第二章 第四节 化学反应的条件优化 课时作业4 2025-2026学年高二上学期化学鲁科版选择性必修1

第二章课时作业4 化学反应的条件优化 （时长60分钟） 一、选择题（10题） 1.下列有关合成氨工业的说法正确的是( ) A．N2的量越多，H2 的转化率越大，因此，充入的N2越多越有利于NH3的合成 B．恒容条件下充入稀有气体有利于NH3 的合成 C．工业合成氨的反应是熵增加的放热反应，在任何温度下都可自发进行 D．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应，在常温时可自发进行 2.有平衡体系：N2(g)+3H2(g) ⇌ 2NH3(g)　ΔH<0，为了增加氨气的产量，应采用的正确措施是（ ） A．高温、高压 B．适宜温度、高压、催化剂 C．低温、低压 D．高温、高压、催化剂 3.工业上，合成氨反应N2 + 3H2 ⇌2NH3的微观历程如下图所示。用、、分别表示N2、H2、NH3，下列说法正确的是( ) A．①→② 催化剂在吸附N2、H2时，形成新的化学键 B．②→③ 形成N原子和H原子是放热过程 C．①→⑤ N2和H2全部化合成氨气 D．使用合适的催化剂，能提高合成氨反应的效率 4.合成氨的热化学方程式为：N2(g) + 3H2(g) ⇌2NH3(g) ∆H=-92.4kJ/mol 。最近，吉林大学与韩国、加拿大科研人员合作研究，提出基于机械化学(“暴力”干扰使铁活化)在较温和的条件下由氮气合成氨的新方案(过程如图所示)，利用这种方案所得氨的体积分数平衡时可高达。下列说法正确的是( ) A．该方案所得氨的含量高，主要是因为使用了铁做催化剂 B．采用该方案生产氨气，活化能和均减小 C．该方案氨的含量高，与反应温度较低有关 D．为了提高氨气的产率，应尽量采取较高温度提高化学反应速率 5.在硫酸工业中，在催化剂条件下使氧化为：2SO2(g)+O2(g) ⇌2SO3(g) ∆H=-196.6kJ/mol   。下表列出了在不同温度和压强下，反应达到平衡时的转化率。下列说法正确的是( ) 温度/℃ 平衡时SO2的转化率/% 0.1MPa 0.5MPa 1MPa 5MPa 10MPa 450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7 550 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3 A．该反应在任何条件下均能自发进行 B．实际生产中，最适宜的条件是温度450℃、压强 C．使用催化剂可加快反应速率，提高的平衡产率 D．为提高的转化率，应适当充入过量的空气 6.以丙烯、氨气和空气(空气中O2体积分数约为20%)为原料，在催化剂条件下生产丙烯腈(CH2CHCN)的过程中会同时生成副产物丙烯醛，发生的主要反应如下： C3H6(g)＋NH3(g)＋3/2O2(g) ⇌CH2CHCN(g)＋3H2O(g) C3H6(g)＋O2(g) ⇌CH2CHCHO(g)＋H2O(g) 在恒压、460℃时，保持丙烯和氨气的总进料量和空气的进料量均不变，丙烯腈和丙烯醛的平衡产率随进料气中n(氨气)/n(丙烯)的比值变化的曲线如图所示。下列有关说法正确的是( ) A．图中曲线a表示丙烯腈的平衡产率随n(氨气)/n(丙烯)比值的变化 B．增大压强有利于提高反应速率和丙烯腈的平衡产率 C．使用合适的催化剂可以使丙烯腈的平衡产率达到100% D．由图可知，原料氨气、丙烯和空气的理论最佳进料体积比为2∶2∶3 7.如下图所示为工业合成氨的流程图。下列说法不正确的是( ) 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均有利于提高原料平衡的转化率 D．为提高反应物的转化率应及时将氨从混合气中分离出去 8.Deacon发明的将氯化氢转化为氯气的总反应为：4HCl(g)+O2(g）⇌2Cl2(g)+2H2O(g)，∆H。该总反应可按下列催化过程进行： Ⅰ．2CuCl2(s)⇌2CuCl(s)+Cl2(g)，∆H1 Ⅱ．2CuCl(s)+O2(g)⇌2CuO(s)+Cl2(g)，∆H2 Ⅲ．CuO(s)+2HCl(g)⇌CuCl2(s)+H2O(g)，∆H3 实验测得在一定体积的容器中，当进料浓度比的比值分别为1:1、4:1、7:1时，总反应的HCl平衡转化率随温度变化的曲线如图所示。 下列说法中不正确的是 A．∆H<0 B．图中曲线③代表的c(HCl)/c(O2)=1 C．增加少量CuCl2，不改变HCl的平衡转化率 D．曲线①表明100℃时，HCl平衡转化率已经接近100%，但在工业生产中通常采用的反应温度为400-500℃，可能是因为此温度下催化剂活性更高，反应速率更快. 9.工业上可用“氨催化氧化法”生产，以氨气、氧气为原料，在合金催化剂存在下生成和副产物的两个竞争反应化学方程式如下： Ⅰ．4NH3(g)+5O2(g) ⇌4NO(g)+6H2O(g) Ⅱ．4NH3(g)+3O2(g) ⇌2N2(g)+6H2O(g) 现将、充入恒容密闭容器中，在上述催化剂作用下发生反应，不同温度下反应相同时间，有关物质的量关系变化曲线分别如图所示： ( 制备目标物质消耗原料的量 原料总的转化率 ×100% 有效转化率= ) 已知： 下列说法不正确的是（ ） A．400℃时，主要发生反应Ⅱ B．由图分析工业上用氨催化氧化制备，最佳温度约为840℃ C．520℃时，的有效转化率约为33% D．反应器内存在n(NO)+2n(N2)=1mol 10.恒压条件下，密闭容器中将CO2、H2按照体积比为1：3合成CH3OH，其中涉及的主要反应： Ⅰ．CO2(g)+3H2(g) ⇌CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH1=-49kJ·moI-1 Ⅱ．CO2(g)+H2(g) ⇌CO(g)+H2O(g)　ΔH2=41kJ·moI-1 在不同催化剂作用下发生反应Ⅰ和反应Ⅱ，在相同的时间段内的选择性和产率随温度的变化如图 ( 反应的 CO 2 的物质的量 ×100% CH 3 OH 的物质的量 CH 3 OH 的选择性 = )已知： 下列说法正确的是( ) A．保持恒温恒压下充入氮气，不影响CO的产率 B．合成甲醇的适宜工业条件是约230°C，催化剂选择CZ(Zr-1)T C．使用CZ(Zr-l)T，230°C以上，升高温度甲醇的产率降低，原因是催化剂的活性降低 D．使用CZT，230°C以上，升高温度甲醇的产率降低，是因为反应Ⅰ平衡逆向移动 二、非选择题（3题） 11.工业上用硫铁矿为主要原料制取硫酸，主要设备有沸腾炉、接触室和吸收塔。 (1)有关接触法制硫酸的下列说法中，不正确的是___________。 A．二氧化硫的氧化在接触室中发生 B．吸收塔用浓度为98.3%浓硫酸吸收三氧化硫 C．接触室中反应的条件之一为较高温度是为了提高SO2的转化率 D．硫酸工业中在接触室安装热交换器是为了利用SO3转化为硫酸时放出的热量 (2)SO2平衡转化率与温度及压强关系如图所示。在实际生产中，SO2催化氧化反应的条件选择常压、450℃左右(对应图中A点)，而没有选择SO2转化率更高的B或C点对应的反应条件，其原因分别是 、 。 （3）接触法制硫酸的关键反应为SO2的催化氧化： SO2(g)+½O2(g) ⇌SO3(g) ∆H=-98.9kJ/mol。 ①为提高钒催化剂的综合性能，我国科学家对其进行了改良。不同催化剂下，温度和转化率的关系如图所示，催化性能最佳的是 (填标号)。 ②在450℃、100kPa的条件下，SO3的平衡体积分数随起始时投料比的变化如图所示，用平衡压强(平衡压强=该物质的体积分数×总压强)代替平衡浓度，则450℃时，该反应的Kp= 。 12.氨是人类科学技术发展史上的一项重大突破，目前工业上用用氢气和氨气直接合成氨。 (1)因氮一直是科学家致力研究的重要课题，有关热力学数据如下： 反应 大气固氮N2(g)+O2(g)⇌2NO(g) 工业固氮N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g) 温度/℃ 25 2000 25 350 400 450 平衡常数K 3.84×10-31 0.1 5×10-8 1.847 0.507 0.152 常温下，大气固氮的倾向 工业固氮(填“大于”或“小于”)。 (2)N2与H2反应的能量变化如图所示，则N2(g)与H2(g)反应制备NH3(l)的热化学方程式为： ，升温，平衡常数K (填“增大”或“减小”)。 (3)合成氨实际生产中，常用主要成分为铁的催化剂，反应温度773K、压强20-50MPa，投料比n(N2):n(H2)=1:2.8。研究发现：在反应历程中，N2在催化剂表面分解生成N原子的活化能最高；平衡时氨的体积分数在20MPa、50MPa时分别为19.1%、42.2%(其它条件不变)。 ①生产中测得合成塔出口混合气体中氨的体积分数为5/33，说明塔内反应的 V正 V逆 (填“大于”“小于”或“等于”)，此时N2的转化率为 。 ②选择反应温度为773K的最主要依据是下列中的 (填标号)。 A．温度对平衡的影响         B．温度对反应速率的影响 C．温度对催化剂活性的影响     D．能耗对生产成本的影响 13.合成氨是人工固氮最重要的途径，反应为： N2(g) + 3H2(g) ⇌2NH3(g)∆H=-92.4kJ/mol   。回答下列问题： (1)下列关于合成氨工艺的说法中，正确的是___________(填字母)。 A．控制温度远高于室温，是为了提高平衡转化率 B．原料气需经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生 C．不断将液氨移除，利于反应正向进行，同时提高逆反应速率 D．实际生产中，N2适度过量有利于提高H2的转化率，同时有利于提高整体反应速率 (2)为降低合成氨的能耗，我国科学家提出使用M-LiH复合催化剂，催化效果如图1所示，若一定压强下，以相同的投料，350℃用Cr-LiH作催化剂、500℃用Fe作催化剂和350℃用Fe-LiH作催化剂，氨气的产率随时间变化如图2所示，350℃用Cr-LiH作催化剂的曲线是 (填“a”“b”或“c”)，理由是 。 (3)压强为20MPa下，以n(H2)=0.75mol、n(N2)=0.25mol进料，反应达平衡时氮气的转化率与温度的关系如图3中曲线b所示。 ①若保持压强不变，以n(H2)=0.75mol、n(N2)=0.25mol、n(Ar)=0.1mol进料，则平衡时氮气的转化率与温度的关系是曲线 (填“a”或“c”)，判断依据是 。 ②已知：反应N2(g) + 3H2(g) ⇌2NH3(g)，，其中P(N2）、P(H2)、P（NH3）分别表示N2(g)、H2(g)、NH3(g)的分压。若保持压强不变，仍以n(H2)=0.75mol、n(N2)=0.25mol进料，达平衡时NH3的物质的量分数为0.20，则该温度下，N2(g) + 3H2(g) ⇌2NH3(g)反应平衡常数Kp= (化为最简式)。 答案 课时作业4 一、选择题 1.D 2.B 3.D 4.C 5.D 6.A 7.C 8.B 9.D 10.B 二、非选择题 11. (1)CD (2)不选B点，因为压强越大对设备的投资越大，消耗的动能越大，SO2原料的转化率在常压(0.1MPa)下的转化率已达到97%左右，再提高压强，SO2的转化率提高的余地很小，所以采用常压 、 不选C点，因为温度越低，SO2的转化率虽然更高，但催化剂的催化作用会受影响，450℃时，催化剂的催化效率最高，故选择A点，而不选择C点 (3) ①d ②0.05 12.(1)小于 (2)    减小 (3) ①大于 25% ②C 13.(1)BD (2) b 350℃用Cr-LiH作催化剂的反应速率慢于350℃用Fe-LiH作催化剂的速率 (3)① a 相同温度下，恒压充入稀有气体相当于分压减小，平衡逆向移动，N2的转化率② 学科网（北京）股份有限公司 $