高效作业11 第2章 第4节 化学反应的调控-【精彩三年】2024-2025学年高中化学选择性必修1课程探究与巩固Word教参（人教版2019）

高效作业11 [第四节　化学反应的调控] [A级　新教材落实与巩固] 1．关于合成氨工业的说法中错误的是(　B　) A. 混合气进行循环利用遵循绿色化学思想 B. 工业上采用高温条件的目的是提高平衡转化率 C. 对原料气进行压缩可增大原料气的转化率 D. 使用催化剂能增大该反应的速率的原因是降低了活化能 【解析】 混合气进行循环利用可以节约能源、提高原料的利用率，遵循绿色化学思想，A正确；合成氨反应为放热反应，温度太高会降低平衡的转化率，但是温度太低会影响催化剂的活性，故采用适当的温度，B错误；对原料气进行压缩，即增大压强，化学平衡正向移动，可以增大原料气的转化率，C正确；催化剂能增大反应的速率，是因为降低了活化能，D正确。 2．合成氨反应为N2(g)＋3H2(g) ⥫⥬2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol-1。下列说法正确的是(　D　) A. 合成氨反应在任意温度下都能自发进行 B. 1 mol N2与过量H2充分反应放热92.4 kJ C. 合成氨实际生产中选择高压和低温 D. 将氨液化分离，有利于平衡正移及循环利用氮气和氢气 【解析】 合成氨是放热且熵减的反应，根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0能自发进行可知，该反应在低温下能自发进行，A错误；该反应为可逆反应，不能完全反应，因此1 mol N2与过量H2充分反应放热小于92.4 kJ，B错误；为了增大反应速率，实际生产中选择高压(10 MPa～30 MPa)和高温(400～500 ℃)，C错误；氨气易液化，液化分离后生成物减少，平衡正向移动，没有液化的H2和N2可以继续通入反应器中反应，循环利用，D正确。 3．一定条件下，在1.0 L的密闭容器中进行反应：Cl2(g)＋CO(g) ⥫⥬COCl2(g)　ΔH<0，反应过程中的有关数据如下表： t/min 0 2 4 6 8 c(Cl2)/(mol·L-1) 2.4 1.6 0.6 c(CO)/(mol·L-1) 2 0.2 c(COCl2)/(mol·L-1) 0 下列说法正确的是(　C　) A. 该反应在高温下自发进行 B. 2 min内，用CO表示的化学反应速率为0.6 mol·L-1·min-1 C. 保持其他条件不变，升高温度，平衡时c(COCl2)<1.8 mol·L-1 D. 温度不变，在第8 min向体系中加入三种物质各1 mol，则平衡向逆反应方向移动 【解析】 根据反应方程式，该反应为气体物质的量减少的反应，即ΔS＜0，已知ΔH＜0，根据ΔG＝ΔH－TΔS＜0，因此该反应在低温下自发进行，故A错误；2 min内消耗氯气的物质的量浓度为0.8 mol/L，则消耗CO的物质的量浓度为0.8 mol/L，v(CO)＝＝0.4 mol/(L·min)，故B错误；6 min时，CO的物质的量浓度为0.2 mol/L，6 min内消耗CO的物质的量浓度为1.8 mol/L，该段时间内，消耗氯气的物质的量浓度为1.8 mol/L，则6 min时氯气的物质的量浓度为0.6 mol/L，与8 min时氯气的物质的量浓度相同，表示反应已达到平衡，达到平衡时，生成COCl2的物质的量浓度为1.8 mol/L，该反应为放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，则c(COCl2)＜1.8 mol/L，故C正确；达到平衡时Cl2、CO、COCl2物质的量浓度分别为0.6 mol/L、0.2 mol/L、1.8 mol/L，该条件下K＝＝＝15，温度不变，在第8 min向体系中加入三种物质各1 mol，Q＝＝≈1.5＜K＝15，平衡向正反应方向移动，故D错误。 4．在2 L的密闭容器中，2A(g)＋B(g)⥫⥬2C(g)　ΔH，将2 mol A气体和1 mol B气体在反应器中反应，测得相同时间内A的转化率与温度的关系如图中实线所示(图中虚线表示相同条件下A的平衡转化率随温度的变化)。下列说法正确的是(　B　) A. 反应的ΔH>0 B. X点的化学平衡常数大于Y点的化学平衡常数 C. 图中Y点v(正)>v(逆) D. 图中Z点，增大B的浓度不能提高A的转化率 【解析】 如题图所示，实线为测得的相同时间内A的转化率与温度的关系，在250 ℃左右，A的转化率达到最大，则温度小于250 ℃时，温度越高，反应速率越大，相同时间内测得的A的转化率也越高，温度大于250 ℃时，温度越高，测得的A的转化率降低，是因为该反应平衡逆向移动，由此可知该反应为放热反应。由分析可知，该反应为放热反应，即ΔH＜0，A错误；该反应是放热反应，升高温度，平衡常数减小，X点的温度小于Y点的温度，故X点的化学平衡常数大于Y点的化学平衡常数，B正确；如题图所示，Y点实线和虚线重合，即测定的A的转化率就是平衡转化率，则Y点v(正)＝v(逆)，C错误；Z点增大B的浓度，平衡正向移动，A的转化率提高，D错误。 5．开发CO2催化加氢合成甲醇技术是有效利用CO2资源、实现“碳达峰、碳中和”目标的重要途径。某温度下，在恒容密闭容器中发生反应：CO2(g)＋3H2(g)⥫⥬CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH＝－49.01 kJ·mol-1。下列有关说法正确的是(　A　) A. 加入合适的催化剂，能提高单位时间内CH3OH的产量 B. 升高反应温度有利于提高H2(g)的平衡转化率 C. 平衡后再通入适量H2(g)，平衡常数K增大 D. 增大体系的压强，平衡不发生移动 【解析】 加入合适的催化剂，能降低反应的活化能，增大反应速率，提高单位时间内甲醇的产量，故A正确；该反应是放热反应，升高温度，平衡向逆反应方向移动，氢气的转化率减小，故B错误；平衡常数是温度函数，温度不变，平衡常数不变，所以平衡后再通入适量氢气，平衡常数K不变，故C错误；该反应是气体总体积减小的反应，增大体系的压强，平衡向正反应方向移动，故D错误。 6．[2023·镇海中学检测]N2和H2生成NH3的反应为N2(g)＋H2(g)⥫⥬NH3(g)　ΔH(298 K)＝－46.2 kJ/mol，在Fe的催化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：NH⥫⥬NH3(g)。 其中，N2的吸附分解反应活化能高、反应速率小，决定了合成氨的整体反应速率。 请回答下列问题。 (1)有利于提高合成氨平衡产率的条件有__AD__(填字母)。 A. 低温　B. 高温　C. 低压　D. 高压　E. 催化剂 (2)实际生产中，常用铁触媒作催化剂，控制温度为773 K左右，压强为3.0×107 Pa左右，原料气中N2和H2的物质的量之比为1∶2.8。分析说明原料气中N2过量的两个理由：__原料气中N2相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率；N2的吸附分解是决定反应速率的步骤，适度过量有利于提高整体反应速率__。 (3)下列关于合成氨工艺的说法，正确的是__ACD__。 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)中加入少量惰性(不参加反应)气体，有利于提高平衡转化率 C. NH3易液化，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发生安全事故 【解析】(1)N2(g)＋H2(g)⥫⥬NH3(g)　ΔH(298 K)＝－46.2 kJ/mol是气体总体积减小的放热反应，低温有利于平衡正向移动，提高平衡产率，A正确、B错误；低压使平衡逆向移动，不利于提高平衡产率，C错误、D正确；催化剂只改变反应速率，不改变化学平衡状态，不能提高平衡产率，E错误。(2)原料气中N2相对易得，增加氮气的量有利于提高H2的转化率；N2的吸附分解是决定反应速率的步骤，氮气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是气体总体积减小的放热反应，该反应在不同温度下的ΔH和ΔS都小于零，A正确；当温度、压强一定时，在原料气(N2和H2的比例不变)中加入少量惰性气体，容器容积增大，平衡逆向移动，平衡转化率降低，B错误；NH3易液化，不断将液氨移去，有利于反应正向进行，C正确；原料气中的N2是从空气中分离得到的，须经过净化处理，以防止催化剂中毒和发生安全事故，D正确。 [B级　素养养成与评价] 7．[2023·宁波中学检测]已知HF分子在一定条件下会发生二聚反应：2HF(g)⥫⥬(HF)2　ΔH＜0。若要测定HF的相对分子质量，下列条件中，测定结果误差最小的是(　D　) A. 温度0 ℃、压强101 kPa B. 温度100 ℃、压强303 kPa C. 温度0 ℃、压强303 kPa D. 温度100 ℃、压强101 kPa 【解析】 已知2HF(g)⥫⥬(HF)2　ΔH＜0，则升高温度和降低压强均有利于平衡逆向移动，使得HF的含量增大，测定HF的相对分子质量误差最小，D符合题意。 8．某小组利用可逆反应W(s)＋I2(g)⥫⥬WI2(g)　ΔH＜0，设计如图装置提纯粗钨(杂质熔点高，且不能与碘发生反应)。粗钨装入石英管一端，抽成真空后引入适量碘并封管，置于加热炉中。下列说法正确的是(　C　) A. 在不同温度区域，WI2的量保持不变 B. 在提纯过程中，I2的量不断减少 C. 最终杂质残留在Ⅱ区，纯钨转移至Ⅰ区 D. 在提纯过程中，I2的作用是将W从高温区转移到低温区 【解析】 温度不同，反应进行的主要方向不同，因此WI2的量会发生改变，A错误；反应在一密闭系统中进行，根据质量守恒定律可知，I2的量不可能不断减少，在一定条件下当反应达到平衡后其质量不再发生变化，B错误；低温使平衡正向移动，高温使平衡逆向移动，因此在提纯过程中是纯钨转移至Ⅰ区，最终杂质残留在Ⅱ区，C正确；在提纯过程中，I2使反应正向进行，可将W转化为WI2(g)，使W从低温区转移到高温区，D错误。 9．在合适的催化剂作用下，二氧化碳可催化加氢制甲醇。 (1)已知：①CO2(g)＋H2(g)H2O(g)＋CO(g)　ΔH1＝＋41.4 kJ·mol-1 ②CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g) ΔH2＝－90.5 kJ·mol-1 则反应③CO2(g)＋3H2(g)CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH3＝__－49.1__kJ·mol-1。 (2)若将物质的量之比为1∶3的CO2(g)和H2(g)充入容积为1.0 L的恒容密闭容器中发生反应③，不同压强下CO2的转化率随温度的变化关系如图所示。 ⅰ.A、B两条曲线的压强分别为pA、pB，则pA__>__(填“>”“＜”或“＝”)pB。 ⅱ.在曲线A的条件下，起始充入CO2(g)和H2(g)的物质的量分别为1 mol 、3 mol，且c点时K＝300，则c点对应CO2的转化率为__90%__。 【解析】 (1)反应③＝反应①＋反应②，则ΔH3＝ΔH1＋ΔH2＝＋41.4 kJ·mol-1＋(－90.5 kJ·mol-1)＝－49.1 kJ·mol-1。(2)ⅰ. 反应③是气体总体积减小的反应，同一温度下，增大压强，平衡正向移动，CO2转化率增大，则pA＞pB；ⅱ. 在曲线A的条件下，起始充入CO2(g)和H2(g)的物质的量分别为1 mol 、3 mol，则CO2(g)和H2(g)的起始浓度分别为1 mol/L、3 mol/L，设c点时，CO2的转化浓度为x mol/L，则H2、CH3OH、H2O的转化浓度分别为3x mol/L、x mol/L、x mol/L，则c点时CO2、H2、CH3OH、H2O的浓度分别为(1－x)mol/L、(3－3x)mol/L、x mol/L、x mol/L，K＝＝300，则＝300，解得x＝0.9，则c点对应CO2转化率为×100%＝90%。　 10．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所示。 (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__低温、高压__。 (2)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，结果如图2所示。 T1__<__(填“>”或“<”)T2，判断的理由是__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__。 (3)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__4.0__。 (4)依据温度对合成氨反应的影响，在图3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。 答案： 【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)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。(3)据题意，平衡后N2的转化率为50%，则消耗的n(N2)＝a mol，列三段式如下： 　　　　　　　　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＝＝，由于反应的ΔH＝－92.2 kJ·mol-1，则放热46.1 kJ时参加反应的n(N2)＝Q mol＝ mol＝0.5 mol，即a＝0.5，K＝4。 (4)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。 学科网（北京）股份有限公司 $$