(新教材适用)高中化学第2章化学反应速率与化学平衡第4节化学反应的调控课后习题新人教版选择性必修1

第四节化学反应的调控
基础巩固
1.合成氨工业上采用循环操作,主要是为了( )。

A.增大反应速率
B.提高NH3的平衡浓度
C.降低NH3的沸点
D.提高N2和H2的利用率
答案:D
解析:合成氨工业上采用循环操作,将未反应的N2、H2压缩后输入合成塔中,提高N2、H2的利用率。

2.合成氨工业中控制的反应条件应( )。

A.温度越高越好
B.混合气体中氢气含量越高越好
C.压强越大越好
D.使所选的催化剂活性越大越好
答案:D
解析:合成氨工业中反应的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=92.4kJ·mol1,增大压强有利于平衡向合成氨的方向移动,升高温度增大反应速率,达到平衡的时间短。

但是实际合成氨工业生产中,压强不能太大,否则能耗太高,并且对设备的要求高。

根据化学平衡移动原理,此反应温度低时有利于平衡正向移动,但温度太低,催化剂的催化活性差,反应速率小,一般选择使催化剂活性最大时的温度。

A、C项都不对。

氢气成本高,应适当增大N2的比例,提高H2的转化率,B项不对。

3.合成氨反应通常控制在10 MPa~30 MPa的压强和400~500 ℃左右的温度,且进入合成塔的氮气和氢气的体积比为1∶3,经科学测定,在相应条件下氮气和氢气反应所得氨的平衡浓度(体积分数)如下表所示:
压强20 MPa 30 MPa
400~500 ℃19.1 26.4
而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%,这表明( )。

A.表中所测数据有明显误差
B.生产条件控制不当
C.氨的分解速率大于预测值
D.合成塔中的反应并未达到平衡
答案:D
解析:这说明实际合成氨工业中需要考虑单位时间的产量问题,并未让合成氨反应达到平衡,因为让反应达到平衡需要一定的时间,时间太长得不偿失。

4.在一定条件下,将N2和H2按体积比1∶3充入恒容密闭容器中发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0,下列说法正确的是( )。

A.达到平衡时反应物和生成物浓度一定相等
B.达到平衡后,其他条件不变再充入氨气,新平衡时氨气的体积分数比原平衡时大
C.达到平衡时,升高温度加快了吸热反应的速率,降低了放热反应的速率,所以平衡向逆反应方向移动
D.加入催化剂可以缩短到达平衡的时间,这是因为增大了正反应的速率,而减小了逆反应的速率
答案:B
解析:反应物和生成物浓度是否相等与反应是否达到平衡状态无关,A项错误;升高温度,不论放热反应还是吸热反应的反应速率都增大,C项错误; 催化剂可以同等程度地改变正、逆反应的反应速率,D项错误;B项正确。

5.某温度下,发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=92.4 kJ·mol1,N2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。

下列说法正确的是( )。

A.将1 mol N2和3 mol H2置于1 L密闭容器中发生反应,放出的热量为92.4 kJ
B.平衡状态由A到B时,平衡常数K(A)<K(B)
C.上述反应在达到平衡后,增大压强,H2的转化率增大
D.升高温度,平衡常数K增大
答案:C
解析:合成氨反应为可逆反应,加入的1molN2和3molH2不可能完全反应生成2molNH3,所以反应放出的热量小于92.4kJ,A项错误;从状态A到状态B,改变的是压强,温度未发生变化,所以平衡常数不变,B项错误;合成氨反应是反应前后气体分子数减小的反应,增大压强平衡向正反应方向移动,H2的转化率增大,C项正确;升高温度,平衡逆向移动,K减小,D项错误。

6.已知工业合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=92.4 kJ·mol1。

改变反应条件,会使平衡发生移动。

下图表示随条件改变氨气的百分含量的变化趋势。

当横坐标为压强时,变化趋势正确的是(填字母,下同),当横坐标为温度时,变化趋势正
确的是。

答案:b a
解析:增大压强,平衡正向移动,b正确;升高温度,平衡逆向移动,a正确。

能力提升
1.(双选)某工业生产中发生反应:2A(g)+B(g)2M(g)
ΔH<0。

下列有关该工业生产的说法正确的是( )。

A.工业上合成M时,一定采用高压条件,因为高压有利于M的生成
B.若物质B价廉易得,工业上一般采用加入过量的B,以提高A的转化率
C.工业上一般采用较高温度合成M,因温度越高,反应物的转化率越高
D.工业生产中常采用催化剂,因为生产中使用催化剂可提高M的日产量
答案:BD
解析:高压有利于该反应的进行,但增大压强对设备的要求高,成本高,若反应在常压条件下转化率
已很高就没必要采用高压,A项错误;增加B的量,平衡右移,可提高A的转化率,B项正确;升高温度,平衡逆向移动,反应物的转化率降低,C项错误;催化剂能增大化学反应速率,D项正确。

2.(双选)在一定条件下,将10 mol H2和1 mol N2充入恒容密闭容器中,发生反应
N2(g)+3H2(g)2NH3(g),并达到平衡状态,则H2的转化率可能是( )。

A.15%
B.25%
C.35%
D.45%
答案:AB
解析:利用极值法分析。

对可逆反应而言,任何一种物质都不能完全转化。

为方便解题,假设N2完全转化,则消耗H2的物质的量n消耗(H2)=3n(N2)=3mol。

事实上,N2不可能完全转化,因而消耗H2的物质的量小于3mol,故H2的最大转化率α最大(H2)<×100%=30%,选项A、B都有可能。

3.合成氨工艺的一个重要工序是铜洗,其目的是用铜氨液[醋酸二氨合铜(Ⅰ)、氨水]吸收在生产过程中产生的CO和CO2等气体。

铜氨液吸收CO的反应是放热反应,其反应的离子方程式为
[Cu(NH3)2]++CO+NH3[Cu(NH3)3CO]+。

回答下列问题。

(1)如果要提高上述反应的反应速率,可以采取的措施是。

A.减压
B.增加NH3浓度
C.升温
D.及时移走产物
(2)铜氨液中的氨可吸收二氧化碳,写出该反应的化学方程式。

(3)简述铜氨液吸收CO及铜氨液再生的操作步骤(注明吸收和再生的条件)。

答案:(1)BC
(2)2NH3+CO2+H2O(NH4)2CO3,(NH4)2CO3+CO2+H2O2NH4HCO3。

(3)低温加压下吸收CO,然后将吸收了CO的铜氨液转移至另一容器中,高温低压下释放CO,铜氨液再生。

解析:(1)降低压强,反应速率减小,A项错误;增加NH3的浓度或升高温度,反应速率均增大,B、C两项正确;及时移走产物,即降低生成物浓度,反应速率减小,D项错误。

(2)氨气是碱性气体,CO2是酸性气体,两者在溶液中发生反应的化学方程式为
2NH3+CO2+H2O(NH4)2CO3,(NH4)2CO3+CO2+H2O2NH4HCO3。

(3)反应[Cu(NH3)2]++CO+NH3[Cu(NH3)3CO]+是气体体积减小的、放热的可逆反应,因此吸收CO的适宜条件是低温、加压;再生铜氨液,需将吸收了CO的铜氨液转移至另一容器中,高温低压下释放CO,铜氨液再生。

4.工业合成氨是在一定条件下进行的可逆反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g),其部分工艺流程如下图所示:
回答下列问题。

(1)第②步除需要催化剂这个条件外,还需要的条件是。

(2)第①步操作中的原料气的“净化”目的是,第③步操作的目的
是。

(3)工业合成氨反应后可以通过降低混合气体的温度而使氨气分离出来。

这种分离物质的方法的原理类似于下列中的。

A.过滤
B.蒸馏
C.分液
D.萃取
你作出这个判断的理由
是。

答案:(1)400~500 ℃,10 MPa~30 MPa
(2)防止催化剂“中毒”提高原料利用率(或提高经济效益等)
(3)B 通过温度的改变而改变物质的状态,达到分离的目的
解析:(1)工业上通常采用铁触媒、在400~500℃和10MPa~30MPa的条件下合成氨。

(2)原料气中往往含有使催化剂“中毒”的物质,所以在进行原料气的反应前,需要除掉其中的杂质;工业合成氨反应后的混合气体中既有氨气,也有未反应的氢气、氮气,为了提高原料气的利用率,将未反应的原料气进行重新利用,这样可以提高经济效益。

(3)降低温度,氨变为液态,从而进行分离,所以跟工业上利用的蒸馏类似,都是通过改变温度,使物
质的状态发生变化而分离。