2020-2022北京重点校高二（上）期末化学汇编：化学反应条件的优化-工业合成氨

第1页/共1页2020-2022北京重点校高二（上）期末化学汇编化学反应条件的优化——工业合成氨一、单选题1．（2022·北京八中高二期末）NO2和N2O4存在平衡:2NO2(g)⇌N2O4(g)△H<0。下列分析正确的是（）A．1mol平衡混合气体中含1molN原子B．断裂2molNO2中的共价键所需能量小于断裂1molN2O4中的共价键所需能量C．恒温时，缩小容积，气体颜色变深，是平衡正向移动导致的D．恒容时，水浴加热，由于平衡正向移动导致气体颜色变浅2．（2021·北京师大附中高二期末）我国研究人员研制出一种新型复合光催化剂，利用太阳光在催化剂表面实现高效分解水，主要过程如图所示。已知：下列说法不正确的是（）A．过程Ⅱ放出能量B．若分解，估算出反应吸收能量C．催化剂能减小水分解反应的焓变D．催化剂能降低反应的活化能，增大反应物分子中活化分子的百分数3．（2021·北京师大附中高二期末）下列不能用勒夏特列原理解释的是（）A．向Fe(SCN)3溶液中加入固体KSCN后颜色变深B．用饱和食盐水除去Cl2中的HCl，可以减少氯气的损失C．将FeCl3溶液加热蒸干不能得到FeCl3固体D．工业上SO2催化氧化成SO3的反应，选用常压条件而不选用高压4．（2021·北京师大附中高二期末）用下列仪器或装置(图中夹持装置略)进行相应实验，不能达到实验目的的是（）测锌与稀硫酸反应速率制作简单燃料电池验证铁的吸氧腐蚀在铁制镀件上镀铜ABCDA．A B．B C．C D．D5．（2021·北京师大附中高二期末）。相同温度下，按初始物质不同进行两组实验，浓度随时间的变化如表。下列分析不正确的是（）020406080实验0.100.070.0450.040.04实验0.100.20……A．，实验a中B．，实验a中反应处于平衡状态，的转化率为60%C．实验b中，反应向生成的方向移动，直至达到平衡D．实验a、b达到化学平衡后，提高温度，反应体系颜色均加深二、填空题6．（2021·北京市第十二中学高二期末）反应A(g)+B(g)⇌C(g)+D(g)过程中的能量变化如图所示，回答下列问题。(1)该反应是_______反应(填“吸热”“放热”)；(2)当反应达到平衡时，升高温度，反应的平衡常数____，A的转化率____(填“增大”“减小”“不变”)；(3)在反应体系中加入催化剂，反应速率增大，E2的变化是______(填“增大”“减小”“不变”)。7．（2021·北京市第十二中学高二期末）某工厂的氨氮废水中主要含有NH、Cl-，可用电化学氧化法加以处理。(1)如图是电化学氧化法的原理示意图。a的电极反应式是_______。(2)研究显示，其他条件不变时，不同pH下氨氮的去除量如图所示。已知：NH3·H2O与NH相比，在电极表面的吸附效果更好。结合平衡移动原理和图中数据，解释pH从5到9时氨氮去除量增大的原因：______。(3)在电解废水的过程中，Cl-也会参与去除过程。其他条件相同、Cl-的浓度不同时，废水中氨氮脱除效率的实验结果如下：Cl-的浓度/(mg·L-1)400100电解时间/h0.50.5氨氮脱除效率/(mg·mA-1·cm-2)2.40.8①其它条件相同、适当提高Cl-的浓度，可以显著增大废水中的脱除效率。用化学用语解释原因：______、3Cl2+2NH=N2+6Cl-+8H+。②上图中，pH>11时，废水中NH去除量下降，可能的原因是：________(至少写两条)。三、原理综合题8．（2022·北京八中高二期末）NH3可用于生产硝酸和尿素。（1）生产硝酸：①NH3催化氧化是工业制硝酸的第一步反应，其化学方程式是_____。②除此之外，还可能发生以下副反应：4NH3(g)+4O2(g)===2N2O(g)+6H2O(g)ΔH=－1105kJ/mol，4NH3(g)+3O2(g)===2N2(g)+6H2O(g)ΔH=－1269kJ/mol，两个副反应在理论上趋势均很大，但实际生产中影响并不大，原因是_____。（2）生产尿素：①尿素的合成分两步进行：a．2NH3(g)＋CO2(g)NH2COONH4(l)ΔH=－117kJ/mol，b．NH2COONH4(l)CO(NH2)2(l)+H2O(l)ΔH=＋15kJ/mol，写出总反应的热化学方程式：______。②下图为n(NH3):n(CO2)=4:1时，温度对CO2的转化率的影响。解释温度升高CO2的平衡转化率增大的原因：______。③测定尿素样品含氮量的方法如下：取ag尿素样品，将所含氮完全转化为NH3，所得NH3用过量的v1mLc1mol·L1H2SO4溶液吸收完全，剩余H2SO4用v2mLc2mol·L1NaOH溶液恰好中和，则尿素样品中氮元素的质量分数是______。9．（2021·北京师大附中高二期末）AlN新型材料应用前景广泛，其制备与性质研究成为热点。(1)AlN的制备—碳还原法：以Al2O3、C(石墨)和N2为原料，在高温下制备AlN。已知：i.2Al2O3(s)4Al(g)＋3O2(g)=＋3351kJ·mol-1ii.2C(石墨，s)＋O2(g)=2CO(g)=-221kJ·mol-1iii.铝蒸气和氮气反应生成氮化铝，生成41gAlN放出159kJ热量。写出该反应的热化学方程式___________。运用平衡移动原理分析反应ii对反应i的可能影响：___________。(2)AlN的性质。AlN粉末可发生水解。相同条件下，不同粒径的AlN粉末水解时溶液pH的变化如图所示。解释t1-t2时间内两条曲线差异的可能原因：___________。(3)AlN含量检测。向agAlN样品中加入足量浓NaOH溶液，然后通入水蒸气将NH3全部蒸出，将NH3用过量的v1mLc1mol·L-1H2SO4溶液吸收完全，剩余的H2SO4用v2mLc2mol·L-1NaOH溶液恰好中和，则样品中AlN的质量分数是___________。10．（2021·北京市第十二中学高二期末）CO2可用于合成多种化工原料。用CO2生产绿色燃料甲醇时发生反应A：CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1(1)反应A的平衡常数表达式是_________。(2)已知：2CH3OH(g)+3O2(g)=2CO2(g)+4H2O(l)ΔH2H2O(g)=H2O(l)ΔH3ΔH1不易直接测得，为了通过ΔH2和ΔH3计算得到ΔH1，还需测定如下反应的反应热：_______。(3)在体积为1L的恒容密闭容器中发生反应A，如图是在三种投料，即[n(CO2)，n(H2)]分别为：[1mol，3mol]、[1mol，4mol]、[1mol，6mol]下，反应温度对CO2平衡转化率影响的曲线。①反应A的ΔH1________0(填“>”或“<”)。②曲线c对应的投料是_________。③T1℃时，曲线c对应的化学平衡常数_________1(填“>”、“<”或“=”)。(4)在一定条件下，利用CO2合成CH3OH的反应过程中会有副反应：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)。压强一定时，将初始投料比一定的CO2和H2按一定流速通过催化剂甲，经过相同时间(反应均未达到平衡)时，温度对CH3OH、CO的产率影响如图1所示，温度对CO2的转化率影响如图2所示。由图象可知，升高温度，CO2的实际转化率提高而甲醇的产率降低，其原因是_______。

参考答案1．B【详解】A．1molNO2含有1molN原子，1molN2O4含有2molN原子，现为可逆反应，为NO2和N2O4的混合气体,1mol平衡混合气体中所含原子大于1molN，A项错误；B．反应2NO2(g)⇌N2O4(g)为放热反应，故完全断开2molNO2分子中的共价键所吸收的热量比完全断开1molN2O4分子中的共价键所吸收的热量少，B项正确；C．气体体积压缩，颜色变深是因为体积减小，浓度变大引起的，C项错误；D．放热反应，温度升高，平衡逆向移动，颜色加深，D项错误；答案选B。2．C【详解】A．由图示可知：过程Ⅱ形成了化学键，因此会放出能量，A正确；B．若分解2molH2O(g)，就要断裂4mol的H-O键，形成2mol的H-H和1mol的O=O，则根据键能与反应热的关系，可知反应热△H=4×463kJ/mol-2×436kJ/mol-498kJ/mol=+482kJ/mol，因此可知反应吸收482kJ能量，B正确；C．催化剂只能降低反应的活化能，但不能改变反应物、生成物的能量，因此不能改变水分解反应的焓变，C错误；D．催化剂能改变反应途径，降低反应的活化能，使更多普通分子变为活化分子，从而增大反应物中活化分子的百分数，使反应速率加快，D正确；故合理选项是C。3．D【详解】A．，加入固体KSCN后，平衡正向移动，溶液颜色加深，能用勒夏特列原理解释，A项不选；B．，在饱和食盐水中，平衡逆向移动，抑制氯气和水反应，可以减少氯气的损失，能用勒夏特列原理解释，B项不选；C．加热蒸干FeCl3溶液过程中，温度升高，，平衡正向移动，故FeCl3溶液加热蒸干不能得到FeCl3固体，能用勒夏特列原理解释，C项不选；D．常压下的SO2转化率已经很大，增大压强对提高SO2转化率无显著影响，反而会增加成本，所以采用常压条件不能用勒夏特列原理解释，D项选；答案选D。4．D【详解】A．通过测定一定时间内生成氢气的体积，测定锌与稀硫酸反应速率，能达到实验目的，A与题意不符；B．首先连接K1电解硫酸钠，在阴阳两极分别产生氢气和氧气，再断开K1，连接K2可形成氢氧燃料电池，能达到实验目的，B与题意不符；C．利用铁钉浸泡于一定浓度的NaCl中性溶液中验证吸氧腐蚀，能达到实验目的，C与题意不符；D．装置中，铁件作阳极，失电子生成亚铁离子，不能在铁件的表面镀铜，D符合题意；答案为D。5．C【详解】A．根据表格数据可知，0~20s△c(N2O4)=0.03mol/L，根据方程式，则△c(NO2)=2△c(N2O4)=0.06mol/L，因此，A正确；B．，实验a中N2O4的浓度不再改变，反应处于平衡状态，此时的浓度为0.04mol/L，则转化率为，B正确；C．根据实验a可知该温度下，反应的平衡常数，实验b中，投入和的浓度分别为0.1mol/L和0.2mol/L，此时，则平衡向生成的方向移动，直至达到平衡，C错误；D．该反应为吸热反应，因此实验a、b达到化学平衡后，升高温度，反应均朝着正反应方向(即生成NO2的方向)进行，反应体系的颜色均加深，D正确；答案选C。6．

放热

减小

减小

减小【详解】(1)根据图象可知，反应物的总能量大于生成物的总能量，反应为放热反应；(2)当反应达到平衡时，升高温度，平衡逆向移动，反应物的浓度增大，生成物的浓度减小，反应的平衡常数减小；A的转化率减小；(3)催化剂能降低反应的活化能，但不影响焓变，则E2减小。7．

2H++2e-=H2↑

废水中存在：NH+H2O⇌NH3·H2O+H+，pH增大，c(H+)降低，平衡正向移动，c(NH3·H2O)增大，有利于含氮微粒在电极表面吸附

2Cl--2e-=Cl2↑

c(OH-)较大，优先放电；NH与OH-结合生成NH3·H2O，NH3逸出；Cl2与OH-会生成ClO-，碱性条件下ClO-氧化性弱【分析】根据图示的电解池结构写出电极方程式；根据NH3·H2O在电极表面的吸附效果好分析吸附量变化原因；根据表格中的数据的变化分析铵根去除率下降的原因。【详解】(1)该装置为电解池，a电极中H+放电生成氢气，电极方程式为2H++2e-=H2↑；(2)根据已知条件，NH3·H2O与NH相比，在电极表面的吸附效果更好。pH增大，NH水解产生的NH3·H2O越多，氨氮去除量增大，废水中存在：NH+H2O⇌NH3·H2O+H+，pH增大，c(H+)降低，平衡正向移动，c(NH3·H2O)增大，有利于含氮微粒在电极表面吸附；(3)①电解废水的过程中，Cl-先在阳极失电子产生Cl2，电极反应式为：2Cl--2e-=Cl2↑；②结合①问，pH>11时，废水中NH去除量下降，可能的原因是氯气浓度减小(如：c(OH-)较大，优先放电；Cl2与OH-会生成ClO-，碱性条件下ClO-氧化性弱)、NH3逸出(NH与OH-结合生成NH3·H2O，NH3逸出)等。8．

4NH3+5O24NO+6H2O

使用催化剂提高氨的催化反应的选择性

2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(l)

ΔH=－102kJ/mol

升高温度，反应b正向移动

14（2c1v1－c2v2）×10－3/a【详解】（1）①NH3催化氧化是工业制硝酸的第一步反应，其化学方程式是NH3+5O24NO+6H2O。②除此之外，还可能发生以下副反应：4NH3(g)+4O2(g)===2N2O(g)+6H2O(g)

ΔH=－1105kJ/mol，4NH3(g)+3O2(g)===2N2(g)+6H2O(g)

ΔH=－1269kJ/mol，两个副反应在理论上趋势均很大，但实际生产中影响并不大，原因是工业上使用催化剂提高氨的催化反应的选择性。（2）①尿素的合成分两步进行：a．2NH3(g)＋CO2(g)NH2COONH4(l)

ΔH=－117kJ/mol，b．NH2COONH4(l)CO(NH2)2(l)+H2O(l)

ΔH=＋15kJ/mol。由(a+b)可得2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(l)，所以ΔH=（－117kJ/mol）+（＋15kJ/mol）=－102kJ/mol，所以总反应的热化学方程式为2NH3(g)+CO2(g)CO(NH2)2(l)+H2O(l)

ΔH=－102kJ/mol。②由NH2COONH4(l)CO(NH2)2(l)+H2O(l)

ΔH=＋15kJ/mol可知，该反应为吸热反应，所以温度升高后该化学平衡向正反应方向移动，从而促进化学平衡2NH3(g)＋CO2(g)NH2COONH4(l)向正反应方向移动，CO2的平衡转化率增大。③测定尿素样品含氮量的方法如下：取ag尿素样品，将所含氮完全转化为NH3，所得NH3用过量的v1mLc1mol·L1H2SO4溶液吸收完全，剩余H2SO4用v2mLc2mol·L1NaOH溶液恰好中和。由反应的化学方程式可知，2n(H2SO4)=n(NH3)+n(NaOH)，所以n(N)=n(NH3)=0.5n(H2SO4)-n(NaOH)=（2c1v1－c2v2）×10－3mol，则尿素样品中氮元素的质量分数是14（2c1v1－c2v2）×10－3/a。9．(1)

2Al(g)＋N2(g)=2AlN(s)kJ·mol-1

反应ii能降低氧气浓度，有利于反应i化学平衡正向移动(也可以从温度变化角度答)(2)粒径较小的AlN表面积大，水解反应速率较大(3)【详解】（1）铝蒸气和氮气反应生成氮化铝的化学方程式为2Al(g)＋N2(g)=2AlN(s)，又生成41gAlN即1molAlN放出159kJ热量，故热化学方程式为2Al(g)＋N2(g)=2AlN(s)kJ·mol-1。反应ⅱ能消耗氧气，反应ⅰ生成氧气，故反应ⅱ能促进反应ⅰ正向进行。（2）由图象可以看出两条曲线的反应速率是不同的，反应速率和接触面积有关，故答案为：粒径较小的AlN表面积大，水解反应速率较大；（3）消耗硫酸的物质的量为：，氨气和硫酸按照2:1反应，故氨气的物质的量为：，根据氮元素守恒，氮化铝的物质的量也是，故样品中氮化铝的质量分数为，故答案为：。10．

2H2(g)+O2(g)=2H2O(l)或H2O(g)

＜

[1mol，6mol]

＜

升高温度，反应B(副反应)的速率增加得比反应(A)快【分析】(1)根据平衡常数定义书写该反应的平衡常数表达式；(2)根据盖斯定律进行分析；(3)①根据温度对平衡移动的规律进行分析；②根据浓度对平衡移动影响的规律进行分析；③结合图象，根据“三段式”进行分析计算该反应的平衡常数；(4)反应A：CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)ΔH1<0，副反应B：CO2(g)+H2(g)⇌CO(g)+H2O(g)ΔH2>0，结合温度对平衡移动、速率的影响规律进行分析。【详解】(1)可逆反应CO2(g)+3H2(g)⇌CH3OH(g)+H2O(g)，其平衡常数表达式为：K=；(2)目标方程式为CO2(g)+3H2(g)⇌CH3O