高二化学人教版选择性必修1举一反三专题2.4化学反应的调控(四大题型)_1

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专题2.4 化学反应的调控
【题型1 化学反应条件的控制及优化——以合成氨为例】
【题型2 化学反应条件的控制及优化的拓展——以硫酸的生产为例】 【题型3 化学反应条件的控制及优化的拓展】 【题型4 基于平衡计算视觉的反应调控】
【题型1 化学反应条件的控制及优化——以合成氨为例】
合成氨反应:N 2(g )+3H 2(g ) ⇌2NH 3(g )。

298 K :ΔH =-92.4 kJ·mol -
1,ΔS =-198.2 J·mol -
1·K -
1。

1. 具有自发性与可逆性的特点,正反应是气体体积 缩小的发热反应。

2. 工业合成氨的适宜条件:10~30 Mpa 、400~500 ℃、使用铁触媒作催化剂、氨及时从混合气中分离出去,剩余气体循环使用;及时 补充N 2和H 2 。

【例1】(2023春·江苏苏州·高二江苏省木渎高级中学校考期中)下列有关合成氨工业的说法正确的是 A .N 2、H 2的投料比采用1∶(物质的量比)而不是1∶3,是为了提高N 2的转化率 B .反应温度控制在700K 左右,目的是使化学平衡向正反应方向移动 C .压强采用10~30MPa ,是因为该条件下催化剂的活性最好 D .不断将氨液化并移去液氨,目的之一是使平衡正向移动
【变式11】(2023秋·江苏南通·高二统考期末)工业上通常采用铁触媒、在400~500℃和10~30MPa 的条件下合成氨。

合成氨的反应为N 2(g )+3H 2(g ) ⇌2NH 3(g ) ΔH =-92.4 kJ·mol -
1。

下列说法正确的是 A .N 2(g )+3H 2(g ) ⇌2NH 3(g )的ΔS 0> B .采用400~500℃的高温是有利于提高平衡转化率 C .采用10~30MPa 的高压能增大反应的平衡常数 D .使用铁触媒可以降低反应的活化能
【变式12】(2022秋·浙江温州·高二校联考期中)在固定容积的密闭容器中,进行如下反应:N 2(g )+
A .()()()()232H 3NH v v =正逆能说明反应已达平衡
B .平衡常数12K K <
C .混合气体的平均摩尔质量不再改变不能说明反应已达平衡
D .为提高反应速率和平衡转化率,工业生产时通常选择400~500℃、10~30MPa 的反应条件
【变式13】历史上诺贝尔化学奖曾经3次颁给研究合成氨的化学家。

合成氨的原理为N 2(g )+3H 2(g )⇌
【题型2 化学反应条件的控制及优化的拓展——以硫酸的生产为例】
【例2】工业上制备硫酸的一步重要反应是SO 2在400~500℃下的催化氧化反应:
()()
()2232SO g O g 2SO g + H 0
∆<。

下列有关说法错误的是
A .常通入过量的空气,以提高2SO 的平衡转化率
B.为提高反应速率和平衡转化率,采用的压强越大越好
C.控制温度为400~500℃既能提升反应速率,又能使催化剂有较高的活性
D.要综合考虑影响速率与平衡的各种因素、设备条件和经济成本等,寻找适宜的生产条件
【题型3 化学反应条件的控制及优化的拓展】
【例3】(2023·江苏镇江·江苏省镇江第一中学校考一模)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:
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(Zr1)T
C.使用CZ(Zrl)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℃平衡逆向移动
【变式31】焦炉煤气(主要成分:CH4、CO2、H2、CO)在炭催化下,使CH4与CO2重整生成H2和CO。

其主要反应为
A .温度低于900℃,反应I 基本不发生
B .850℃~900℃时,主要发生反应℃
C .增大焦炉煤气流速一定能提高CO 的相对体积
D .工业生产上需要研发低温下CH 4转化率高的催化剂
【变式32】(2023春·江苏常州·高二统考期中)以2CO 、2H 为原料合成3CH OH 涉及的反应如下: 反应℃:2232CO (g)3H (g)CH OH(g)H O(g)++ 1l Δ=49kJ mol H --⋅
反应℃:222CO (g)H (g)CO(g)H O(g)++ 12Δ=41kJ mol H -+⋅ 反应℃:23CO(g)2H (g)
CH OH(g)+ 3ΔH
在5MPa 下,按照()()22CO :H =1:3n n 投料,平衡时,CO 和3CH OH 在含碳产物中物质的量分数及2CO 的转化率随温度的变化如图。

下列说法正确的是
A .反应℃中反应物的总键能大于生成物的总键能
B .曲线m 代表CO 在含碳产物中物质的量分数
C .该条件下温度越低,越有利于工业生产3CH OH
D .图示270℃时,平衡体系中2H 的体积分数约为66.6%
【变式33】一定条件下,将一定量的CO 2和H 2混合气体通过装有催化剂的反应器可得到甲烷。

A.反应CO(g)+3H2(g)=CH4(g)+H2O(g);ΔH=206 kJ·mol1
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CH4的产率
【题型4 基于平衡计算视觉的反应调控】
【例4】(2023秋·新疆巴音郭楞·高三八一中学校考阶段练习)回答下列问题
①达到平衡时N2的转化率为。

②用压强表示该反应的平衡常数K p= (K p等于平衡时生成物分压幂的乘积与反应物分压幂的乘积的比值,某物质的分压等于总压×该物质的物质的量分数)。

③随着反应的进行合成氨的正反应速率与NH3的体积分数及能量变化情况的关系如图所示,则该反应为反应(吸热、放热),若升高温度再次达到平衡时,可能的点为(从点“A、B、C、D”中选择)
【变式41】(2023春·江苏南京·高一校联考期末)回答下列问题:
℃.工业上利用甲醇和水蒸气催化重整法可制备氢气。

(1)已知:反应1:CH3OH(g)⇌CO(g)+2H2(g)∆H1=+90.0kJ·mol1
反应2:CO(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+H2(g)∆H2=41.0kJ·mol1
则反应3:CH3OH(g)+H2O(g)⇌CO2(g)+3H2(g)∆H3= kJ·mol1
A .210℃
B .230℃
C .250℃
D .270℃
)
()2H g +研究了该反应在20 上述反应中,正反应速率为()2
v k x HI =⋅正正,逆反应速率为()()22v k x H x I =⋅⋅逆逆,其中k 正、k 逆为速率
O
3H HSO ++3I -
,图知要提高碘的还原率,除控制温度外,还可以采,有人提出用活性炭对进行吸附,发生反应如)()2N g +)
()2g N g +)对于密闭容器中反应a ,在T 1 40 50
30min 后,只改变某一条件,反应重新达到平衡;根据上表中的数据判断改变的条件可能是_______(填字母代号)。

A .加入一定量的活性炭
B .通入一定量的NO
C .适当缩小容器的体积
D .加入合适的催化剂
(5)某实验室模拟反应b ,在密用容器中加入足量的C 和一定量的2NO 气体,维持温度为T 2℃,如图为不同压强下反应b 经过相同时间2NO 的转化率随着压强变化的示意图。

请分析,1050kPa 前,反应b 中2NO 转化率随着压强增大而增大的原因是 。

用某物质的平衡分压代替其物质的量浓度也可以表示化学平衡常数(记作p K );在T 2℃、61.110Pa ⨯时,该反应的化学平衡常数p K = Pa ;已知:气体分压(p 分)气体总压(p 总)×体积分数。

【变式43】(2023·四川巴中·统考模拟预测)综合利用含碳资源、促进碳中和在保护生态环境等方面具有重要意义。

回答下列问题:
(1)中国科学院在国际上宣布首次实现CO 2到淀粉的全合成,其中前两步涉及的反应如图1所示。

①反应:CO 2(g )+2H 2(g )=HCHO (g )+H 2O (g )△H= (用△H 1、△H 2、△H 3、△H 4表示)。

②反应I 进行时,同时发生反应:2CO 2(g )+6H 2(g )
C 2H 4(g )+4H 2O (g )。

在1L 恒容密闭容器
中充入2和2,一定温度下,达到平衡时,c (CO 2)=c (H 2O ),请回答下列问题:反应I 的平衡常数的表达式K= 。

CH 3OH 物质的量分数为 %(计算结果保留1位小数)。

(2)乙烯是合成工业的重要原料,一定条件下可发生反应:3C 2H 4(g )
2C 3H 6(g )分别在不同温
度、不同催化剂下,保持其他初始条件不变,重复实验,经相同时间测得C 2H 4体积分数与温度的关系如图2所示。

在催化剂甲作用下,图2中M 点的速率V 正 V 逆(填“>”“<”或“=”),根据图中所给信息,应选择的反应条件为 。

(3)CO 2氧化1-丁烯脱氢生产1,3-丁二烯,其反应原理为:CH 2=CHCH 2CH 3(g )+CO 2(g )→CH 2=CHCH=CH 2(g )+H 2O (g )+CO (g )氧化脱氢反应可能的反应路径有两种,如图3所示: ①为确定反应路径,可检测反应体系中的物质是 (填化学式)。

②若为“两步路径”,在温度和总压相同时,1-丁烯氧化脱氢的平衡转化率高于直接脱氢的原因是 。

【变式44】(2023秋·陕西汉中·高三统考阶段练习)4CH 与2CO 的干法重整(DRM )反应可制备CO 和2H 。

体系内发生的反应如下:
反应℃:()()()()422CH g CO g 2CO g 2H g ++ 1ΔH
反应℃:()()()()422CH g 3CO g 4CO g g O 2H ++ 12329kJ mol H -∆=+⋅
反应℃:()()
()()222CO g H O g CO g H g ++ 1341kJ mol H -∆=-⋅
(1)1ΔH = (填含2ΔH 、3ΔH 的表达式)。

(2)向密闭容器中通入3mol ()2CO g 和1mol ()4CH g ,若仅考虑发生上述三个反应,平衡时()2CO g 、
()4CH g 、()CO g 、()2H g 的物质的量随温度T 的变化如图1所示。

①曲线x 、z 分别表示 、 (填化学式)的物质的量变化,900K 后随温度升高,曲线y (表示4CH )基本保持平稳的原因为 。

②900K 时,4CH 的物质的量分数为 (填含a 的表达式,下同),反应℃的平衡常数c K = 。

(3)使用34CaO /Fe O /Ni 复合催化剂,可显著提高二氧化碳的转化率,实现碳氢分离,并得到富含CO 的产物,催化机理如图2所示。

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