第2章 第4节 化学反应的调控 素养提升练-【金版教程】2024-2025学年新教材高中化学选择性必修1作业与测评课件PPT（人教版2019）

第二章　化学反应速率与化学平衡 第四节　化学反应 的调控 素养提升练 素养提升练 (建议用时：40分钟) 答案 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2．下列说法正确的是(　　) A．合成氨反应中使用铁触媒，可使氮气和氢气混合气体之间的反应在较低温度下取得较高的反应速率 B．在工业生产条件优化时，只考虑经济性就行，不用考虑环保 C．从合成塔出来的混合气体中，NH3只占15%，所以合成氨工业的效率都很低 D．在合成氨反应中，为增大H2的平衡转化率，充入的N2越多越好 答案 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 4．在合成氨时，既要使氨的产率增大，又要使化学反应速率增大，可以采取的措施有(　　) A．减小体积使压强增大 B．升高温度 C．降低温度 D．恒温恒压，再充入等量的N2和H2 答案 解析 解析　压强增大，速率增大，同时平衡右移，A符合题意；升温平衡左移，降温速率变慢，B、C不符合题意；恒温恒压条件下加入等量的N2和H2，反应物浓度不变，速率不变，D不符合题意。 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 [重难点拨]　工业生产中选择适宜生产条件的思路 (1)分析化学反应的特点：从可逆性、反应前后气体体积的变化、焓变三个角度分析。 (2)根据反应特点具体分析外界条件对反应速率和平衡的影响。 (3)从反应速率和平衡的角度进行综合分析，再充分考虑实际情况，选出适宜的外界条件。 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 解析 解析　增大压强或使用催化剂，平衡不移动，CO的转化率不变；增大CO的浓度，平衡向右移动，但CO的转化率降低；降低温度或增大水蒸气的浓度，平衡均向右移动，CO的转化率增大。 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 6．焦炭常用于冶炼工业。已知反应①：2C(s)＋O2(g)===2CO(g)；反应②：2CO(g)＋O2(g)===2CO2(g)，反应①②的反应趋势与温度关系如图所示(假设ΔH、ΔS不随温度变化)。下列说法错误的是(　　) A．反应②的ΔS<0，ΔH<0 B．983 K是两个反应主次趋势变化的转折点 C．L1对应反应① D．当温度低于983 K时，过量焦炭的氧化产物以反应②生成CO2为主 答案 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析 解析　根据题给化学方程式可知，反应②的ΔS<0， 则－TΔS>0，根据273 K时，ΔG＝ΔH－TΔS<0，所以ΔH <0，A正确；ΔG越小，说明反应能够发生的趋势越大， 983 K时两反应的ΔG相等，之后两反应的ΔG大小关系发 生变化，则反应主次趋势发生变化，B正确；反应①的ΔS>0，根据ΔG＝ΔH－TΔS，ΔG和T成反比，所以斜率小于0，L2对应反应①，L1对应反应②，C错误；当温度低于983 K时，L1的ΔG更小，所以以反应②为主，产物以CO2为主，D正确。 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析 解析　反应①为反应后气体分子数减小的反应，故ΔS<0，该反应ΔH<0，满足ΔG＝ΔH－TΔS<0反应能够自发进行，则该反应在低温条件下能自发进行，A错误；增大压强反应向气体分子数减小的方向移动，对于该反应来说是正向移动，SiHCl3平衡产率增大，B错误；由题给信息可知，该反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，即高温时Si的平衡转化率比低温时小，C错误。 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 低 压强 0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa 平衡时SO2的转化率 97.5% 98.9% 99.2% 99.6% 99.7% 高 高 0.1 MPa是常压，转化率已经很高，且加压到10 MPa时SO2平衡转化率并没有显著提升，成本大大提高，但收益不大，所以选择常压 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 答案 便于和有催化剂的实验数据形成对照，相当于空白实验 (2)科研人员使用CaCO3为基础固硫材料，复合不同的催化剂(V2O5、V2O5­ MnO2、V2O5­GeO2)催化SO2向SO3的转化。同时研究了不同温度下使用三种催化剂对CaCO3固硫效率(用单位时间内SO2的转化率表示)的影响，结果如图： ①仅使用CaCO3而不使用催化剂获得的X线的实验目的是_______________ _______________________________________________________。 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 ②下列有关说法正确的是________。 a．三种催化剂中V2O5催化剂效率最低 b．同温同压下，使用复合催化剂有利于提高SO3的平衡产率 c．如图为V2O5­MnO2为催化剂时的反应机理，由图可知Mn4＋比Mn3＋更易获得电子 d．温度越高一定越有利于催化剂催化效率的提升 答案 ac 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 (3)某SO2催化氧化生成SO3反应的速率方程为v＝k·pα(SO2)·pβ(O2)·pγ(SO3)，根据表中数据，β＝________。 答案 实验 p(SO2)/ kPa p(O2)/ kPa p(SO3)/ kPa v/kPa－1 1 m n p q 2 2m n p 2q 3 m n 0.1p 10q 4 m 2n p 1.414q 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 请回答： (1)判断该反应的自发性并说明理由：__________________________________ ______________________________________________________________________。 答案 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 (2)下列说法正确的是________。 A．1×103 K时，若充入惰性气体，v正、v逆均减小，v逆变化幅度更大 B．1×103 K时，突然升温，v正、v逆均增大，v正变化幅度更大 C．1×103 K时，反应达平衡后CO2的转化率为25.0% D．T×103 K时，若充入等体积的CO2和CO，平衡向逆反应方向移动 (3)1×103 K时，起始压强为100 kPa，反应一段时间达到平衡，用平衡分压p(B)代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝________ kPa(保留三位有效数字)。[p(B)＝p·x(B)，p为平衡总压强，x(B)为平衡系统中B的物质的量分数] 答案 BCD 33.3 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 (4)已知：在上述条件下(初始投料为1 mol CO2与足量的碳，恒容密闭容器中)，在给定CO2的平衡转化率为25.0%时，v逆随温度的变化曲线如下图所示，画出v正随温度(0.5×103 K至2.5×103 K)的变化曲线。 答案 答案　 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解析 素养提升练 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 　　　　　　　　　　　　　 R 一、选择题 1．下列说法正确的是(　　) A．自发反应在任何条件下都能实现 B．自发反应的现象不一定非常明显 C．常温下，反应C(s)＋CO2(g)2CO(g)不能自发进行，则该反应的ΔH<0 D．反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则该反应的ΔH>0 解析　过程的自发性只能用于判断过程的方向，是否能实现还要看具体的条件，A错误；根据反应C(s)＋CO2(g)2CO(g)常温下不能自发进行可知，该反应的ΔG＝ΔH－TΔS>0，又知该反应ΔS>0，则该反应的ΔH>0，C错误；反应2Mg(s)＋CO2(g)===C(s)＋2MgO(s)能自发进行，则ΔG＝ΔH－TΔS<0，因ΔS<0，则ΔH<0，D错误。 3．(2023·苏北四市高三统考)对于反应4Fe2O3(s)＋3CH4(g)8Fe(s)＋6H2O(g)＋3CO2(g)，下列说法正确的是(　　) A．上述反应的ΔS>0 B．上述反应的平衡常数K＝eq \f(c3（CO2）,c3（CH4）) C．增大体系压强，可提高CH4的平衡转化率 D．CH4与CO2浓度相同时，反应达到平衡状态 解析　由方程式可知，该反应的平衡常数K＝eq \f(c3（CO2）c6（H2O）,c3（CH4）)，B错误；该反应是气体分子数增大的反应，增大压强平衡向气体分子数减小的方向移动，即平衡逆向移动，甲烷的平衡转化率降低，C错误；达到平衡时，二氧化碳和甲烷的浓度不一定相等，D错误。 5．合成氨厂所需H2可由焦炭与水反应制得，其中有一步反应为CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)　ΔH<0。欲提高CO的转化率，可采用的方法是(　　) ①降低温度　②增大压强　③使用催化剂 ④增大CO的浓度　⑤增大水蒸气的浓度 A．①②③ B．④⑤ C．①⑤ D．②⑤ 7．已知298 K、101 kPa时，下列说法不正确的是(　　) 反应1：4Fe(s)＋3O2(g)===2Fe2O3(s)　ΔH1＝－1648 kJ/mol 反应2：C(s)＋O2(g)===CO2(g)　ΔH2＝－393 kJ/mol 反应3：2Fe(s)＋2C(s)＋3O2(g)===2FeCO3(s)　ΔH3＝－1480 kJ/mol 反应4：2FeCO3(s)＋eq \f(1,2)O2(g)===2CO2(g)＋Fe2O3(s)　ΔH4 A．上述反应1、2、3、4在热力学上自发趋势都很大 B．反应1和3在较低温度下能自发反应，反应4是熵增反应 C．自发反应不一定能发生，只能判断过程的方向，不能确定过程发生的速率 D．反应1表示铁在氧气中燃烧的热化学方程式 解析　根据盖斯定律知，反应4＝反应1×eq \f(1,2)＋反应2×2－反应3，ΔH4＝eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(－1648×\f(1,2)－393×2＋1480)) kJ/mol＝－130 kJ/mol。题述反应1、2、3、4都是放热反应且放出的热量较多，在热力学上自发趋势很大，A正确；反应1和3都是放热的熵减反应，根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0知，在较低温度下能自发进行，反应4是气体分子数增大的反应，它是熵增反应，B正确；化学反应的自发性只能判断过程的方向，不能确定反应是否一定会发生和过程发生的速率，C正确；铁在氧气中燃烧只生成四氧化三铁，D错误。 8．一定条件下合成乙烯：6H2(g)＋2CO2(g)eq \o(,\s\up17(催化剂))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所示。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% 解析　由题图可知250 ℃时催化剂催化效率最高，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；催化剂催化效率降低与平衡移动无关，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，列三段式： 6H2(g)＋2CO2(g)eq \o(,\s\up17(催化剂))CH2===CH2(g)＋4H2O(g) 开始/mol 　 5x 2x 0 0 转化/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 mol，乙烯的体积分数等于其物质的量分数＝eq \f(0.5x mol,5.5x mol)×100%≈9.1%，D正确。 9．(2023·黑龙江哈尔滨实验中学期中)C、Si同处于第ⅣA族，它们的单质或化合物有重要用途。实验室可用CO2回收废液中的苯酚，工业上用SiO2和焦炭高温下反应制得粗硅，再经如下两步反应制得精硅：①Si(s)＋3HCl(g)===SiHCl3(g)＋H2(g)　ΔH＝－141.8 kJ·mol－1　②SiHCl3(g)＋H2(g)===Si(s)＋3HCl(g)，反应过程中可能会生成SiCl4。则下列有关反应①的说法正确的是(　　) A．该反应在低温条件下不能自发进行 B．其他条件不变，增大压强，SiHCl3平衡产率减小 C．实际工业生产选择高温条件，原因是高温时Si的平衡转化率比低温时大 D．如图所示，当eq \f(n（HCl）,n（Si）)>3时，SiHCl3平衡产率减小说明 发生了副反应 二、非选择题 10．(2023·辽宁省鞍山市高三模拟)硫酸的消耗量常用来衡量一个国家工业发展水平。其中SO2的催化氧化是重要的一步，其反应为2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)　ΔH＝－196 kJ/mol。回答下列问题： (1)SO2催化氧化反应在________温下自发(填“高”或“低”，下同)，________压有利于提高反应速率，________压有利于提高平衡转化率。根据下表数据(450 ℃条件下测得)阐述实际工业生产选择0.1 MPa的理由：___________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________。 eq \f(1,2) 解析　(1)该反应的ΔH＜0，ΔS＜0，根据ΔG＝ΔH－TΔS<0能自发进行知，在低温下反应能自发进行；压强增大，碰撞几率增大，速率加快，所以高压下有利于提高反应速率；正反应是气体分子数减小的反应，压强增大平衡正向移动，所以高压下有利于提高平衡转化率。 (2)②表示V2O5的曲线在其他两条曲线的下方，即催化效果最差，a正确；使用催化剂只能改变反应速率，无法提高平衡产率，b错误；从图中的表达式Mn4＋＋O2＋V5＋＋e－→Mn3＋＋O2＋V5＋可以看出，Mn4＋得到电子生成Mn3＋，即Mn4＋的得电子能力更强，c正确；温度过高会使催化剂失去活性，降低催化效率，d错误。 (3)取实验1和4的数据，得到表达式eq \b\lc\{(\a\vs4\al\co1(q＝kmαnβpγ,1.414q＝kmα（2n）βpγ))，解得β＝eq \f(1,2)。 11．(2023·浙江省余姚市高三上学期适应性测试)1 mol CO2与足量的碳在恒容密闭容器中反应：C(s)＋CO2(g)2CO(g)。测得平衡时，体系中气体体积分数与温度的关系如图所示： 反应C(s)＋CO2(g)2CO(g)的ΔS>0、ΔH>0，当满足ΔH－TΔS<0时，反应能自发进行，故该反应在高温条件下能自发进行 解析　(2)反应在恒容容器中进行，1×103 K时，若充入惰性气体，反应物的浓度不变，v正、v逆均不变，A错误；1×103 K时，突然升温，v正、v逆均增大，温度对吸热反应影响较大，故v正变化幅度更大，B正确；由图可知，1×103 K时，反应达平衡后CO的体积分数为40%，设CO2转化了x mol，则有 　　　　C(s)＋CO2(g)2CO(g) 起始量(mol) 1 0 变化量(mol) x 2x 平衡量(mol) 1－x 2x 所以eq \f(2x,1－x＋2x)×100%＝40%，解得x＝0.25 mol，则CO2的转化率为eq \f(0.25,1)×100%＝25%，C正确；由该反应为非等体积反应知，T×103 K达平衡后加入等体积CO2和CO相当于增大压强，所以平衡逆向移动，D正确。 (3)1×103 K时，起始压强为100 kPa，反应一段时间达到平衡，由上述三段式可知，平衡时气体的总物质的量为1.25 mol，恒温、恒容条件下，压强之比等于物质的量之比，故平衡时总压强为100 kPa×eq \f(1.25,1)＝125 kPa，所以用平衡分压p(B)代替平衡浓度表示的化学平衡常数Kp＝eq \f(p2（CO）,p（CO2）)＝eq \f(\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(\f(2,5)×125 kPa))\s\up12(2),\f(3,5)×125 kPa)≈33.3 kPa。 $$