-新教材高中化学课时检测9化学反应的调控含解析新人教版选择性必修

PAGEPAGE8化学反应的调控1．在下列合成氨事实中N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＜0，不能用勒夏特列原理解释的是()①使用铁作催化剂有利于合成氨的反应②在高温下反应，更有利于合成氨的反应③增大体系的压强，可以提高氨的产量④在合成氨中要不断补充N2、H2的混合气A．①③ B．②④C．①② D．③④解析：选C①催化剂能改变化学反应速率，但不能改变平衡的移动，故不能用勒夏特列原理解释，正确；②该反应的正反应是放热反应，温度升高，平衡逆向移动，不利于合成氨的反应，但合成氨需催化剂催化反应，此温度更有利于催化剂发挥作用，该事实不能用勒夏特列原理解释，正确；③增大压强，平衡正向移动，故增大压强，可以提高氨的产量，可以用勒夏特列原理解释，错误；④合成氨中不断补充N2、H2的混合气，增大反应物的浓度，平衡向正反应方向移动，可以用勒夏特列原理解释，错误。2．合成氨反应的正反应是气体体积减小的放热反应。合成氨工业的生产流程如下：关于合成氨工业的说法中不正确的是()A．混合气进行循环利用遵循绿色化学思想B．合成氨反应须在低温下进行C．对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率D．使用催化剂可以提高反应的速率，但是不能使平衡向正反应方向移动解析：选B混合气进行循环利用可以节约资源、提高原料的利用率，这遵循绿色化学思想，选项A正确；降低温度，反应速率减慢，为保证速率较快，催化剂的活性高，产物的产率又不低，则选择适宜的温度即可，不能在低温下进行，选项B错误；对原料气进行压缩，即增大压强，化学平衡正向移动，可以增大原料气的转化率，选项C正确；使用催化剂可以提高反应的速率，但是不能使平衡向正反应方向移动，选项D正确。3．硫酸是一种重要的化工产品，目前主要采用“接触法”进行生产。有关反应2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO3的说法中不正确的是()A．实际生产中，SO2、O2再循环使用提高原料利用率B．实际生产中，为了提高经济效益压强越高越好C．在生产中，通入过量空气的目的是提高SO2的转化率D．实际生产中，选定400～500℃作为操作温度的主要原因是此温度下催化剂的活性最高解析：选BSO2、O2再循环使用可避免污染，提高利用率，故A正确；压强不能过大，在常压下转化率已经很大，且应考虑设备的承受力，故B错误；氧气过量，可使平衡正向移动，可提高SO2的转化率，故C正确；正反应为放热反应，操作温度应考虑催化剂的活性以及反应的速率，故D正确。4．下列说法不符合生产实际的是()A．硫酸工业的尾气中含有少量SO2，可用石灰水吸收，然后再用硫酸处理B．工业上，常采用铁触媒催化剂，在400～500℃和10MPa～30MPa的条件下合成氨C．工业合成氨造气中产生的CO，可在催化剂作用下，与水蒸气反应生成CO2和H2D．在硫酸生产中，SO2催化氧化选择1MPa～10MPa、400～500℃条件下进行解析：选D二氧化硫是污染气体用石灰水吸收生成亚硫酸钙，再用硫酸处理得到高浓度的SO2，可以循环使用，故A正确；工业上通常采用铁触媒、在400～500℃和10MPa～30MPa的条件下合成氨，故B正确；一氧化碳和水蒸气反应生成二氧化碳和氢气，此反应为合成氨的原料气制备，故C正确；二氧化硫的催化氧化反应在常压下转化率已经很高，加压变化不大，且对设备要求较高，成本增大，400～500℃条件下催化剂活性最大，可以提高反应速率，故D错误。5．下列有关合成氨工业的说法正确的是()A．高温、低压、催化剂都有利于提高合成氨的速率B．合成氨时将氨液化分离，可提高合成氨的产率C．工业合成氨的反应是熵减的放热反应，任何温度下均可自发进行D．目前，合成氨生产一般选择控制反应温度为700℃左右解析：选B合成氨的反应是一个气体体积减小的放热反应，增大压强，升高温度，加入催化剂都可以增大反应速率，低压反应速率减小，故A错误；合成氨时，氨气是生成物，将氨液化分离，可促进平衡正向移动，可提高合成氨的产率，B正确；工业合成氨的反应是熵减的放热反应，较低温度下可自发进行，高温下可能ΔH－TΔS>0，故C错误；目前，合成氨生产一般选择控制反应温度为700K左右，D错误。6．合成氨的温度和压强通常控制在约500℃以及20MPa～50MPa的范围，且进入合成塔的N2和H2的体积比为1∶3，经科学测定，在相应条件下，N2和H2反应所得氨的平衡浓度(体积分数)如下表所示。20MPa60MPa500℃19.1%42.2%而实际从合成塔出来的混合气体中氨的含量约为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解析：选D表中数据为科学家通过科学实验所得，不会存在明显误差，故A错误；合成氨生成过程是连续的，不会对生产条件控制不当，故B错误；氨气平衡时的浓度大小与速率的大小没有直接关系，若是分解速率的影响，可以通过改变条件，降低分解速率，但无论在什么条件下氨气的体积分数都会低于预测值，说明与氨气的分解速率无关，故C错误；从合成塔出来的混合气体中氨的含量约为15%，与科学测定结果相比偏低，只能说明合成塔中的可逆反应并没有达到平衡状态，故D正确。7．2007年诺贝尔化学奖授予德国化学家格哈德·埃特尔，以表彰其在固体表面化学研究领域作出的开拓性贡献。如图是氢气与氮气在固体催化剂表面合成氨的反应过程示意图，下列有关合成氨反应的叙述中不正确的是()A．过程②吸收能量、过程③放出能量B．常温下该反应难以进行，是因为常温下反应物的化学键难以断裂C．在催化剂的作用下，该反应的ΔH变小而使反应变得更容易发生D．该过程表明，在化学反应中存在化学键的断裂与形成解析：选C过程②为分子中的化学键断裂生成原子，需吸收能量，过程③原子重新组合成分子需放出能量，故A正确；因为氮气中含氮氮三键，键能大，所以常温下该反应难以进行，是因为常温下反应物的化学键难以断裂，故B正确；ΔH与反应条件无关，则在催化剂的作用下，该反应的ΔH仍然不变，故C错误；该过程表明，在化学反应中首先是旧化学键的断裂，然后是新化学键的形成，故D正确。8．科研工作者结合实验与计算机模拟来研究钌催化剂表面不同位点上合成氨反应历程，如图所示，其中实线表示位点A上合成氨的反应历程，虚线表示位点B上合成氨的反应历程，吸附在催化剂表面的物种用*标注。下列说法错误的是()A．由图可以判断合成氨反应属于放热反应B．氮气在位点A上转变成2N*速率比在位点B上的快C．整个反应历程中活化能最大的步骤是2N*＋3H2→2N*＋6H*D．从图中知选择合适的催化剂位点可加快合成氨的速率解析：选C据图可知，始态*＋N2＋3H2的相对能量为0eV，生成物*＋2NH3的相对能量约为－1.8eV，反应物的能量高于生成物，所以为放热反应，故A正确；图中实线标示出的位点A最大能垒(活化能)低于图中虚线标示出的位点B最大能垒(活化能)，活化能越低，有效碰撞几率越大，化学反应速率越大，故B正确；由图像可知，整个反应历程中2N*＋3H2→2N*＋6H*活化能几乎为零，为最小，故C错误；由图像可知氮气活化在位点A上活化能较低，速率较快，故D正确。9．可逆反应2NO2(g)N2O4(g)，ΔH<0。在密闭容器中进行，当达到平衡时，欲通过改变条件，使反应达到新平衡后，NO2(g)百分含量减小，不可采取的措施是()A．减小容器容积B．温度和体积不变，充入NO2(g)C．温度和压强不变，充入NO2(g)D．温度和体积不变，充入N2O4(g)解析：选C减小容器体积，相当于增大压强，平衡向正反应方向移动，达到新平衡后NO2(g)百分含量减小；保持温度和体积不变，充入NO2(g)或N2O4(g)，根据等效平衡规律，相当于在保持压强不变，体积扩大的情况下建立了等效平衡，然后又把体积压缩回原体积，此时压强增大，平衡向正反应方向移动，所以达到新平衡后NO2(g)百分含量减小；保持温度和压强不变，充入NO2(g)，根据等效平衡规律，建立的新平衡与原平衡是等效平衡，所以NO2(g)的百分含量保持不变。10．硫酸是一种重要的化工产品，目前主要采用“接触法”进行生产。有关接触氧化反应2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO3。下列说法不正确的是()A．只要选择适宜的条件，SO2和O2就能全部转化为SO3B．升高温度会使正反应速率、逆反应速率均加快C．若用18O原子组成的O2参加反应，平衡时SO2中也会含有18OD．在工业合成SO3时，要同时考虑反应速率和反应能达到的限度两方面的问题解析：选ASO2和O2转化为SO3的反应是可逆反应，可逆反应有限度，则SO2和O2不能全部转化为SO3，A错误；升高温度，正、逆反应速率都会加快，B正确；化学反应的实质是原子重新组合，在重新组合过程中，SO2中也会含有18O，C正确；因合成SO3的反应是可逆反应，所以工业合成SO3时，要同时考虑反应速率和反应能达到的限度两方面的问题，D正确。11．工业上生产硫酸时，利用催化氧化反应将SO2转化为SO3是一个关键步骤。反应2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO3在不同条件下达到平衡状态时SO2的转化率如下表(原料气各成分的体积分数为SO2：70%、O2：11%、N2：82%)：压强/MPa转化率/%温度/℃0.10.511040099.299.699.799.950093.596.997.899.360073.785.889.596.4试回答下列问题：(1)已知SO2的氧化是放热反应，如何利用表中数据推断此结论？________________________________________________________________________；(2)提高该化学反应限度的途径有________________________________________________________________________；(3)在400～500℃时，SO2的催化氧化采用常压而不是高压，主要原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________；(4)有资料报道：“最近研制出一种性能优越的催化剂，可以将SO2全部催化氧化为SO3：2SO2＋O2eq\o(,\s\up7(催化剂),\s\do5(△))2SO3”，这种资料报道可信吗？为什么？________________________________________________________________________________________________________________________________________________；(5)酸雨的危害很大，为从源头上减少酸雨产生的途径，可采取的措施是________(填字母)。A．少用煤作燃料 B．把工厂的烟囱造高C．植树造林 D．开发利用太阳能解析：(1)由表中数据可知，压强一定时，温度升高，SO2的转化率降低，说明升高温度有利于平衡向逆反应方向移动，故正反应为放热反应；(2)由表中数据可知，压强和温度对平衡移动都有影响，增大压强SO2的转化率增大，但增大的幅度较小，升高温度SO2的转化率减小，说明该反应为放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，所以提高该化学反应限度的途径有增大压强或在一定范围内降低温度；(3)由表中数据可知，增大压强对SO2的转化率影响不大，但会增大成本，故通常采用常压而不是高压；(4)催化剂缩短到达平衡时间，不影响平衡移动，所以二氧化硫的转化率不变，性能优越的催化剂也不可能将SO2全部催化氧化为SO3；(5)减少酸雨产生的就是减少二氧化硫的排放，也就要减少含硫的燃料的使用，所以要开发洁净的能源，太阳能就是其中之一，故选A、D。答案：(1)压强一定时，升高温度，SO2的转化率降低，说明升高温度有利于平衡向逆反应方向移动，故正反应为放热反应(2)增大压强或在一定范围内降低温度(3)增大压强对SO2的转化率影响不大，但会增大成本(4)不可信；二氧化硫与氧气的反应是可逆反应，使用催化剂只能改变反应速率，不能使平衡移动，更不能使SO2全部转化为SO3(5)AD12．Ⅰ.合成氨工业中，原料气(N2、H2及少量的CO、NH3的混合气)在进入合成塔前常用醋酸二氨合铜溶液来吸收原料气中的CO，其反应是[Cu(NH3)2CH3COO]＋CO＋NH3[Cu(NH3)3]CH3COO·CO(正反应为放热反应)(1)必须除去原料气中CO的原因是________；(2)醋酸二氨合铜溶液吸收CO的适宜生产条件是________；(3)吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过适当处理又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用，醋酸铜氨溶液再生的适宜条件是________。Ⅱ.硝酸工业的基础是氨的催化氧化，在催化剂作用下发生如下反应：①4NH3(g)＋5O2(g)4NO(g)＋6H2O(g)ΔH＝－905kJ·mol－1①主反应②4NH3(g)＋3O2(g)2N2(g)＋6H2O(g)ΔH＝－1268kJ·mol－1②副反应有关物质产率与温度的关系如图：(4)由图可知，工业上氨催化氧化生成NO时，反应温度最好控制在________；(5)当温度大于900℃时，NO的产率下降的主要原因是___________________________。解析：Ⅰ.(1)除去一氧化碳防止催化剂中毒；(2)[Cu(NH3)2CH3COO](aq)＋CO(g)＋NH3(g)[Cu(NH3)3]CH3COO·CO(aq)ΔH<0，由反应可知，该反应为气体体积减小的放热反应，所以加压和采取较低的温度可使平衡向正反应方向移动，有利于CO的吸收；(3)要使吸收CO后的醋酸铜氨溶液经过适当处理后又可再生，恢复其吸收CO的能力以供循环使用，只要使平衡向逆反应方向移动即可，逆反应方向为气体体积增大的吸热反应，所以在高温、低压下使平衡逆向移动。Ⅱ.(4)从图像可以看出，反应温度在780～840℃，NO的转化率最高，故选择780～840℃；(5)从图像上看出，当温度高于900℃时，部分NH3转化成N2，故造成NO的产率下降。答案：Ⅰ.(1)防止催化剂中毒(2)低温高压(3)高温低压Ⅱ.(4)780～840℃(5)部分NH3转化为N213．合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92.4kJ·mol－1。一种工业合成氨的简式流程如图1所示：(1)天然气中的H2S杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS。一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式：________________________________________________________________________。(2)步骤Ⅱ中制氢气的原理如下：①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g)ΔH＝＋206.4kJ·mol－1②CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH＝－41.2kJ·mol－1对于反应①，一定可以提高平衡体系中H2的百分含量，且能加快反应速率的措施是________(填字母)。a．升高温度 B．增大水蒸气浓度c．加入催化剂 D．降低压强利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2的产量。若1molCO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应，得到1.18molCO、CO2和H2的混合气体，则CO的转化率为________。(3)图2表示500℃、60.0MPa条件下，原料气投料比与平衡时NH3体积分数的关系。根据图中a点数据计算N2的平衡体积分数：________。(4)上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是(填序号)________。简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法：_____________________。解析：(1)H2S杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS，一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，反应过程中生成一水合氨，依据原子守恒和电子守恒配平书写化学方程式为2NH4HS＋O2eq\o(=,\s\up7(一定条件))2NH3·H2O＋2S↓；(2)反应①CH4(g)＋H2O(g)CO2(g)＋3H2(g)ΔH＝＋206.4kJ·mol－1，是气体体积增大的吸热反应。反应是吸热反应，升高温度，反应速率增大，平衡正向进行，平衡体系中H2百分含量增大，故a符合；增大水蒸气浓度，平衡正向进行，反应速率增大，但平衡体系中H2百分含量不一定增大，故b不符合；加入催化剂，改变反应速率不改变化学平衡，反应速率增大，氢气百分含量不变，故c不符合；降低压强，反应速率减小，平衡正向进行，氢气百分含量增大，故d不符合；利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2产量，若1molCO和H2的混合气体(CO的