2的转化率 解析　由反应获取信息：工业生产反应条件的选择是一个综合体系，要结合设备条件、安全操作、经济成本及环境保护、社会效益等因素，故A正确；进行热交换既有利于提高反应前混合气体的反应速率，又有利于反应后生成气体的平衡正向移动，故B正确；原料气中的杂质易引起催化剂中毒，净化处理后可有效防止催化剂中毒，故C正确；该反应为放热反应，反应选择在400～500 ℃进行，不利于平衡正向移动，不利于提高SO2的转化率，故D不正确。 答案　D 10．2018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N2(g)＋H2(g)NH3(g)　ΔH(298 K)＝－46.2 kJ·mol－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*NH；NH＋H*NH 脱附：NHNH3(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)有利于提高合成氨平衡产率的条件有________。 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 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (3)关于合成氨工艺的下列理解，正确的是________。 A．合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零 B．当温度、压强一定时，在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率 C．基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，有利于反应正向进行 D．分离空气可得N2，通过天然气和水蒸气转化可得H2，原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生 解析　(1)N2(g)＋H2(g) NH3(g)　ΔH(298 K)＝－46.2 kJ·mol－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，有利于提高氨气产率，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；(3)N2(g)＋H2(g)NH3(g)　ΔH(298 K)＝－46.2 kJ·mol－1是气体体积减小的放热反应，合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零，故A正确；当温度、压强一定时，在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体，总压不变，分压减小，平衡逆向移动，不能提高平衡转化率，故B错误；NH3有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，有利于反应正向进行，故C正确；合成氨的反应在合成塔中发生，原料气中的N2是从空气中分离得来，先将空气液化，再蒸馏得N2，甲烷与水在高温、催化剂条件下生成CO和H2，原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生，故D正确。 答案　(1)AD　(2)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　(3)ACD 11．(浙江A9协作体高二联考)工业上合成氨是在一定条件下进行反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.2 kJ/mol，其部分工艺流程如图： (1)N2、H2需要经过铜氨液处理净化，除去其中的CO，其反应为：[Cu(NH3)2]＋＋CO＋NH3[Cu(NH3)3CO]＋　ΔH＜0。铜氨液吸收 CO 适宜的生产条件是________________。 (2)下列有关合成氨工业的叙述，正确的是________(填字母)。 A．循环的气体是 N2、H2、NH3 B．采用高温是为了保证尽可能高的平衡转化率与快的反应速率 C．及时分离出产品，有利于反应正向进行 D．当温度、压强一定时，在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率 E．合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零 (3)在其他条件相同时，分别测定不同压强、不同温度下N2的平衡转化率，结果如下图。 T1________(选填“＞”或“＜”)T2，判断的理由是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 (4)温度为T ℃时，将4a mol H2和2a mol N2放入0.5 L密闭容器中，充分反应达平衡后测得N2的转化率为50%，此时放出热量46.1 kJ。则该温度下N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)的平衡常数为________。 (5)依据温度对合成氨反应的影响，在下图坐标系中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图。 解析　(1)根据[Cu(NH3)2]＋＋CO＋NH3[Cu(NH3)3CO]＋　ΔH＜0可知，正反应为气体分子数减小的反应，且正反应放热，若要尽量吸收 CO，则需要使平衡尽量正向移动，结合勒夏特列原理，适宜的条件为高压低温； (2)循环的气体是N2和H2，A错误；采用高温是加快反应速率，不能提高该反应的平衡转化率，B错误；及时分离出产品使平衡正向移动，C正确；当温度压强一定时，充入惰性气体会使体系体积变大，各气体分压变小，平衡逆向移动，平衡转化率减小，D错误；合成氨的反应是气体分子数减小的放热反应，故合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零，E正确； (3)由于反应放热，温度越高，N2平衡转化率越低，结合图像可知T1＜T2； (4)据题意平衡后N2的转化率为50%，则消耗的n(N2)＝a mol，此时放热46.1 kJ，则a＝0.5，列三段式： 　　　　　　　　　　N2(g)＋3H2(g)2NH3(g) 起始(mol·L－1)　　　　4a　　　8a　　　　0 转化(mol·L－1)　　　　2a　　　6a　　　　4a 平衡(mol·L－1)　　　　2a　　　2a　　　　4a K＝＝4.0。 (5)起始时，氨气的物质的量为0，一段时间内随着温度的升高，氨气的物质的量逐渐变大，当达到平衡之后，继续升温，平衡逆向移动，氨气的物质的量减小，具体图像见答案。 答案　(1)低温高压　(2)CE (3)＜　合成氨为放热反应，在一定压强下，升高温度，平衡逆向移动，N2的平衡转化率降低 (4)4.0 (5) 12．丙烯腈(CH2===CHCN)是一种重要的化工原料，工业上可用“丙烯氨氧化法”生产，主要副产物有丙烯醛(CH2===CHCHO)和乙腈(CH3CN)等，回答下列问题： (1)以丙烯、氨、氧气为原料，在催化剂存在下生成丙烯腈(C3H3N)和副产物丙烯醛(C3H4O)的热化学方程式如下： ①C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g) ΔH＝－515 kJ·mol－1 ②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g)ΔH＝－353 kJ·mol－1 两个反应在热力学上趋势均很大，其原因是___________________________； 有利于提高丙烯腈平衡产率的反应条件是________________； 提高丙烯腈反应选择性的关键因素是________________。 (2)图(a)为丙烯腈产率与反应温度的关系曲线，最高产率对应的温度为460 ℃。高于460 ℃时，丙烯腈产率降低的原因可能是________(双选，填标号)。 A．催化剂活性降低　B．平衡常数变大 C．副反应增多 D．反应活化能增大 (3)丙烯腈和丙烯醛的产率与n(氨)/n(丙烯)的关系如图(b)所示。由图可知，最佳n(氨)/n(丙烯)约为________，理由是 ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为________。 解析　(1)化学反应在热力学上趋势很大，即ΔH对反应自发性的影响很大。ΔH<0有利于反应自发进行，反应放出热量越大(ΔH越小)，越有利于反应自发进行。反应①和②均为放热量大的反应，所以它们在热力学上趋势均很大。反应①为气体体积增大的放热反应，低温、低压均有利于提高丙烯腈的平衡产率。使用合适的催化剂可以提高丙烯腈反应的选择性。(2)催化剂在一定的温度范围内活性较高，高于460 ℃时，催化剂活性可能降低，导致丙烯腈产率降低，故A正确；反应①是放热反应，温度升高平衡逆向移动，平衡常数变小，丙烯腈产率降低，故B错误；温度升高，副反应增多，导致丙烯腈的产率下降，故C正确；反应活化能的大小不影响平衡，故D不正确。(3)根据图(b)可知，当n(氨)∶n(丙烯)≈1．0时，丙烯腈的产率最高，且丙烯醛的产率最低，故1．0是最佳比值。根据化学方程式：C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g)，氨气、氧气、丙烯的初始体积比为1∶1．5∶1时反应达到最佳状态，而空气中氧气约占，所以进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为1∶7.5∶1。 答案　(1)两个反应均为放热量大的反应　低温、低压 催化剂　(2)AC　(3)1．0　该比例下丙烯腈产率最高，且副产物丙烯醛产率最低　1∶7.5∶1 学科网（北京）股份有限公司 $$