课时梯级训练(9) 化学反应的调控（Word练习）-【优化指导】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1（人教版2019 不定项版）

课时梯级训练(9)　化学反应的调控 1．下列是德国化学家哈伯工业合成氨的流程图，其中为提高原料转化率和增大反应速率而采取的措施是(　　) A．①②③ B．②④⑤ C．②③ D．②⑤ D　解析：净化干燥可以使产物更纯净，但不能提高原料转化率和增大反应速率，①不符合题意；加压可以增大反应速率，且该反应为气体化学计量数之和减小的反应，可以使平衡正向移动，提高原料转化率，②符合题意；催化剂可以增大反应速率，但不改变原料转化率，高温可以增大反应速率，但平衡会逆向移动，不能提高转化率，③不符合题意；液化分离可以使平衡正移，提高转化率，但生成物浓度减小，反应速率会减小，④不符合题意；氮气和氢气的循环使用，也可提高原料的转化率，同时提高反应物的浓度，增大反应速率，⑤符合题意。 2．SCR法是工业上消除氮氧化物的常用方法，反应原理为4NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g)⥫⥬4N2(g)＋6H2O(g)　ΔH<0。该法可能发生副反应4NH3(g)＋5O2(g)⥫⥬4NO(g)＋6H2O(g)。投料比一定时，下列说法不正确的是(　　) A．提高NO平衡转化率的条件是高温高压 B．提高NO平衡转化率的条件是低温低压 C．减少副反应的措施是选择合适的催化剂 D．减少副反应的措施是控制O2的用量 A　解析：4NH3(g)＋4NO(g)＋O2(g)⥫⥬4N2(g)＋6H2O(g)是正向气体总体积增大的放热反应，减小压强、降低温度，平衡正向移动，NO平衡转化率提高，A错误，B正确；选择合适的催化剂，提高反应的选择性，减少副反应的发生，C正确；在O2足量时，易发生副反应，故控制O2的用量，可减少副反应的发生，D正确。 3．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、液化氨是为了使化学平衡向生成氨的方向移动 A　解析：高温、高压、催化剂是合成氨的条件，硫酸工业不需要高压，A错误；为提高SO2的转化率，可通入稍过量的空气，B正确；升高温度可增大反应速率，该反应为放热反应，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 ℃是从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，是为了使化学平衡向生成氨的方向移动，D正确。 4．“丁烯裂解法”是一种重要的丙烯生产法，在生产过程中会有生成乙烯的副反应发生。反应如下： 主反应：3C4H8(g) 4C3H6(g)；副反应：C4H8(g) 2C2H4(g)。 测得上述两反应的平衡体系中，各组分的质量分数(w)随温度(T)和压强(p)变化的趋势分别如图1和图2所示： 平衡体系中的C3H6(g)和C2H4(g)的质量比是工业生产C3H6(g)时选择反应条件的重要依据之一，从产物的纯度考虑，该数值越高越好，据图1和图2判断，反应条件应选择下列中的(　　) A．300 ℃、0.1 MPa B．700 ℃、0.1 MPa C．300 ℃、0.5 MPa D．700 ℃、0.5 MPa C　解析：由图1可知，300 ℃时C2H4(g)的质量分数接近于0，而温度升高，C2H4(g)的质量分数增大，选择300 ℃；由图2可知，压强增大，C2H4(g)的质量分数减小，C3H6(g)的质量分数增大，选0.5 MPa，因此控制反应条件是300 ℃、0.5 MPa。 5．在30 MPa下，工业合成氨生产过程中，N2与H2按体积比为1∶3投料时，反应混合物中氨的体积分数随温度的变化曲线如图所示，其中一条是经过一定时间反应后的曲线，另一条是平衡时的曲线。 下列说法不正确的是(　　) A．图中表示该反应的平衡曲线是 Ⅰ B．图中a点，容器内气体n(N2)∶n(NH3)＝1∶2 C．图中b点，反应速率：v正＞v逆 D．控制在500～550 ℃时，平衡混合物中NH3的体积分数最大 B　解析：合成氨为放热反应，故随着温度的升高，平衡逆向移动，NH3的体积分数会逐渐降低，故曲线 Ⅰ 表示该反应平衡时的曲线，A正确；设反应前N2、H2的物质的量分别为1 mol、3 mol，a点时消耗N2的物质的量为x mol。 列式：＝50%，解得x＝，此时n(N2)∶n(NH3)＝(1－)∶＝1∶4，B错误；b点后NH3的体积分数仍在增大，说明反应仍在向正反应方向进行，此时v正＞v逆，C正确；曲线 Ⅱ 表示随着反应的进行，NH3的体积分数逐渐增大，但反应达到平衡状态后继续升温，氨的体积分数减小，图中500～550 ℃时，平衡混合物中NH3的体积分数最大，D正确。 6．已知2SO2(g)＋O2(g)⥫⥬2SO3(g)　ΔH＝－197.8 kJ/mol。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表所示： 温度/K 压强/(105Pa) 1.01 5.07 10.1 25.3 50.7 673 99.2 99.6 99.7 99.8 99.9 723 97.5 98.9 99.2 99.5 99.6 773 93.5 96.9 97.8 98.6 99.0 下列说法不正确的是(　　) A．一定压强下降低温度，SO2平衡转化率增大 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转化率已相当高 B　解析：一定压强下，降低温度，平衡正向移动，则SO2平衡转化率增大，A正确；不同温度和压强下，该反应的速率不同，故转化相同物质的量的SO2所需的时间不同，B错误；使用催化剂可增大反应速率，从而缩短达到平衡所需要的时间，C正确；由表中数据可知，常压(1.01×105Pa)、673 K时 SO2的平衡转化率为99.2%，故工业生产中不需要采用加压措施，D正确。 7．CO可用于合成甲醇，反应的化学方程式为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。下列说法正确的是(　　) A．该反应ΔH＞0 B．温度越高，反应速率越大，故实际生产中选择350 ℃ C．实际生产中常加入催化剂，增大反应速率，提高CH3OH的产率 D．实际生产条件可选择控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右 D　解析：由图可知，压强一定时，随着温度的升高，CO的转化率变小，说明升高温度，平衡逆向移动，故该反应ΔH＜0，A错误；该反应是放热反应，温度越高，反应正向进行的程度越小，故应选择250 ℃，B错误；实际生产中常加入催化剂，增大反应速率，缩短达到平衡所需时间，但不能使平衡移动，故不能提高CH3OH的产率，C错误；由图可知，压强在1.3×104 kPa时，CO的转化率较高，随后增大压强，CO转化率变化较小，故实际生产条件可选择控制在250 ℃、1.3×104 kPa左右，D正确。 8．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．使用合适的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　解析：加热可以增大化学反应速率，放热反应也可能在加热条件下进行，B不正确。 9．不同条件下，用O2氧化a mol/L FeCl2溶液过程中所测的实验数据如图所示。下列分析或推测不合理的是(　　) A.0～8 h内，Fe2＋的氧化率随时间延长而逐渐增大 B．由曲线②和③可知，pH越大，Fe2＋的氧化速率越大 C．由曲线①和③可知，温度越高，Fe2＋的氧化速率越大 D．60 ℃、pH＝2.5时，4 h内Fe2＋的平均消耗速率大于0.15a mol/(L·h) B　解析：由题图中曲线可知，0～8 h内，随着时间的延长，Fe2＋的氧化率逐渐增大，A正确；由曲线②和③可知，当温度相同时，pH越小，Fe2＋的氧化率越大，相同时间内Fe2＋的氧化速率越大，B错误；由曲线①和③可知，温度越高，Fe2＋的氧化速率越大，C正确；由曲线①③可知，在其他条件相同的情况下，温度越高，Fe2＋的氧化速率越大，当温度为50 ℃、pH＝2.5时，前4 h内Fe2＋的平均消耗速率为＝0.15a mol/(L·h)，故60 ℃、pH＝2.5时，4 h内Fe2＋的平均消耗速率大于0.15a mol/(L·h)，D正确。 10．N2和H2生成NH3的反应为N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH(298 K)＝－46.2 kJ/mol。关于合成氨工艺的下列理解不正确的是(　　) A．合成氨反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零 B．控制温度(773 K)远高于室温，是为了增大反应速率，不能提高平衡转化率 C．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 D．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 C　解析：根据N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH(298 K)＝－46.2 kJ/mol可知该反应ΔH小于零，该反应为气体物质的量减小的反应，所以ΔS小于零，A正确；该反应ΔH(298 K)小于零，控制温度(773 K)远高于室温有利于平衡逆向移动，不能提高平衡转化率，但是可以增大反应速率，B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，容器体积增大，相当于减小压强，平衡向逆反应方向移动，会降低平衡转化率，C错误；NH3可以形成分子间氢键，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正确。 11．(2024·辽宁葫芦岛协作校期中)N2和H2分别在催化剂1和催化剂2作用下合成NH3的反应路径如图1、2所示(*表示物质吸附在催化剂上)，下列说法正确的是(　　) A．上述两种催化剂没有改变合成氨的反应路径 B．图1中的决速步骤为*NH3→NH3 C．图2中有5个放出能量和5个吸收能量的过程 D．使用高效催化剂可以提高合成氨的平衡产率 B　解析：根据图示，上述两种催化剂改变了合成氨的反应路径，A错误；决定化学反应速率的步骤为反应慢的基元反应，活化能大，基元反应的速率慢，则图1中的决速步骤为*NH3→NH3，B正确；图2中有4个放出能量的过程，C错误；使用催化剂不能改变平衡移动，不可以提高合成氨的平衡产率，D错误。 12．(双选)(2024·南通高二期中，改编)合成氨反应为N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ/mol。下列图示正确且与对应的叙述相符的是(　　) A．图1表示分别在有、无催化剂的情况下反应进程中的能量变化 B．图2表示t1时刻改变的条件是增大NH3浓度 C．图3表示一定条件下的合成氨反应中，平衡时NH3的体积分数随H2起始体积分数(N2的起始量恒定)的变化关系，图中H2转化率a点大于b点 D．图4表示N2的平衡转化率与温度和压强的关系 BC　解析：催化剂不改变反应的焓变，A错误；升高温度，正、逆反应速率均同时增大，图2中正反应速率没有立即增大，逆反应速率立即增大，故改变的条件是增大NH3浓度，B正确；图3中横坐标为氢气起始体积分数，a→b相当于增大氢气的浓度，合成氨平衡正向移动，但增加的氢气量大于平衡转化的氢气，氢气的转化率减小，即a点的氢气转化率大于b点，C正确；该反应为放热反应，温度升高，氮气的平衡转化率减小，图4符合；该反应为气体分子数减小的反应，压强增大，氮气的平衡转化率应增大，图4不符合，D错误。 13．(2024·景德镇高二期中)合成氨工艺是人工固氮最重要的途径。下图是合成氨的简要流程和反应的化学方程式： N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)　ΔH<0 (1)图中X的主要成分是__________，这样操作的目的是_______________________。 (2)有利于提高合成氨平衡产率的条件为________。 A．低温 B．高温 C．低压 D．高压 E．催化剂 (3)T ℃时，若在容积为2 L的密闭恒容容器中充入0.8 mol N2(g)和1.6 mol H2(g)，5 min后达到平衡，测得N2的浓度为0.2 mol/L。 ①计算此段时间的反应速率v(NH3)＝________，H2的转化率为__________。 ②已知300 ℃时K＝0.86，则(3)中的反应温度T__________300(填“>”“<”或“＝”)。 ③若向平衡后的体系中同时加入1.2 mol N2、1.6 mol H2、1.2mol NH3，该反应是否处于平衡状态________(填“是”或“否”)，此时v正__________v逆。(填“>”或“<”或“＝”) 答案：(1)N2、H2　循环利用N2、H2，提高原料的利用率　(2)AD (3)①0.08 mol/(L·min)　75%　②<　③否　> 解析：(1)N2(g)＋3H2(g)⥫⥬2NH3(g)反应可逆，氮气、氢气不能完全转化为氨，冷凝器中氨液化，分离出液氨后剩余氮气和氢气，X的主要成分是N2、H2，N2、H2循环利用，有利于提高原料的利用率。 (2)正反应放热，降低温度，平衡正向移动；该反应是正反应气体分子数减小的反应，增大压强，平衡正向移动，催化剂对平衡无影响，有利于提高合成氨平衡产率的条件为低温、高压。 (3)T ℃时，若在容积为2 L的密闭恒容容器中充入0.8 mol N2(g)和1.6 mol H2(g)，5 min后达到平衡，测得N2的浓度为0.2 mol/L，则此段时间内消耗0.4 mol氮气，根据反应的化学方程式可知，反应消耗1.2 mol H2，生成0.8 mol氨； ①反应速率v(NH3)＝＝0.08 mol/(L·min)，H2的转化率为×100%＝75%。 ②已知300 ℃时K＝0.86，(3)中K＝＝100，正反应放热，温度越高平衡常数越小，反应温度T<300。 ③若向平衡后的体系中同时加入1.2 mol N2、1.6 mol H2、1.2 mol NH3，Q＝＝1.25<K＝100，该反应没有达到平衡状态，反应正向进行，此时v正>v逆。 14．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)ΔH1＝－515 kJ/mol ②C3H6(g)＋O2(g)===C3H4O(g)＋H2O(g)　ΔH2＝－353 kJ/mol 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 ℃。低于460 ℃时，丙烯腈的产率______(填“是”或“不是”) 对应温度下的平衡产率，判断理由是______________________；高于460 ℃时，丙烯腈产率降低的可能原因是________(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的关系如图(b)所示。由图可知，最佳约为________，理由是__________________________________________________ ________________________________________________________________________。 进料气氨、空气、丙烯的理论体积比约为________。 答案：(1)两个反应均为放热量大的反应　低温、低压　催化剂 (2)不是　该反应为放热反应，平衡产率应随温度升高而降低　AC (3)1.0　该比例下丙烯腈产率最高，而副产物丙烯醛产率最低　1∶7.5∶1 解析：(1)因为生成丙烯腈和丙烯醛的反应均为放热量较大的反应，所以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)该反应是放热反应，温度升高平衡产率应降低，而低于460 ℃时产率随温度的升高而增大，说明在此时反应平衡尚未达到，对应温度下的产率不是平衡产率。催化剂在一定的温度范围内活性较高，高于460 ℃时，催化剂活性降低，反应速率变小，单位时间内产生的丙烯腈减少，故丙烯腈产率降低，A正确；反应①是放热反应，温度升高平衡左移，平衡常数变小，丙烯腈产率降低，B错误；温度升高，副反应增多，导致丙烯腈的产率下降，C正确；反应活化能的大小不影响平衡，D错误。 (3)根据图(b)可知，当≈1.0时，丙烯腈的产率最高，而丙烯醛的产率最低，故1.0是最佳比值。根据化学反应：C3H6(g)＋NH3(g)＋O2(g)===C3H3N(g)＋3H2O(g)，氨、氧气、丙烯按1∶1.5∶1的初始体积比加入反应达到最佳状态，而空气中氧气体积约占，故进料氨、空气、丙烯的理论体积比约为1∶7.5∶1。 学科网（北京）股份有限公司 $$