2.4 化学反应条件的优化--工业合成氨 同步练习 题2023-2024学年高二上学期鲁科版（2019）化学选择性必修1

2.4 化学反应条件的优化--工业合成氨 同步练习题 一、选择题 1．近年来，我国科技迅猛发展。下列科技成果中蕴含的化学知识叙述正确的是 A．新型手性螺环催化剂能降低化学反应的焓变 B．DNA存储技术中用于编码的DNA是核糖核酸 C．建造港珠澳大桥所采用的高强抗震螺纹钢属于合金 D．“天舟五号”飞船搭载的燃料电池放电时主要将热能转化为电能 2．下，在恒压密闭容器中发生反应(l，浅黄色)(l，红棕色) 。已知分子中各原子均满足8电子稳定结构，下列说法正确的是 A．当单位时间内断裂键，同时有被还原时，说明反应达到平衡状态 B．平衡后，升高温度，容器体积减小 C．平衡后，压缩容器体积，容器中黄绿色先变深后变浅，最终气体颜色和原来一样 D．平衡后，增加(l)的物质的量，平衡向正反应方向移动 3．甲醇制备原理如下： 反应Ⅰ 反应Ⅱ 某温度下，加入一恒压密闭容器中反应，达到平衡时，氢气、甲醇和一氧化碳的分压有如下关系：，下列说法正确的是 A．的平衡转化率为 B．该温度下反应Ⅰ的平衡常数之值为 C．该温度下反应Ⅱ的平衡常数为 D．平衡时，甲醇含量最高 4．工业上用下列反应合成甲醇： 。℃时，此反应的平衡常数为。此温度下，在一个2 L的密闭容器中加入一定量CO和，反应2 min测得各组分的浓度如下，下列有关说法不正确的是 物质 CO 浓度/(mol·L-1) 0.2 0.2 0.4 A．起始时加入的物质的量为2 mol B．此时正、逆反应速率的大小关系为 C．在℃下达平衡后，若向容器中再加入0.4 mol CO和0.8 mol ，平衡不移动 D．在2 min后，温度由℃变为℃，反应达到平衡后，测得 mol/L，则温度 5．粉末状大理石与2 mol/L盐酸反应制取 CO2，若要增大反应速率，可采取的措施是 A．改用1 mol/L的盐酸 B．改用块状大理石 C．适当降低温度 D．改用3 mol/L的盐酸 6．如图为可逆反应。A(s)+D(g)E(g)；△H＜0的逆反应速率随时间变化情况，试根据图中曲线判断下列说法中不正确的是 A．t3时刻可能采取的措施是减小c(D) B．t5时刻可能采取的措施是降温 C．t7时刻可能采取的措施是减小压强 D．t5～t6时间段平衡向逆反应方向移动 7．臭氧分解的原理可表示为：。无催化和有催化的分解反应过程中的能量变化示意图如图所示，其中与反应可得和。下列说法正确的是 A．分解反应为吸热反应，需要加热才能发生 B．通常情况下臭氧分解较慢，是因为分解反应的活化能较高 C．曲线2的总反应可表示为 D．改变反应的反应热，加快了分解反应的速率 8．对可逆反应，下列叙述正确的是 A．达到化学平衡时， B．加入合适的催化剂，可使平衡正向移动 C．达到化学平衡时，若增大容器体积，则正反应速率减小，逆反应速率增大 D．保持容器容积不变，向其中加入1molHe，化学反应速率增大 二、填空题 9．甲醇被称为2l世纪的新型燃料，工业上可以用CH4和H2O为原料来制备甲醇。 (1)将1.0molCH4和2.0molH2O(g)通入容积为10L的反应室，在一定条件下发生反应I：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，CH4的平衡转化率与温度、压强的关系如图甲： ①已知100℃，压强为P1时，达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示的平均反应速率为 。 ②在其它条件不变的情况下升高温度，化学平衡常数将 (填“增大”“减小”或“不变”)。 ③图中的P1 P2(填“＜”、“＞”或“=”)，在100℃，压强为P1时平衡常数为 。 ④保持反应体系100℃，压强为P1，5min后再向容器中充入H2O、H2各0.5mol，化学平衡将向 移动(填“向左”“向右或“不”)。 (2)在一定条件下，将amolCO与3amolH2的混合气体在催化剂作用下能自发发生反应II：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g) ①该反应的△H 0(填“＜”、“＞”或“=”)。 ②若容器容积不变，下列措施可以提高CO转化率的是 。 A．升高温度 B．将CH3OH(g)从体系中分离出来 C．充入He，使体系总压强增大 D．再充入一定量的H2 10．浓度商与化学平衡常数的表达式 (1)浓度商：对于一般的可逆反应，mA(g)＋nB(g)⇌pC(g)＋qD(g)，在任意时刻的称为 ，常用 表示，即Q=。 (2)化学平衡常数表达式：当在一定温度下达到化学平衡时，K=。 (3)Q与K关系：当反应中有关物质的浓度商 平衡常数时，表明反应达到化学平衡状态。 11．向黄色的溶液中加入无色的溶液，溶液变成红色。该反应在有的教材中用方程式表示。 (1)向上述红色溶液中继续加入浓溶液，溶液红色加深，这是由于 (填字母)． A．与配合的数目增多 B．红色离子的数目增多 C．红色离子的浓度增加 (2)向上述红色溶液中加入溶液振荡，只观察到红色溶液迅速褪成无色，表示该反应的离子方程式为 ；能使该反应发生的可能原因是 。 12．(1)已知2N2O5(g)=2N2O4(g)＋O2(g)，起始时N2O5(g)为35.8 kPa，分解的反应速率v=2×10-3×(kPa·min-1)。t=62 min时，测得体系中=2.9 kPa，则此时的= kPa，v= kPa·min-1。 (2)一定条件下测得反应2HCl(g)＋O2(g)Cl2(g)＋H2O(g)的反应过程中n(Cl2)的数据如下： t/min 0 2.0 4.0 6.0 8.0 n(Cl2)/10-3 mol 0 1.8 3.7 5.4 7.2 计算2.0～6.0 min内以HCl的物质的量变化表示的反应速率(以mol·min-1为单位，写出计算过程)。 (3) Bodensteins研究了下列反应：2HI(g) H2(g)＋I2(g)，在716 K时，气体混合物中碘化氢的物质的量分数x(HI)与反应时间t的关系如表： t/min 0 20 40 60 80 120 x(HI) 1 0.91 0.85 0.815 0.795 0.784 x(HI) 0 0.60 0.73 0.773 0.780 0.784 上述反应中，正反应速率为v正=k正x2(HI)，逆反应速率为v逆=k逆x(H2)x(I2)，其中k正、k逆为速率常数，则k逆为 (以K和k正表示)。若k正=0.002 7 min-1，在t=40 min时，v正= min-1。 13．CO2、CO是化石燃料燃烧后的主要产物。 (1)已知：2CO(g)+O2(g)=2CO2(g) △H=－566.0kJ/mol，键能E(O=O)=499.0kJ/mol。 ①CO(g)+O2(g)CO2(g)+O(g)的△H= kJ/mol。 ②已知2500K时，①中反应的平衡常数为0.40，某时刻该反应体系中各物质浓度满足：c(CO)•c(O2)=c(CO2)•c(O)，则此时反应 (填“向左”或“向右”)进行。 (2)已知：在密闭容器中CO2分解反应CO2(g)CO(g)+O(g)的实验结果如图1所示，反应2CO2(g)2CO(g)+O2(g)中1molCO2在不同温度下的平衡分解量如图2所示。 ①分析图1，2min内v(CO2)= 。 ②分析图2，1500℃时反应达平衡，此时容器体积为1L，则反应的平衡常数K= 。(保留两位有效数字) (3)在容积可变的密闭容器中发生反应CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)，c(CO)随反应时间t的变化如图中曲线Ⅰ所示，此时平衡时容器体积为3L，若在t0时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ，改变的条件是 ；当通过改变压强使曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，曲线Ⅲ达到平衡时容器的体积为 。 【参考答案】 一、选择题 1．C 解析：A．催化剂可改变反应历程，降低反应的活化能，加快反应速率，但是不改变焓变，A错误； B．DNA存储技术中用于编码的DNA是脱氧核糖核酸，B错误； C．合金是金属与金属或非金属熔合而成的具有金属特性的物质；螺纹钢属于合金，C正确； D．燃料电池放电时主要将化学能转化为电能，D错误； 故选C。 2．C 解析：A．分子中各原子均满足8电子稳定结构，则分子的结构式为，单位时间内断裂键和被还原都在描述正反应速率，不能作为平衡判据，A项错误； B．因该反应在恒压密闭容器中进行且，平衡后，升高温度，平衡逆向移动，生成，容器体积增大，B项错误； C．平衡常数，温度不变，平衡常数不变，即不变，增大压强后先增大后减小，最终与原来一样，即黄绿色先变深后变浅，最终与原来一样，C项正确； D．增加(l)的物质的量，平衡不移动，D项错误。 故选C。 3．C 解析：根据题意可知，物质的量之比等于压强之比，有： 的n（平）（1-x-y），H2的n（平）（3-3x-y） 解得：， A．的平衡转化率，A错误； B．由于方程两边系数不等，在不知道总压的情况下，该温度下反应Ⅰ的平衡常数的值无法计算，B错误； C．该温度下反应Ⅱ的，C正确； D．从方程式或上述数据中，均可以得出水的含量最高，D错误； 故选C。 4．D 解析：A．反应2 min时甲醇为0.4mol/L×2L=0.8mol，则反应的氢气为1.6mol，起始时加入的物质的量为1.6mol+0.2mol/L×2L =2 mol，A正确； B．此时，反应达到平衡状态，则正、逆反应速率的大小关系为，B正确； C．在℃下达平衡后，若向容器中再加入0.4 mol CO和0.8 mol ，则CO和的浓度分别为0.4mol/L、0.8mol/L，此时，平衡不移动，C正确； D．在2 min后，温度由℃变为℃，反应达到平衡后，测得 mol/L，说明平衡正向移动，反应为放热反应，则反应温度降低了，故温度，D错误； 故选D。 5．D 解析：A．改用1mol/L盐酸，盐酸浓度降低，反应速率减小，选项A错误； B．改用块状大理石，固体接触面积减小，反应速率减小，选项B错误； C．适当降低温度，活化分子百分数减小，反应速率降低，选项C错误； D．改用3mol/L盐酸，盐酸浓度增大，反应速率增大，选项D正确。 答案选：D。 6．D 解析：A．由图可知，t3时刻v逆减小，且是在原来的基础上减小，是改变物质的浓度引起的，可能是减少c(D)，故A正确； B．t5时刻，逆反应速率突然减小，可能是降低温度所致，故B正确； C．t7时刻，逆反应速率减小，t7之后，逆反应速率不再改变，反应达平衡，反应为气体体积分数不变的反应，所以可能是减小压强所致，故C正确； D．t5时刻，逆反应速率突然减小，之后在t5～t6时间段内，逆反应速率逐渐增大，说明平衡正向移动，故D错误； 故答案选D。 7．B 解析：A．由图可知，反应物能量大于生成物，为放热反应，A错误； B．过渡态物质的总能量与反应物总能量的差值为活化能，即图中峰值越大则活化能越大，峰值越小则活化能越小，活化能越大反应越慢，通常情况下臭氧分解较慢，是因为分解反应的活化能较高，B正确； C．由题干可知，总反应为臭氧和氧自由基生成氧气的反应，仅起催化作用，C错误； D．催化剂可以改变反应速率，但是不改变反应焓变，D错误； 故选B。 8．A 解析：A. 时，正逆反应速率相等，反应达到平衡状态，故A正确； B. 加入合适的催化剂，只改变反应速率，不影响平衡移动，故B错误； C. 达到化学平衡时，若增大容器体积，反应体系中各组分的浓度都减小，则正逆反应速率都减小，故C错误； D. 保持容器容积不变，向其中加入1molHe，各组分的浓度不变，化学反应速率不变，故D错误； 答案选A。 二、填空题 9．(1) 0.03 mol·L-1·min-1 增大 ＜ 0.0225 左 (2)＜ BD 解析：（1）将1.0molCH4和2.0molH2O(g)通入容积为10L的反应室，在一定条件下发生反应I：CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)，CH4的平衡转化率为0.5，则可建立如下三段式： ①已知100℃，压强为P1时，达到平衡所需的时间为5min，则用H2表示的平均反应速率为=0.03 mol·L-1·min-1。 ②从图中可以看出，升高温度，CH4的转化率增大，则正反应为吸热反应，在其它条件不变的情况下升高温度，化学平衡常数将增大。 ③从图中可以看出，温度相同，P1时CH4的转化率比P2时大，而反应物的气体分子数小于生成物的气体分子数，所以P1＜P2，在100℃，压强为P1时平衡常数为=0.0225。 ④保持反应体系100℃，压强为P1，5min后再向容器中充入H2O、H2各0.5mol，此时浓度商QC==0.04＞0.0225，所以化学平衡将向左移动。答案为：0.03 mol·L-1·min-1；增大；＜；0.0225；左； （2）①因为ΔS＜0，所以该反应的△H＜0。 ②A．升高温度，平衡逆向移动，CO的转化率减小，A不符合题意； B．将CH3OH(g)从体系中分离出来，平衡正向移动，CO的转化率增大，B符合题意； C．充入He，使体系总压强增大，但反应物和生成物的浓度不变，平衡不发生移动，CO的转化率不变，C不符合题意； D．再充入一定量的H2，则平衡正向移动，CO的转化率增大，D符合题意； 故选BD。答案为：＜；BD。 【点睛】对于一个可逆反应，平衡常数只受温度变化的影响，不受压强、浓度变化的影响。 10．浓度商 Q 等于 解析：在任意时刻的生成物的浓度的系数次方与反应物的浓度的系数次方之比称为浓度商，常用Q表示，即Q=； 当反应中有关物质的浓度商等于平衡常数时，表明反应正逆反应速率相等，平衡不再移动，反应达到化学平衡状态。 11．(1)C (2) 结合的能力大于结合的能力 解析：（1）溶液中存在平衡：，继续加入浓溶液，浓度增大，平衡正向移动，红色离子浓度增多，答案选C； （2）向红色溶液中加入溶液振荡，只观察到红色溶液迅速褪成无色，说明结合的能力大于结合的能力，使浓度减小，平衡逆向移动。 12．0 6.0×10-2 1.8×10-3 mol·min-1 1.95×10-3 解析：(1) 所以=30.0 kPa；v=2×10-3×30.0 kPa·min-1=6.0×10-2 kPa·min-1； (2) v(HCl)=2v(Cl2)= =1.8×10-3 mol·min-1； (3)平衡时，v正=v逆，即k正x2(HI)=k逆x(H2)·x(I2)，则。 v正=k正x2(HI)=0.002 7 min-1×0.852≈1.95×10-3 min-1。 13．(1) -33.5 向左 (2)3×10−7 mol∙L−1∙min−1 3.2×10−8 (3)使用催化剂 2L 解析：（1）①根据反应2CO(g)+O2(g)=2CO2(g)的△H=－566.0kJ/mol和键能E(O=O)=499.0kJ/mol可知，反应CO(g)+O2(g)CO2(g)+O(g)的△H==-33.5kJ/mol。 ②已知2500K时，①中反应的平衡常数为0.40，某时刻该反应体系中各物质浓度满足：c(CO)•c(O2)=c(CO2)•c(O)，则此时Qc==1>K，所以反应向左进行。 （2）①2min内，c(O)变化了0.6×10-6mol/L=6×10-7mol/L，则CO2的浓度也变化了6×10-7mol/L，v(CO2)=。 ②1500℃时反应达平衡，此时容器中氧气的体积分数为0.2%，设起始时CO2的物质的量为1mol，容器体积为1L，则起始时CO2的物质的量浓度为1mol/L，设变化的CO2的浓度为2xmol/L，可列三段式： 。氧气的体积分数为0.2%，即，解得x=0.002。所以平衡时CO2的浓度为0.996mol/L，CO的浓度为0.004mol/L，O2的浓度为0.002mol/L，则反应的平衡常数K==3.2×10−8。 （3）在t0时刻分别改变一个条件，曲线Ⅰ变为曲线Ⅱ，速率变大但改变条件瞬间CO的浓度没有改变，平衡状态也没有改变，则改变的条件是使用催化剂；当通过改变压强使曲线Ⅰ变为曲线Ⅲ时，曲线Ⅰ在t0时刻CO的浓度为2.0mol/L，容器体积为3L，改变压强，CO的浓度变为3.0mol/L，则容器体积压缩到了2L。该反应是反应前后气体系数之和相等的反应，压强的改变对平衡无影响，使用曲线Ⅲ达到平衡时容器的体积也为2L。 学科网（北京）股份有限公司 $$