2022新教材人教版高中化学选择性必修第一册同步练习题--第四节 化学反应的调控

2022新教材人教版高中化学选择性必修第一册
第四节化学反应的调控
基础过关练
题组一合成氨条件的选择
1.(2021山东六校阶段性联考)下列有关合成氨工业的说法正确的是( )
A.工业合成氨的反应是熵减小的放热反应,在低温或常温时可自发进行
B.恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成
C.合成氨厂一般采用的压强为10 MPa~30 MPa,因为该压强下铁触媒的活性最高
D.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
2.(2020上海金山一模)工业生产氨气的适宜条件中不包括( )
A.用浓硫酸吸收产物
B.用铁触媒作催化剂
C.温度为400~500 ℃
D.压强为10 MPa~30 MPa
3.(2020福建三明三地三校高二上期中)工业合成氨:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,一般采用700 K左右的温度,其原因是( )
①提高H2的转化率②适当提高氨的合成速率③提高氨的产率④催化剂在700 K左右时活性最大
A.只有①
B.②④
C.②③④
D.①②
4.(2019安徽宣城高二下期末)如图为工业合成氨的流程图。

图中为提高原料转化率采取的措施是 (深度解析)
A.①②③
B.①③⑤
C.②④⑤
D.②③④
题组二化学反应的调控
5.(2021安徽皖南名校期中)下列有关化学反应速率和化学平衡的说法不正确
．．．的是 ( )
A.对于化学反应来说,反应速率越快,反应现象不一定越明显
B.N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0,其他条件不变时,升高温度,反应速率v(H2)和氢气的平衡转化率均增大
C.化学反应速率理论可指导怎样在一定时间内快出产品,化学平衡理论可指导怎样用有限的原料多出产品
D.CaCO3(s) CaO(s)+CO2(g)在室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH>0
6.(2020广东深圳高二上期末)纳米钴常作为CO加氢反应的催化剂:CO(g)+3H2(g)
CH4(g)+H2O(g) ΔH<0。

下列说法正确的是()
A.纳米技术的应用,优化了催化剂的性能,提高了反应的转化率
B.缩小容器容积,平衡向正反应方向移动,CO的浓度增大
C.从平衡体系中分离出H2O(g)能加快正反应速率
D.工业生产中采用高温条件,其目的是提高CO的平衡转化率
7.目前工业上利用甲烷催化裂解生产不含一氧化碳和二氧化碳的清洁氢气。

该过程多用铁、钴和镍等过渡金属纳米催化剂:CH4(g) C(s)+2H2(g),已知温度升高,甲烷的平衡转化率增大。

下列有关说法不正确的是( )
A.甲烷裂解属于吸热反应
B.在反应体系中加催化剂,反应速率增大
C.增大体系压强,不能提高甲烷的转化率
D.在1 500 ℃以上时,甲烷的转化率很高,但几乎得不到C,是因为该反应为放热反应
8.在硫酸的工业生产中,通过下列反应使SO2转化为SO3:2SO2(g)+O2(g)
2SO3(g) ΔH<0。

已知常压下平衡混合气体中SO3的体积分数为91%,回答下列问题:
(1)在工业生产中常通入过量的空气是为
了。

(2)加热到400~500 ℃是由
于。

(3)压强应采用(填“高压”或“常压”)。

原因
是。

(4)常用浓H2SO4来吸收SO3,而不用水,原因
是。

(5)尾气中的SO2必须回收,是因为。

能力提升练
题组一工业合成氨中的条件选择
1.(双选)(2019河南省实验中学高二上期中,)在一定条件下,对于在密闭容器中进行的合成氨的反应,下列说法正确的是( )
A.当氮气和氢气投料比(物质的量之比)约为1∶3时,达到平衡时氨的体积分数最大
B.增加铁触媒的接触面积,不可能提高合成氨工厂的年产量
C.达到平衡时,氢气和氨气的浓度比一定为3∶2
D.分别用氮气和氢气来表示合成氨反应的反应速率时,数值大小不相同
2.(2020四川成都期末,)德国化学家哈伯在合成氨方面的研究促进了人类的发展。

合成氨的工业流程如图,下列说法错误的是 ( )
A.增大压强既可以加快反应速率,又可以提高原料转化率
B.升高温度既可以加快反应速率,又可以提高平衡转化率
C.冷却过程中采用热交换有助于节约能源
D.原料循环使用可提高其利用率
3.(2020北京平谷一模,)中国科学家在合成氨[N 2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
ΔH<0]反应机理的研究中取得新进展,首次报道了LiH-3d过渡金属这一复合催化剂体系,并提出了“氮转移”催化机理,如图所示。

下列说法不正确的是 ( )
A.转化过程中有非极性键的断裂与形成
B.复合催化剂降低了反应的活化能
C.复合催化剂能降低合成氨反应的焓变
D.低温下合成氨,能提高原料转化率
题组二工业生产中化学反应的调控措施
4.(2021山东滕州一中高二检测,)下列平衡体系中,当条件改变时,不能用勒夏特列原理来解释的事实是( )
A.N2(g)+3H2(g) 2NH3(g),高压有利于合成氨
B.2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0,升高温度颜色加深
C.Cl2+H2O HCl+HClO,氯水中加入AgNO3溶液后,溶液颜色变浅
D.2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g),加催化剂可以提高生产效率
5.(2020湖北荆州沙市中学高二上期末,)已知反应COCl 2(g) CO(g)+Cl2(g) ΔH>0。

当反应达到平衡时,下列措施能提高COCl2转化率的是( )
A.降温
B.增大CO的浓度
C.恒容通入稀有气体
D.恒压通入稀有气体
6.()常压下羰基化法精炼镍的原理为Ni(s)+4CO(g) Ni(CO)4(g)。

230 ℃时,该反应的平衡常数K=2×10-5。

已知:Ni(CO)4的沸点为42.2 ℃,固体杂质不参与反应。

第一阶段:将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)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。

下列判断不正确的是( )
A.该反应达到平衡时,v分解[Ni(CO)4]=4v消耗(CO)
B.第一阶段应选择稍高于42.2 ℃的反应温度
C.第二阶段,230 ℃时Ni(CO)4分解率较高
D.其他条件不变,增大c(CO),平衡正向移动,该反应的平衡常数不变
7.()工业上主要采用氨氧化法生产硝酸,如图是氨氧化率与氨—空气混合气中氧氨比的关系。

其中直线表示反应的理论值;曲线表示生产实际情况。

当氨氧化
= ,实际生产要将r值维持在1.7~2.2之间,率达到100%时,理论上r=n(O2)
n(NH3)
原因是。

答案全解全析
基础过关练
1.A 根据ΔG=ΔH-TΔS<0时反应可以自发进行,该反应的ΔH<0、ΔS<0,所以在低温或常温下可自发进行,A正确;恒容条件下充入稀有气体,参与反应的各物质的浓度没有改变,则平衡不移动,对氨气的合成没有影响,B错误;合成氨的反应是分子数减小的反应,高压有利于平衡向正反应方向移动,且能提高正反应速率,跟
催化剂的活性无关,C错误;N2的量越多,H2的转化率越大,但并不是N2越多越好,D 错误。

2.A 工业生产中,要求反应速率快,转化率高,从反应速率方面考虑应选择高效
催化剂、升高温度,从转化率方面考虑应选择较高的压强,所以B、C、D都是工业生产氨气的适宜条件。

3.B 工业合成氨:N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,正反应为放热反应,温度越低原料转化率越高,但是低温下反应速率较小,为提高氨的合成速率,温度不能太低,且催化剂在700 K左右时活性最大,综合考虑转化率和反应速率,一般采用700 K左右的温度。

4.C 工业合成氨的化学方程式为N2+3H2 2NH3,是可逆反应,反应后气体
体积减小,反应放热;依据合成氨的流程图,其中加压,平衡向气体体积减小的方
向进行,提高反应物的转化率;液化分离出氨气,促进平衡正向进行,提高反应物
的转化率;氮气和氢气的循环使用,也可提高原料的转化率。

反思升华
合成氨反应中,反应物的转化率并不高,如果让N2和H2的混合气体只一次通过合成塔发生反应是很不经济的,应将NH3分离后的原料气循环使用,并及时补充N2和H2,使反应物保持一定的浓度。

5.B 有的化学反应现象明显,有的化学反应现象不明显,和反应速率无关,如稀
硫酸与氢氧化钠的中和反应的反应速率很快,但现象不明显,A正确;升高温度,平衡逆向移动,则H2的平衡转化率减小,B错误;根据影响化学反应速率的因素,可通过改变条件来增大反应速率,使一定时间内的产率升高,结合影响化学平衡的因素,采用合适的外界条件,使平衡向正反应方向移动,可提高产率,C正确;CaCO3(s)
CaO(s)+CO2(g)是体系混乱度增大的反应,在室温下不能自发进行,说明该反应的ΔH>0,D正确。

6.B 催化剂可加快反应速率,但不能使平衡发生移动,A错误;该反应的正反应是气体体积减小的反应,缩小容器的容积,平衡向正反应方向移动,但CO的浓度增大,B正确;从平衡体系中分离出H2O(g),达到新的平衡,正、逆反应速率比原平衡慢,C错误;该反应的正反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,反应物转化率会降低,工业生产中采用高温条件,能提高化学反应速率,缩短达到平衡所需要的时间,D错误。

7.D 根据温度升高,甲烷的平衡转化率增大可知,甲烷裂解属于吸热反应,A正确,D错误;催化剂能加快化学反应速率,B正确;甲烷发生裂解,反应后气体体积增大,故增大体系压强,平衡向逆反应方向移动,C正确。

8.答案(1)增大O2的浓度,使平衡正向移动,提高SO2的转化率,使成本高的SO2得到充分利用
(2)400~500 ℃是催化剂的活性温度,选择此温度可以提高反应速率,缩短达到平衡的时间
(3)常压常压下,平衡混合气体中SO3的体积分数已达91%,若再加压,对设备动力系统要求高,成本高
(4)用水吸收易形成酸雾,吸收效果差
(5)SO2是有毒气体,避免对环境造成污染
解析在硫酸的工业生产中,运用化学平衡原理选择适宜的反应条件,要综合考虑浓度、压强、温度、催化剂等对该反应的反应速率、转化率的影响,同时还要考虑工业生产的实际情况和生产成本。

硫酸工业中2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)
ΔH<0,该反应的正反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,增大压强,平衡正向移动,题中所给数据表明,常压下该反应的转化率较大,结合反应的实际和工业生产的实际情况以及SO2和SO3的性质解答该题。

能力提升练
1.AD 当氮气和氢气投料比约为1∶3时,v(N2)∶v(H2)=1∶3,两种原料的转化率相同,故达到平衡时氨的体积分数最大,A正确;增加铁触媒的接触面积,加快反应速率,可以提高合成氨工厂的年产量,B错误;平衡时,H2和NH3的浓度比不一定为3∶2,C错误;同一反应中,反应速率之比等于对应物质的化学计量数之比,因氮气和氢气的化学计量数不同,则反应速率的数值不同,D正确。

2.B 增大压强可以加快合成氨的反应速率,平衡正向移动,可以提高原料转化率,A正确;合成氨反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,降低平衡转化率,B错误;冷却过程中采用热交换有助于节约能源,C正确;原料循环使用,可提高其利用率,D正确。

3.C 该反应是可逆反应,单质中存在非极性键,所以有非极性键的断裂与形成,A 正确;催化剂能降低反应所需的活化能,B正确;催化剂不能改变反应的焓变,所以复合催化剂不能降低合成氨反应的焓变,C错误;N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)
ΔH<0,该反应的正反应为放热反应,低温条件下,平衡正向移动,因此低温下合成氨能提高原料转化率,D正确。

4.D 反应N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)的正反应是气体分子数目减小的反应,增大压强平衡正向移动,所以高压有利于合成氨,能用勒夏特列原理来解释,A不符合题意;反应2NO2(g) N2O4(g) ΔH<0的正反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,颜色加深,能用勒夏特列原理来解释,B不符合题意;氯水中加入AgNO3溶液
后,银离子与氯离子反应生成氯化银,氯离子的浓度减小,平衡正向移动,溶液颜色变浅,能用勒夏特列原理来解释,C 不符合题意;催化剂能加快反应速率,可提高生产效率,但催化剂不能使平衡移动,不能用勒夏特列原理来解释,D 符合题意。

5.D 该反应的ΔH >0,为吸热反应,降温平衡逆向移动,COCl 2转化率减小;增大CO 的浓度,平衡逆向移动,COCl 2转化率减小;恒容通入稀有气体,平衡不移动,转化率不变;恒压通入稀有气体,反应体系的压强减小,平衡正向移动,COCl 2转化率增大。

6.A 同一化学反应中,反应速率之比等于对应物质的化学计量数之比,该反应达到平衡时,应满足4v 分解[Ni(CO)4]=v 消耗(CO),A 错误;第一阶段得到气态Ni(CO)4,应选择稍高于42.2 ℃的反应温度,B 正确;230 ℃时可得到高纯镍,说明此时Ni(CO)4分解率较高,C 正确;通常情况下,平衡常数只与温度有关,温度不变,平衡常数不变,D 正确。

7.答案 1.25 O 2太少不利于NH 3的转化,r 值为2.2时NH 3氧化率已接近100% 解析 由NH 3催化氧化的化学方程式:4NH 3+5O 2 4NO+6H 2O 可知,氨氧化率达
到100%,理论上r =
n (O 2)
n (NH 3)=5
4
=1.25;由题图可知,实际生产要将r 值维持在1.7~2.2
之间,原因是O 2太少不利于NH 3的转化,r 值为2.2时NH 3氧化率已接近100%。