2024-2025學年新教材高中化學第2章化學反應速率與化學平衡第四節(jié)化學反應的調控分層作業(yè)新人教版選擇性必修1

分層作業(yè)11化學反應的調控A級必備學問基礎練題組1.工業(yè)合成氨及適宜條件的選擇1.合成氨工業(yè)中接受循環(huán)操作,主要緣由是()A.降低氨的沸點B.提高氮氣和氫氣的利用率C.增大化學反應速率D.提高平衡混合物中氨的含量2.(2024·浙江臺州八校聯考)下列關于工業(yè)合成氨的說法正確的是()A.工業(yè)合成氨接受10MPa~30MPa的壓強,是因為該條件下催化劑的活性最好B.選擇不同的催化劑會變更此反應ΔH的數值C.合成氨工業(yè)中接受低溫以提高平衡轉化率D.合成氨工業(yè)中增大N2的濃度,可提高H2的轉化率3.工業(yè)合成氨是人類科學技術的一項重大突破,其反應為N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。在不同溫度、壓強下,平衡混合物中氨的含量如下表所示。下列有關說法錯誤的是()溫度氨的含量/%0.1MPa10MPa20MPa30MPa60MPa100MPa20015.381.586.489.995.498.83002.2052.064.271.084.292.64000.4025.138.247.065.279.8A.最早工業(yè)化生產氨的原理為N2+CaC2+3H2O2NH3↑+CaCO3+C,但是成本過高,無法大規(guī)模生產B.為了防止催化劑中毒,合成氨的原料氣必需經過凈化處理C.該反應的ΔH<0,ΔS<0,在高溫下確定能自發(fā)進行D.增大壓強,平衡正向移動,符合勒夏特列原理題組2.工業(yè)生產中適宜條件的選擇4.“碳儲科學”主要探討方向涉及CO2的捕獲、轉化等領域。高濃度的K2CO3溶液可作為CO2的捕獲劑,為了更好地捕獲CO2,限制壓強合理的是()A.常壓 B.高于常壓C.低于常壓 D.無法確定5.(2024·山西太原檢測)CH4還原CO2是實現“雙碳”經濟的有效途徑之一。相關的主要反應為CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH>0。下列條件有利于提高CO2平衡轉化率的是()A.低溫低壓 B.低溫高壓C.高溫低壓 D.高溫高壓6.(2024·陜西西安檢測)金屬鈦具有良好的耐凹凸溫、抗酸堿、高強度和低密度等優(yōu)良特性,廣泛應用于航空航天、醫(yī)療器械等領域。TiCl4的一種制備方法為TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s)TiCl4(g)+2CO(g)ΔH=-51kJ·mol-1。下列說法正確的是()A.正反應只有在高溫下才能自發(fā)進行B.恒溫恒容條件下,混合氣體的密度保持不變能說明該反應達到平衡狀態(tài)C.該反應在工業(yè)生產中的適宜條件是低溫、低壓D.恒溫恒容條件下,向平衡體系中再加入少量CO(g),TiCl4(g)的體積分數將增大7.丁烯是一種重要的化工原料,可由丁烷催化脫氫制備。已知:①C4H10(g)+12O2(g)C4H8(g)+H2O(g)ΔH1=-119kJ·mol②H2(g)+12O2(g)H2O(g)ΔH2=-242kJ·mol丁烷(C4H10)脫氫制丁烯(C4H8)的熱化學方程式為C4H10(g)C4H8(g)+H2(g)ΔH3。下列措施確定能提高該反應中丁烯平衡產率的是()A.增大壓強,上升溫度B.上升溫度,減小壓強C.降低溫度,增大壓強D.減小壓強,降低溫度B級關鍵實力提升練8.硫酸工業(yè)中生產SO3的反應為2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH=-196.6kJ·mol-1。溫度平衡時SO2的轉化率0.1MPa0.5MPa1MPa5MPa10MPa40097.598.999.299.699.750085.692.994.997.798.3依據反應原理和上表中數據分析下列敘述錯誤的是()A.實際生產中可以通過通入過量的空氣來提高SO2的轉化率B.常壓下SO2的轉化率已經比較大,所以實際生產中沒必要增大成本接受高壓C.生產中接受溫度400~500℃主要是考慮催化劑的活性溫度從而提高反應物的轉化率D.尾氣中的SO2必需回收循環(huán)利用防止污染環(huán)境并提高原料的利用率9.燃煤電廠鍋爐尾氣中含有氮氧化物(主要成分NO),可通過反應:4NH3(g)+4NO(g)+O2(g)4N2(g)+6H2O(g)ΔH=-1627.7kJ·mol-1,進行尾氣處理。在恒壓、反應物起始物質的量之比確定的條件下,反應相同時間,NO的轉化率在不同催化劑作用下隨溫度變更的曲線如圖所示。下列說法確定正確的是()A.上升溫度、增大壓強均可提高反應中NO的平衡轉化率B.綜合考慮,催化劑B的性能優(yōu)于催化劑AC.圖中X點所示條件下,反應時間足夠長,NO的轉化率能達到Y點的值D.圖中Z點到W點NO的轉化率降低的緣由是平衡逆向移動10.反應Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均會在工業(yè)生產硝酸過程中發(fā)生,其中反應Ⅰ、Ⅱ發(fā)生在氧化爐中,反應Ⅲ發(fā)生在氧化塔中,不同溫度下各反應的化學平衡常數如下表所示。下列說法正確的是()溫度化學平衡常數反應Ⅰ:4NH3+5O24NO+6H2O反應Ⅱ:4NH3+3O22N2+6H2O反應Ⅲ:2NO+O22NO25001.1×10267.1×10341.3×1027002.1×10192.6×10251.0A.氧化爐出氣在進入氧化塔前應進一步提高溫度B.通過變更氧化爐的溫度或壓強都可促進反應Ⅰ而抑制反應ⅡC.溫度為500K時,反應Ⅰ平衡常數表達式為K=cD.運用選擇性催化反應Ⅰ的催化劑可增大氧化爐中NO的含量11.(2024·廣東清遠名校聯考)向恒容密閉容器中充入物質的量之比為1∶1的CO和H2,進行反應:CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g),測得不同壓強下H2的平衡轉化率隨溫度的變更狀況如圖所示。下列有關說法正確的是()A.該反應的ΔH<0B.M、N點時均表示平衡狀態(tài),故M、N點時的正反應速率確定相等C.降低溫度,H2的轉化率可達到100%D.工業(yè)上用此法制取甲烷應接受更高的壓強12.工業(yè)上用CO2和H2合成甲醇涉及以下反應:Ⅰ.CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1Ⅱ.CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH2在催化劑作用下,將1molCO2和2molH2的混合氣體充入一恒容密閉容器中進行反應,達到平衡時,CO2的轉化率和容器中混合氣體的平均相對分子質量隨溫度變更如圖。下列推斷合理的是()已知:平衡時甲醇的選擇性為生成甲醇消耗的CO2在CO2總消耗量中的占比。A.ΔH1<0,ΔH2<0B.250℃前以反應Ⅱ為主C.T℃時,平衡時甲醇的選擇性為60%D.為同時提高CO2的平衡轉化率和平衡時甲醇的選擇性,應選擇的反應條件為高溫、高壓C級學科素養(yǎng)拔高練13.近年來我國大力加強溫室氣體CO2催化氫化合成甲醇技術的工業(yè)化量產探討,實現可持續(xù)發(fā)展。(1)已知:①CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH1=+41.1kJ·mol-1K1②CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)ΔH2=-90.0kJ·mol-1K2寫出CO2催化氫化合成甲醇的熱化學方程式:;用K1、K2表示此反應的化學平衡常數K=。

(2)為提高CH3OH(g)的產率,理論上應接受的條件是(填字母)。

a.高溫高壓 b.低溫低壓c.高溫低壓 d.低溫高壓(3)250℃時,在恒容密閉容器中由CO2(g)催化氫化合成CH3OH(g),如圖為不同投料比[n(H2)n(CO2)]時某反應物X的平衡轉化率的變更曲線。反應物X是(填(4)250℃時,在容積為2.0L的恒容密閉容器中加入6molH2、2molCO2和催化劑,10min后反應達到平衡,測得c(CH3OH)=0.75mol·L-1。①前10min內H2的平均反應速率v(H2)=mol·L-1·min-1。

②化學平衡常數K=。

③下列描述中能說明上述反應已達平衡的是(填字母)。

a.3v正(H2)=v逆(CH3OH)b.容器中氣體壓強不隨時間而變更c.c(H2)∶c(CO2)=1∶1d.容器中氣體平均相對分子質量不隨時間而變更④催化劑和反應條件與反應物的轉化率和產物的選擇性高度相關。限制相同投料比和相同反應時間,四組試驗數據如下:試驗編號溫度催化劑CO2的轉化率/%甲醇的選擇性/%A543Cu/ZnO納米棒12.342.3B543Cu/ZnO納米片11.972.7C553Cu/ZnO納米棒15.339.1D553Cu/ZnO納米片12.070.6依據上表所給數據,用CO2生產甲醇的最優(yōu)條件為(填試驗編號)。

分層作業(yè)11化學反應的調控1.B解析確定溫度和壓強條件下,氨的沸點是固定的,不會因為循環(huán)操作而變更,A錯誤;合成氨工業(yè)接受循環(huán)操作,主要是為了提高氮氣和氫氣的濃度,使反應平衡正向移動,從而可提高氮氣和氫氣的利用率,提高經濟效益和產率,B正確,C錯誤;合成氨工業(yè)接受循環(huán)操作的主要目的是提高反應物N2、H2的利用率,不會提高平衡體系中氨的含量,D錯誤。2.D解析合成氨工業(yè)接受10MPa~30MPa,使反應速率快,且有利于提高平衡混合物中氨的含量,A錯誤;催化劑能變更更學反應速率,不能變更反應ΔH的數值,B錯誤;合成氨反應若接受低溫可提高平衡轉化率,但溫度降低會使化學反應速率減小,達到平衡所用時間變長,在實際生產中接受的溫度為400~500℃,C錯誤;增大一種反應物的濃度,可提高其他反應物的轉化率,D正確。3.C解析早期生成氨須要CaC2,其價格相對較高,且反應猛烈,不適宜大規(guī)模生產,A正確;運用催化劑時要防止其中毒而失去催化活性,B正確;該反應的ΔH<0,ΔS<0,若自發(fā)進行要滿足該反應的ΔH-TΔS<0,故高溫下該反應不能自發(fā)進行,C錯誤;增大壓強,合成氨反應正向進行,可提高平衡混合氣中氨的含量,符合勒夏特列原理,D正確。4.B解析反應K2CO3(aq)+CO2(g)+H2O(g)2KHCO3(aq)正向為氣體體積縮小的反應,適當加壓可增大CO2在K2CO3溶液中的溶解度,有利于平衡正向移動,便于吸取CO2。5.C解析該反應的正反應是氣體總體積增大的吸熱反應,上升溫度、減小壓強,均有利于平衡正向移動,可提高CO2的平衡轉化率。6.B解析正反應的ΔH<0、ΔS>0,隨意溫度下均能自發(fā)進行,A錯誤;反應過程中混合氣體總質量不斷變更,恒容條件下,混合氣體總體積始終不變,當混合氣體的密度保持不變時,說明該反應達到平衡狀態(tài),B正確;低溫、低壓條件下反應速率慢,實際生產中不具有經濟效益,C錯誤;向平衡體系中再加入少量CO(g),平衡逆向移動,TiCl4(g)的體積分數將減小,D錯誤。7.B解析依據蓋斯定律,由①-②可得:C4H10(g)C4H8(g)+H2(g),則ΔH3=ΔH1-ΔH2=(-119kJ·mol-1)-(-242kJ·mol-1)=+123kJ·mol-1。要提高該反應中丁烯的平衡產率,應使平衡正向移動,可實行的措施是減小壓強、上升溫度。8.C解析空氣的成本較低,在實際生產中,通入過量的空氣,反應物濃度增大,反應速率加快,平衡正向移動,同時可提高成本較高的二氧化硫的轉化率,A正確;由表格數據可知,在常壓及400~500℃時,二氧化硫的轉化率已經很高,接著增大壓強,雖然二氧化硫的平衡轉化率會提高,但不明顯,且會增加設備成本,增大投資和能量消耗,B正確;生成SO3的反應為放熱反應,從理論上分析,溫度越低越有利于平衡正向移動,但溫度過低反應速率太小,且影響催化劑的催化活性,故工業(yè)上選擇溫度400~500℃,主要緣由是考慮催化劑的活性最佳,C錯誤;尾氣中的SO2必需回收循環(huán)利用,防止污染環(huán)境并提高原料的利用率,D正確。9.C解析正反應是放熱反應,上升溫度平衡左移,反應中NO的平衡轉化率降低,A錯誤;在溫度比較低條件下催化劑A的催化活性更強,催化劑A的性能優(yōu)于催化劑B,B錯誤;催化劑A的性能優(yōu)于催化劑B,相同時間內Y點NO轉化率大,但催化劑不會使平衡移動,X和Y的溫度相同,最終平衡狀態(tài)一樣,所以反應時間足夠長,NO的轉化率能達到Y點的值,C正確;圖中Z點到W點NO的轉化率降低是因為溫度過高降低了催化劑的活性,D錯誤。10.D解析氧化爐出氣在進入氧化塔前應降低溫度,提高氨氣的轉化率,A錯誤;上升溫度,反應Ⅰ和反應Ⅱ的平衡常數均減小,則正反應均為放熱反應,無法通過變更氧化爐的溫度促進反應Ⅰ而抑制反應Ⅱ,反應Ⅰ和反應Ⅱ正反應均為氣體體積增大的反應,無法通過變更氧化爐的壓強促進反應Ⅰ而抑制反應Ⅱ,B錯誤;溫度為500K時,水為氣態(tài),反應Ⅰ的平衡常數表達式為K=c4(NO)·c611.A解析由圖可知,壓強確定時,隨著溫度的上升,H2的平衡轉化率降低,說明平衡向逆反應方向移動,則正反應為放熱反應,ΔH<0,A正確;M、N點時的壓強、溫度不同,達到的平衡狀態(tài)也不同,無法比較M、N點時正反應速率的大小,B錯誤;此反應是可逆反應,反應物不能完全轉化為生成物,降低溫度,H2的轉化率不行能達到100%,C錯誤;限制合適的溫度和壓強,既能使反應速率較快,也能使反應物有較高的轉化率,接受更高的壓強對設備的要求更高,增加經濟成本,且400~600K、1.01×106Pa時,H2的平衡轉化率已經較高,D錯誤。12.C解析依據反應方程式、平衡時CO2的轉化率及平均相對分子質量的變更趨勢可知,反應Ⅰ為放熱反應,反應Ⅱ為吸熱反應,A錯誤;當溫度高于250℃,CO2的轉化率隨溫度的上升而增大,則250℃以后以反應Ⅱ為主,B錯誤;T℃時,CO2的轉化率為50%,平均相對分子質量為20,混合氣體總物質的量為44+2×220mol=2.4mol則CO2為0.5mol,設甲醇為xmol,CO為ymol,x+y=0.5,n(H2)=2mol-(3x+y)mol,n(H2O)=(x+y)mol,n(CH3OH)+n(CO)+n(CO2)+n(H2)+n(H2O)=2.4mol,解得n(CH3OH)=0.3mol,n(CO)=0.2mol,甲醇的選擇性為0.3013.答案(1)3H2(g)+CO2(g)CH3OH(g)+H2O(g)ΔH=-48.9kJ·mol-1K1·K2(2)d(3)CO2(4)①0.2