内容正文:
第四节
白题基础过关练
知识点1工业合成氨的原理分析及条件选择
1.(2024·山东德州高二期中)下列有关合成氨
条件选择的说法正确的是
(
A.适当增加氢气的浓度可提高氮气的平衡转
化率
B.温度越高,速率越快,生产效益越好
C.使用铁触媒能提高合成氨反应的平衡转化率
D.将氨及时液化分离不利于提高氨的产率
2.1913年德国化学家哈伯发明了以低成本制造
大量氨的方法,下列是哈伯法的流程图,其中
为提高原料转化率而采取的措施是
(
①净化N2、Hg②加压
③催化反应
④液化
→NH
干燥
(2×10Pa)
(500℃、催化剂
分离
⑤N,和H
H
再循环
A.①②③
B.②④⑤
C.①③⑤
D.②③④
3.(2024·江西景德镇高二期中)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(已知合成氨为放热反应):
N2(1体积)
压缩机
热交换器
H2(3体积)
液氨冷凝器
有催化剂
的合成塔
T℃时,若在容积为2L的密闭恒容容器中充
入0.8molN2(g)和1.6molH2(g),5min后达
到平衡,测得N2的浓度为0.2mol·L-1。
(1)计算此段时间的反应速率v(NH)=
,H2的转化率为
(2)已知300℃时K=0.86,则反应温度T
300(填“>”“<”或“=”)。
(3)若向平衡后的体系中同时加入1.2molN2、
1.6molH2、1.2 mol NH3,该反应是否处于平
学反应的调控
限时:15min
衡状态?
(填“是”或“否”),此时v正
心逆(填“>”“<”或“=”)。
知识点2化学反应的调控
4.(2024·四川广元高二月考)“碳达峰、碳中
和”是我国社会发展重大战略之一,CH4还原
C02是实现“双碳”经济的有效途径之一,相
关的主要反应有:
I.CH4(g)+C02(g)=2C0(g)+2H2(g)
△H=+247kJ·mol-1
Ⅱ.C02(g)+H2(g)C0(g)+H20(g)
△H=+41kJ·mol
有利于提高C02平衡转化率的条件是(
A.使用优良催化剂B.低温高压
C.高温低压
D.高温高压
5.(2023·湖南株洲高二期中)如图所示为接触
法制硫酸的设备和工艺流程,其中关键步骤
是S02的催化氧化:2S02(g)+02((g)一
2S03(g)
△H<0,下列说法正确的是(
98.3%
浓硫酸尾气
经净化
催化剂
日S0,、
禽S0,O,催化剂0
铁
炉渣
DAOMOO
供稀释
矿
吧y
用硫酸
4
空气
SO:
沸腾炉
接触室
吸收塔
A.反应后气体分子数减少,增大反应容器内
压强一定有利于提高生产效益
B.反应放热,为提高$02转化率,工业生产应
尽可能在较低温度下反应
C.工业生产要求高效,应使用催化剂并控制
在催化剂活性最佳的温度下反应
D.该反应为放热反应,在任何条件下都能自
发进行,因为吸热反应是非自发的
黑白题059
黑题应用提优练
1.((2024·河北石家庄高二期中)合成氨工业
中,原料气(N2、H2及少量C0、NH3的混合
气)在进入合成塔前需经过铜氨液处理,目的
是除去其中的C0,其反应为[Cu(NH)2]++
C0+NH3==[Cu(NH,),C0]+△H<0。以
下说法错误的是
A.原料气中H2的体积分数越大,平衡混合物
中氨的体积分数也越大
B.杂质有可能引发催化剂中毒
C.使用催化剂可降低反应的活化能,大大提
高生产效率
D.铜氨液再生的适宜条件是高温低压
2.(2024·江苏镇江高二期中)工业制备四氯化
钛(TiC14,熔点为-25℃,沸,点为136.4℃)有
以下两种方法:
①直接氯化法:Ti02(s)+2Cl2(g)一一
TiCla(g)+02(g)
△H=+181.0kJ·mol
②加碳氯化法:
TiO2 (s)+2Cl2 (g)+2C (s)=TiCla(g)+
2C0(g)
△H=-40.0kJ·mol
下列说法不正确的是
(
A.加碳氯化法中△S>0
B.加碳氯化反应的化学平衡常数K
c(TiCl4)·c2(C0)
c2(C12)
C.增加加碳氯化法中原料C的投入量,既可
加快反应速率,又能提高平衡产率
D.与直接氯化法相比,加碳氯化法既有利于
低温正向自发进行,又为氯化提供了能量
3.(2024·湖北十堰高二联考)工业上利用黄铁
矿(FS2)制取硫酸,其反应流程如下:
硫黄或
①煅烧
②接触室
黄铁矿
V,0s(催化剂)】
空气
H,S04
98.3%的浓硫酸吸收
③吸收塔
选择性必修第一册·RJ
限时:35min
下列说法错误的是
()
A.反应①矿石粉碎的目的是提高反应速率和
矿石的转化率
B.反应②中即使通入过量的氧气,也不能
将S02全部转化成S0
C.增大压强有利于反应②的进行,所以工业
生产采用高压条件
D.过量的氨水吸收S02的化学方程式:
2NH3·H20+S02=(NH4)2S03+H20
4.常压下羰基化法精炼镍的原理为Ni(s)+
4C0(g)=Ni(C0)4(g)△H<0;230℃时,
该反应的平衡常数K=2×105。已知:
Ni(C0)4的沸点为42.2℃,固体杂质不参与
反应。
第一阶段:将粗镍与C0反应转化成气态
Ni(C0)4;
第二阶段:将第一阶段反应后的气体分离出
来,加热至230℃制得高纯镍。
下列判断错误的是
()
A.第一阶段,选择反应温度应高于42.2℃
B.第一阶段增加c(C0),平衡正向移动,反
应的平衡常数不变
C.第二阶段,N(C0)4几乎完全分解
D.第二阶段,及时分离出Ni,有利于平
衡移动
5.一定条件下,将一定量的C02和H2混合气体
通过装有催化剂的反应器可得到甲烷。
已知:I.C02(g)+H2(g)=一C0(g)+
H,0(g)
△H=+41kJ·mol
Ⅱ.C02(g)+4H2(g)-=CH4(g)+2H20(g)
△H=-165kJ·mol-1
在两种不同催化剂作用下反应相同时间,C02
转化率和生成CH4选择性随温度变化关系如图
CH4的物质的量
所示(CH4选择性=
发生反应的CO,的物质的量
白题060
×100%)。
100
100
80
·-催化剂A
-o-催化剂B
40
20
0
200240280320360
温度1℃
下列说法不正确的是
(
A.反应C0(g)+3H,(g)CH4(g)+H20(g)
△H=-206kJ·mol-1
B.在280℃条件下反应制取CH4,应选择催
化剂A的效果较好
C.260~300℃间,使用催化剂A或B,升高温
度时CH4的产率都增大
D.M点可能是该温度下的平衡点,延长反应
时间,不一定能提高CH的产率
6.(2024·山东烟台高二期中)乙烯的产量是衡
量一个国家的石油化工发展水平,研究工业
制取乙烯有重要的意义。
(1)工业上用C02氧化C2H。制C2H4是化工
工业的一个新课题,相关主要化学反应有:
I.C2H(g)+C02(g)=C2H4(g)+H20(g)+
C0(g)
△H1=+177kJ·mol1
Ⅱ.C2H(g)+2C02(g)=4C0(g)+3H,(g)
△H2=+430kJ·mol-1
向一密闭容器中通入2molC2H,(g)和3mol
C02(g),乙烷的平衡转化率、乙烯的选择性
(乙烯的选择性=
转化为乙烯所消耗乙烷的量
乙烷的总转化量
100%)与温度和压强的关系如下图所示。
L,乙烷的平衡转化率
100
MX,75%
乙烯的
80
选择性
60
NX,60%,。
%
PX,50%L2,乙烷的平衡
转化率
X
第二章
①L1L2代表不同
(填“温度”或“压
强”)。
②M、P两点正反应速率较大的是
(填“M或“P”)点,理由是
③在X1和L2条件下,达到平衡时容器的体积
为1L,平衡时C0,的物质的量分数为
反应I的平衡常数是
0
(2)工业生产中常用高选择性的YS-8810银
催化剂催化乙烯氧化生产环氧乙烷,其反应
机理如下:
i.Ag+02=Ag02慢
i.C,一C+4c0,一g+Ae0快
iⅲ.CH2-CH2+6Ag0→2C02+2H20+6Ag快
①增大CH2=CH2的浓度
(填“不
能”或“能”)显著提高。的生成速率。
②一定条件下,对于反应:Ag(s)+02(g)
一Ag02(s)△H<0。起始状态I中有Ag、
02和Ag02,经下列过程达到各平衡状态:
起始状态
温度不变
平衡状态温度不变
体积不变
Ⅱ
体积增大
平衡状态
体积不变
平衡状态
Ⅲ
温度升高
W
已知状态I和Ⅲ的固体质量相等,下列叙
述正确的是
(填字母)。
A.从I到Ⅱ的过程△S>0
B.压强:P(Ⅱ)<p(Ⅲ)
C.平衡常数:K(Ⅱ)<K(V)
D.若体积()=2D,则Q(①=2K,(
E.逆反应速率:w(I)<v(Ⅱ)=v(Ⅲ)<(V)
进阶突破拔高练P08
黑白题0612.C解析:焓变是与化学反应进行的方向有关的因素之一,但不是决
定反应能否自发进行的唯一因素。可逆反应的两个反应方向的焓
变的数值相等,但是符号(变化趋势)相反,故A、B项错误:△H>0,
说明反应为吸热反应,不利于反应自发进行,C项正确:焓变只表示
化学反应是吸热还是放热,不能用来独立判断反应的自发性,
D项错误。
3.D解析:氢氧化钡和氯化铵的反应是吸热反应,反应能够自发进行
是因为其熵值增加,主要是熵判据,故A错误;2N205(g)一
4N02(g)+02(g)△H=+56.7kJ·molP,反应焓变大于0,为吸热反
应,该反应的嫡值增加,反应能够自发进行是因为其嫡值增加,主要
是熵判据,故B错误;(NH4)2CO3(s)一NH4HCO3(s)+NH3(g)
△H=+74.9kJ·mo1,反应为吸热反应,该反应的熵值增加,反应能
够自发进行是因为其嫡值增加,主要是嫡判据,故C错误;2H2(g)+
02(g)-2H20(1)△H=-285.8kJ·mol-1,该反应熵值减小,反
应为放热反应,反应能够自发进行是因为其焓变小于0,主要是焓判
据,故D正确。
4.D解析:根据题意“中间活塞打开,两种气体分子逐渐都扩散到两
个容器中”可知,该过程为混乱程度增大,由有序到无序的过程,即
熵增大的过程,故A正确:根据题意“中间活塞打开,两种气体分子
逐渐都扩散到两个容器中,这是一个不伴有能量变化的自发过程”
可知,该过程为自发过程,而且没有热量的吸收或放出,故B正确;
根据题意“中间活塞打开,两种气体分子逐渐都扩散到两个容器中”
可知,该过程为由有序到无序的过程,属于熵增加、混乱程度增大的
过程,故C正确;由题意知该过程中△H=0、△S>0,所以△H-TAS<0,
可知该过程为自发过程,其逆过程不能自发进行,即该过程不是自
发可逆的,故D错误。
5.C解析:根据热化学方程式可知,该反应气体体积增加,混乱度增
大,即△S>0,该反应高温下能正向自发进行,根据△G=△H-T△S<0
可自发进行,推出△H>0。故选C。
四归纳总结
△H<0且△S>0的化学反应在任何温度下都能自发进行,△H<0
且△S<0的化学反应能在低温条件下自发进行,△H>0且△S>0的化
学反应能在高温条件下自发进行,△H>0且△S<0的化学反应不能
自发进行。
6.(1)<(2)>(3)能(4)减小逆反应
解析:(1)根据图像可知,该反应中反应物的总能量大于生成物的总
能量,则Q<0。(2)该反应中,反应物气体分子数小于生成物气体分
子数,则熵变△S>0。(3)该反应为熵增的放热反应,一定能自发进
行。(4)对于放热反应,升高温度,平衡逆向移动,平衡常数减小。
黑题应用提优练
题号
2
3
4
答案CDD
1.C解析:反应能否自发进行需通过焓判据和熵判据进行综合分析,
△H>0且△S<0的反应在任何温度下均不能自发进行,C错误。
2.D解析:干冰在云层中的变化是一个熵增、吸热、能自发进行的变
化。A项是熵减、放热、能自发进行的变化,不符合题意,错误;B项
是熵增、放热、能自发进行的变化,不符合题意:C项是熵增、放热、能
自发进行的变化,不符合题意;D项是熵增、吸热、能自发进行的变
化,符合题意。
3.D解析:Ca0和C02反应为放热反应,A错误;步骤一中反应为Ca0
和C02化合生成CaC03,为嫡减的反应,△S<0,B错误;步骤一和步
骤二的条件不同,所以不互为可逆反应,C错误;步骤二的反应为
CaC0,高逼Ca0+C0,↑,为熵增的吸热反应,若要使AG=AH-TAS<
0,则高温有利于自发进行,D正确。
正本参考答案
4.C解析:生成物气体化学计量数之和小于反应物气体化学计量数
之和,所以△S<0,则-TAS>0,根据△G=△H-TAS,因为能满足△G<0,
所以△H<0,A正确;△G越小,说明它能够反应的趋势更大,983K时
两反应的△G相等,之后两反应的△G大小关系发生变化,则反应主
次趋势发生变化,所以983K是反应趋势变化的转折点,B正确;反
应①的△S>0,则-△S<0,△G和T成反比,所以斜率小于0,l2对应反
应①,C错误;当温度低于983K时,11的△G更小,所以以反应②为
主,产物以C02为主,D正确。
5.(1)高温(2)熵变(3)927.8~1709.4K(4)C
解析:(1)由于用天然气制取炭黑的反应是吸热的熵增反应,只有在
高温下才会有△H-T△S<0,所以反应①在高温下能自发进行。
(2)因为反应①吸热,不利于反应的自发进行:而嫡增有利于反应的
自发进行,所以反应①能否自发进行由嫡变决定。(3)天然气裂解
为炭黑时,△1-T△S=74.848k·mol1-80.674x103k·(mol·K)-1×T<
0,得T>927.8K,即天然气裂解为炭黑的最低温度为927.8K;天然
气裂解为乙炔时,△H-T△S=376.426kJ·mol-1-220.211×
103kJ·(mol·K)-1×T<0,得T>1709.4K,即温度高于1709.4K
时,天然气会自发裂解为乙炔和氢气,所以要制取炭黑,温度需控制
在927.8~1709.4K之间。(4)根据(3),为了提高甲烷的碳化程度,
最合适的温度选C项。
第四节
化学反应的调控
白题
基础过关练
题号1
2
5
答案ABCC
1.A解析:适当增加氢气的浓度,促使反应正向进行,可提高氮气的平
衡转化率,A正确;合成氨是有气体参与的放热反应,温度升高,反应
速率加快,但合成氨的转化率降低,B错误;铁触媒是催化剂,能使氮
气和氢气在较低温度下反应,提高化学反应速率,但是催化剂不能改
变平衡转化率,C错误:将氨及时液化分离,使得平衡正向移动,有利
于提高氨的产率,D错误。
2.B解析:合成氨的反应是气体体积减小的、放热的可逆反应。①净
化干燥的目的是减少副反应的发生,提高产物的纯度,不能提高原
料转化率,故不符合;②增大压强,平衡向正反应方向移动,可提高
原料的转化率,故符合题意;③催化剂只改变反应速率,不影响平衡
状态,不能提高原料转化率,故不符合:④把生成物氨气及时分离出
来,可以促使平衡向正反应方向移动,提高原料转化率,故符合题
意;⑤通过氮气和氢气的循环使用,可以提高原料的利用率,故符合
题意;即②④⑤正确:答案选B。
3.(1)0.08mol·L-1·min-175%(2)<(3)否>
解析:T℃时,若在容积为2L的密闭恒容容器中充人0.8molN2(g)
和1.6molH2(g),5min后达到平衡,测得N2的浓度为0.2mol·L1,则此
段时间内消耗0.4mol氮气,根据反应方程式可知,反应消耗
1.2molH2,生成0.8mol氨气。(1)反应速率(NH,)F2Lx5min
0.8 mol
0.08mol·L·min1,H2的转化率为2m
×100%=75%。(2)已
1.6m0
0.8
3
2
知300℃时K=0.86,T℃时K=
=100,正反应放
1.6-1.2
13
0.2x2
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1.2molN2、1.6molH2、1.2 mol NH.3,Q=
0.8+1.2)2
2
=1.25<K=100,该反应没有达到平
衡状态,反应正向进行,此时正>逆。
黑白题23
4.C解析:催化剂无法使平衡发生移动,A错误:降低温度,反应I和
反应Ⅱ均逆向移动,C02平衡转化率将降低,B错误:升高温度,反应
I和反应Ⅱ均正向移动,降低压强使反应I平衡正向移动,C02平衡
转化率将增大,C正确;加压使反应I平衡逆向移动,C02平衡转化
率将降低,D错误。
5.C解析:反应后气体分子数诚少,增大反应容器内压强,有利于平
衡正向移动,但由于增大压强对设备要求和动力要求很高,成本高,
效益可能不佳,A错误;反应放热,为提高$02转化率,应尽可能在较
低温度下反应,但温度过低会使反应速率太慢,经济效益低,B错误:
为加快反应速率,应使用催化剂,还需要考虑催化剂的最佳活性温
度,不一定温度越高反应速率越大,C正确;化学反应能否自发进行
的判断依据是△G=△H-T△S,反应能否自发要综合焓变和嫡变以及
温度来判断,D错误。
四归纳总结
工业生产一方面要综合考虑化学反应速率和限度因素,另一方
面还要结合设备条件、安全操作、经济成本等因素,确定生产条件。
如本题中正反应随温度升高,平衡常数减小,但结合反应速率和设
备条件等因素,在较低温度下反应速率过低。
黑题
应用提优练
题号12345
答案ACADD
1.A解析:工业合成氨的反应为N2+3H2一2NH3,所以适当增大氢
气的量,会使平衡正向移动,从而使混合物中氨的体积分数变大,但
不是原料气中H2的体积分数越大平衡混合物中氨的体积分数越大,
无杂质时,理论上当投料比(,
=3时,氨的体积分数最大,A
n(N2)
错误。
2.C解析:增大固体用量不会改变浓度,既不影响化学反应速率也不
影响化学平衡,C错误。
3.A解析:对矿石进行粉碎,增大原料间接触面积从而增大反应速率,
但是不能改变矿石的转化率,A错误。
4.D解析:Ni(C0)4的沸点为42.2℃,应大于其沸点,便于分离出
N(C0)4,所以第一阶段选择反应温度应高于42.2℃,故A正确:平
衡常数只与温度有关,则增加c(C0),平衡正向移动,但反应的平衡
常数不变,故B正确;△H<0,升高温度平衡向逆反应方向移动,
230℃时,该反应的平衡常数K=2×105,可知Ni(C0),分解率较
大,故C正确;第二阶段,因为Ni为固态,故及时分离出Ni对反应速
率几乎没有影响,对化学平衡的移动也无影响,故D错误。
5.D解析:据图可知选用催化剂A时,在与M点相同温度条件下,
C02有更高的转化率,而催化剂不影响平衡移动,说明M点一定不
是平衡点,D错误。
6.(1)①压强②PP点的压强和乙烷的浓度均更大,故P点的正反
应速率更大③22.2%0.495(2)①不能②DE
解析:(1)①I、Ⅱ均为吸热反应,升高温度,平衡正向移动,乙烷的
转化率增大;I、Ⅱ均为气体分子数增加的反应,增大压强,平衡逆向
移动,乙烷的转化率减小,由图可知,L1、L随X增大而增大,则X代
表温度,L1、L2代表压强;②相同温度下,增大压强,平衡逆向移动,
乙烷的转化率减小,则压强:L1<L2;图中M、P两点温度相同,而P点
的压强和乙烷的浓度均更大,故P点的正反应速率更大:③在X,和
L2条件下,达到平衡时容器的体积为1L,P点表示乙烷的转化率为
50%,则反应的乙烷为1mol,乙烯选择性为60%,则生成乙烯
0.6mol,根据三段式可知(假设先发生反应I):
C2H6(g)+C02(g)一=C2H4(g)+H20(g)+C0(g)
起始量/mol
2
3
0
0
0
转化量/mol
0.6
0.6
0.60.6
0.6
平衡量/mol
1.4
2.4
0.60.6
0.6
选择性必修第一册·RJ
C2H6(g)+2C02(g)-=4C0(g)+3H2(g)
起始量/mol
1.4
2.4
0
0
转化量/mol
0.4
0.8
1.61.2
平衡量/mol
1
1.6
1.6+0.61.2
平衡时乙烷、二氧化碳、乙烯、水、一氧化碳、氢气分别为1mol
1.6mol、0.6mol、0.6mol、2.2mol、1.2mol,总的物质的量为7.2mol,平
衡时c0,的物质的量分数为26一X10%≈2.2%,反应1的平衡
常数是2.2x0,6x0.6=0,495。(2)①决定总反应速率的是慢反应,故
1×1.6
增大CH,一Cl,的浓度不能显若提高,CCH,的生咸速率,
②该反应的K=c(02)只随温度的改变而改变,Ⅱ到Ⅲ增大体积,则
平衡逆向移动,固体质量减小,已知状态I和Ⅲ的固体质量相等,则
I到Ⅱ为平衡正向移动的过程;由分析可知,从I到Ⅱ的过程为正向
移动过程,气体量减少,则△S<0,A错误;反应的K,=p(02)只随温
度的改变而改变,故压强:P(Ⅱ)=p(Ⅲ),B错误;反应为放热反应,
升高温度,平衡逆向移动,平衡常数诚小,则平衡常数:K(Ⅱ)>
K(V),C错误:已知状态I和Ⅲ的固体质量相等,则氧气的物质的
量相等,反应的飞。=P(02),根据阿伏加德罗定律可知,若体积
(I)-2W1),则2p()=p(1),故Q(1)=子K,(Ⅲ),D正确;
由分析可知,I到Ⅱ为平衡正向移动的过程,则逆反应速率:(I)<
(Ⅲ);Ⅱ到Ⅲ增大体积,温度不变,平衡时氧气浓度不变,则逆反应
速率:v(Ⅱ)=(Ⅲ);Ⅲ到V体积不变,升高温度,正逆反应均速率增
加,则逆反应速率:(Ⅲ)<v(V);故逆反应速率:v(I)<v(Ⅱ)=
(Ⅲ)<(N),E正确。
第二章章末检测
黑题
阶段检测练
题号123456789101112131415
答案D BADDB CB BB CA C D C
1.D2.B3.A4.D5.D6.B7.C8.B9.B10.B
11.C解析:恒温恒容条件下,气体的压强之比等于气体物质的量之
比,故起始时实验②与实验③的压强相等,实验①的压强是实验②
与实验③的3倍,则曲线I对应实验①,A正确:实验①与实验②的
温度相等,根据等效平衡可知,实验①与实验②最终会达到相同的
平衡状态,故曲线Ⅱ对应实验②,则曲线Ⅲ对应实验③,实验②与实
验③充入的Z一样多,实验③比实验②达到平衡所用的时间长,则
实验③温度较低,反应速率较慢,说明逆反应是吸热反应,则正反应
为放热反应,B正确;根据pV=nRT,c、d两点的压强相同,V相同,由
于从逆向建立平衡,逆向是吸热反应,c点的温度比d点低,则c点
的气体的总物质的量更多,故气体的总物质的量:n。>n,C错误;
若都在恒温条件下进行,根据B项中的分析,反应为放热反应,c点
温度较低,所以达到平衡时③(c)比①或②(b)更往正向移动,K更
大,D正确。
△H
2A解析:根据山K十c,图像中曲线的斜率等于4因此反
应i和反应iⅱ的△H均大于0,均为吸热反应,且两条线几乎平行,
斜率几乎相等,反应热也几乎相等。由分析可知,图中两条线几乎
平行,说明反应热几乎相等,是因为两个反应在反应过程中,断裂和
形成的化学键相同,A正确:由分析可知,反应是吸热反应,B错
误:反应1和反应ⅱ均为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,反应物的转化率减小,C错误:加人催
化剂,反应速率加快,当温度无穷大时,lnK=c,K只与温度有关,与
催化剂无关,加人催化剂不能改变c,D错误。
13.C解析:反应2的平衡常数为K,=p(C02)·p(H,0)=P2×2×
黑白题24