高三化学一轮专题复习化学反应原理12化学反应条件的控制和优化

2022届高三化学一轮专题复习化学反应原理：12化学反应条件的控制和优化一、单选题（共15题）1．接触法制硫酸的工艺流程中的关键步骤是SO2的催化氧化：2SO2+O22SO3ΔH<0，在催化剂表面的反应历程如下：下列说法正确的是A．过程中既有V—O键的断裂，又有V—O键的形成B．该反应的中间产物是V2O5C．反应①的活化能比反应②小D．反应放热，为提高SO2转化率，应尽可能在较低温度下反应2．已知反应：SO2(g)+NO2(g)SO3(g)+NO(g)△H=41.8kJ•mol1，运用该反应处理废气时有关说法正确的是A．增大压强有利于反应自发进行 B．该反应不能完全消除废气C．降低反应温度可提高去除效率 D．升高反应温度可提高废气转化率3．在工业生产硫酸的过程中，发生如下反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)+Q，下列叙述中不正确的是A．矿石粉碎的目的是使原料充分利用，并增大接触面使反应速率加快B．接触室中采用常压的主要原因是常压下SO2的转化率已经很高C．沸腾炉中出来的混合气需要洗涤，目的是防止催化剂中毒D．接触室用450℃的高温，使催化剂活性最佳，更能促进平衡向正反应方向移动4．氮是粮食作物生长必需的元素。将空气中游离态的氮转化成含氮化合物叫做氨的固定，主要有自然固氮和人工固氮两种方式。在高温、高压和铁催化条件下合成氨的人工固氮技术是20世纪人类最伟大的成就之一、合成氨反应为：。最近科学家研究的一种在酸性介质中利用电解原理电化学固氮的示意图如下，氨气在催化剂电极表面产生。有关说法不正确的是A．电化学固氮的条件比原合成氨的条件更温和B．电化学固氮过程中催化剂电极与电源正极相连C．电化学固氮法所得氨气中可能含有少量D．电化学固氮法生产时会有大量热量放出5．下图为工业合成氨以及氨催化氧化制硝酸的流程示意图。下列说法不正确的是A．物质B是未反应完全的氮气和氢气，通过循环投料，提高原料利用率B．物质A是空气，其中的在吸收塔中氧化，使之能被水充分吸收生成硝酸C．为提高原料价格更高的的转化率，应向合成塔通入过量的空气以提高浓度D．尾气中的氮氧化物可使用碱性的溶液吸收，或使用将氮氧化物还原为6．中国科学院研制出在常温常压和可见光下，利用LDH(一种固体催化剂)合成NH3，合成原理如图所示。下列有关说法不正确的是A．LDH缩短了键长B．LDH降低了反应的活化能C．该过程中光能转化为化学能D．该过程的化学方程式为7．下列事实能用勒夏特列原理来解释的是A．接触法制硫酸过程中2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)，往往需要使用催化剂B．500℃左右的温度比室温更有利于合成氨反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH<0C．H2、I2、HI平衡混合气体加压后颜色加深H2(g)＋I2(g)2HI(g)D．实验室采用排饱和食盐水的方法收集氯气Cl2＋H2OH＋＋Cl＋HClO8．如图所示为工业合成氨的流程图。下列说法错误的是A．步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒B．步骤②中“加压”既可以提高原料的转化率，又可以加快反应速率C．步骤③、④、⑤均有利于提高原料平衡的转化率D．为保持足够高的反应速率，应在反应达到一定转化率时及时将氨从混合气中分离出去9．是一种高毒性、高腐蚀性的气体污染物.最新研究表明，在多孔炭材料上搭载活性组分催化氧化脱硫效果明显优于传统的吸附法，其反应机理如图所示，此时在水中浓度为。下列有关说法不正确的是A．活性炭的作用为吸附剂和降低反应的活化能B．H2S的一级电离常数为109C．该反应的总反应方程式为：2H2S+O2=2S+2H2OD．温度过高不利于脱硫的效果10．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=2×105，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。下列判断正确的是A．保持温度不变，反应达平衡，增加c(CO)，平衡常数K增大B．第一阶段，在30℃和50℃两者之间选择反应温度，选30℃C．第二阶段，Ni(CO)4分解率较高D．该反应达到平衡时，ν生成[Ni(CO)4]=4ν生成(CO)11．合成氨的反应历程有多种，有一种反应历程如图所示，吸附在催化剂表面的物质用*表示。下列说法错误的是A．适当提高N2分压，可以加快N2(g)→*N2反应速率B．N2生成NH3是通过多步氧化反应生成的C．两个氮原子上的加氢过程分步进行D．大量氨分子吸附在催化剂表面，将减缓反应速率12．下列有关生活生产中的叙述合理的是A．硫酸工业中SO2转化为SO3时采用常压，是因为增大压强不会提高SO2的转化率B．硝酸铵溶于水能自发进行是因为焓变效应大于熵变效应C．在潮湿的空气中，当马口铁(镀锡)的镀层损坏时，先被腐蚀的是镀层D．工业上合成氨采用500℃左右的温度，最主要原因是该反应的催化剂在500℃左右活性最好13．是一种高毒性、高腐蚀性的气体污染物.最新研究表明，在多孔炭材料上搭载活性组分催化氧化脱硫效果明显优于传统的吸附法，其反应机理如图所示，此时在水中浓度为.下列有关说法不正确的是（）A．活性炭搭载成分具有催化作用B．增加水膜的酸性可提高反应的速率C．一级电离常数数量级为D．温度过高不利于脱硫的效果14．常压下羰基化法精炼镍的原理为：Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)ΔH。230℃时，该反应的平衡常数K=2×105。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．Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)能自发进行的原因是ΔH＜0B．增加c(CO)，有利于粗镍转化为Ni(CO)4C．第一阶段，在30℃和50℃两者之间选择反应温度，选50℃D．第二阶段，Ni(CO)4分解率较低15．常压下羰基化法精炼镍的原理：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。下列判断正确的是A．增加c(CO)，平衡向正向移动，反应的平衡常数增大B．该反应达到平衡时，生成[Ni(CO)4]）＝4生成(CO)C．第一阶段，在30℃和50℃两者之间选择反应温度，选50℃D．第二阶段，Ni(CO)4分解率较低二、填空题（共5题）16．醛类物质的用途广泛。如，甲醛蒸气可对空气消毒、甲醛溶液可用于生物标本的防腐等；脂肪醛类一般具有麻醉、催眠作用等。回答下列问题：利用乙二醛(OHC—CHO)催化氧化法合成乙醛酸的反应原理为：2OHC—CHO(aq)+O2(g)2OHC—COOH(aq)可能发生副反应有：2OHC—COOH(aq)+O2(g)2H2C2O4(草酸)在反应瓶内加入含1molOHC—CHO(乙二醛)的反应液2L，加热至45～60℃，通入氧气并保持氧气压强为0.12MPa，反应3h达平衡状态，得到的混合液中含0.84molOHC—COOH(乙醛酸)，0.12molH2C2O4(草酸)，0.04molOHC—CHO(乙二醛)(溶液体积变化可忽略不计)。(1)草酸的平均生成速率为___mol·L1·h1。(2)通过化学反应原理分析，增大压强有利于加快反应速率，对于乙二醛的转化率的影响是__(填“增大”或“减小”)。(3)如图所示为起始时氧醛比[]对乙醛酸产率的影响，则选择最佳氧醛比为___。17．合成氨对人类的生存和发展有着重要意义，1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨，实现了人工固氮。(1)反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)的化学平衡常数表达式为_______。(2)请结合下列数据分析，工业上选用氮气与氢气反应固氮，而没有选用氮气和氧气反应固氮的原因是_______。序号化学反应K(298K)的数值①N2(g)+O2(g)⇌2NO(g)5×1031②N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)4.1×106(3)对于反应N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)，在一定条件下氨的平衡含量如下表。温度/℃压强/MPa氨的平衡含量2001081.5%550108.25%①该反应为_______(填“吸热”或“放热”)反应。②其他条件不变时，温度升高氨的平衡含量减小的原因是_______(填字母序号)。a.温度升高，正反应速率减小，逆反应速率增大，平衡逆向移动b.温度升高，浓度商(Q)变大，Q>K，平衡逆向移动c.温度升高，活化分子数增多，反应速率加快d.温度升高，K变小，平衡逆向移动③哈伯选用的条件是550℃、10MPa，而非200℃、10MPa，可能的原因是_______。(4)图1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M点数据计算N2的平衡体积分数_______；(5)图2是合成氨反应平衡混合气中NH3的体积分数随温度或压强变化的曲线，图中L(L1、L2)、X分别代表温度或压强。其中X代表的是___(填“温度”或“压强”)；判断L1、L2的大小关系并说明理由____。18．已知2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)ΔH<0的实验数据如下表:温度不同压强下SO2的转化率(%)1×105Pa5×105Pa1×106Pa5×106Pa1×107Pa450℃97.598.999.299.699.7550℃85.692.994.997.798.3(1)工业生产中通常选择的温度是450℃，理由是__________。

(2)工业生产中通常选择的压强是______，理由是_____________。

(3)在合成SO3的过程中，不需要分离出SO3的原因是_____。

(4)生产中通入过量空气的目的是___________。19．在硫酸工业中，通过下列反应使氧化成：。下表为不同温度和压强下的转化率(%)：450550(1)从理论上分析，为了使二氧化硫尽可能多地转化为三氧化硫，可采用的条件是____。(2)在实际生产中，选定400~500℃作为操作温度，其原因是____。(3)在实际生产中，采用的压强为常压，其原因是_____。(4)在实际生产中，通入过量空气的目的是______。(5)尾气中有必须回收是为了_______。20．工业合成氨的反应为，其部分工艺流程如图所示。反应体系中各组分的部分性质如表所示。气体熔点/℃沸点/℃回答下列问题：(1)该反应的化学平衡常数表达式K=_________。随着温度升高，K值________(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)合成氨反应的平衡常数很小，所以在工业上将气体循环利用，即反应后通过把混合气体的温度降低到_________，将________分离出来；继续循环利用的气体是_________。参考答案1．A【详解】A．反应历程中反应①有V—О键的断裂，反应②有V—О键的形成，Ａ正确；B．反应开始时加入V2O5参与反应，最后又出现V2O5，所以V2O5是催化剂不是中间产物，Ｂ错误；C．一般情况下,反应的活化能越小，反应速率越快，故反应②的活化能比反应①小，Ｃ错误；D．反应放热，降低温度可以使平衡正向移动，提高SO2转化率但是温度太低的话，反应较慢，反应效率低，Ｄ错误；故选Ａ。2．B【详解】A．反应能否自发进行应该根据反应的焓变和熵变进行判断，压强不能改变反应的自发与否，选项A错误；B．该反应为可逆反应，不能彻底反应，且生成物也为有毒气体，故该反应不能完全消除废气，选项B正确；C．降低反应温度，平衡正向移动，但反应速率减慢，去除效率降低，选项C错误；D．升高反应温度，平衡逆向移动，废气转化率降低，选项D错误；答案选B。3．D【详解】A．矿石粉碎增大了反应物的接触面积，反应速率加快，A正确;B．在二氧化硫的催化氧化中，常压下二氧化硫的转化率很高，增大压强会增大反应速率，缩短达到平衡所需时间，反应物转化率也会增大，但同时会增加成本，总体上不经济，B正确；C．沸腾炉中出来的混合气中含有很多杂质，能够引起催化剂中毒，洗涤的目的是防止催化剂中毒，C正确；D．二氧化硫的催化氧化是放热反应，接触室采用450℃的温度是由于催化剂在该温度下催化活性最好，但不能使平衡正向移动以提高平衡混和气中SO3的含量，D错误；故合理选项是D。4．B【详解】A．原合成氨的条件需要高温、高压和铁催化，电化学固氮的条件需要合适的催化剂即可，条件更温和，A正确；B．该装置为电解，催化剂电极是N2转化为NH3，N元素化合价降低，发生还原反应，应与电源负极相连，B错误；C．N2H4的结构为NH2NH2,可以看成是NH3分子内的一个H原子被氨基NH2取代，在电化学固氮法过程中可能出现少量N2H4，C正确；D．合成氨反应为：，∆H<0为放热反应，电化学固氮法只是合成路径不同，不改变反应能量变化，所以电化学固氮法是放热反应，生产时会有大量热量放出，D正确；故选：B。5．C【分析】氮气和氢气合成塔中合成氨气，含有氨气的混合气体进入氨分离器得到氨气，氨气在氧化炉中催化氧化生成NO，NO和空气中氧气结生成NO2，NO2、O2和水反应得到硝酸，最后尾气处理防止污染环境，据此解答。【详解】A．物质B可以循环利用，合成氨反应是可逆反应，因此是未反应完全的氮气和氢气，通过循环投料，提高原料利用率，A正确；B．根据以上分析可知物质A是空气，其中的在吸收塔中氧化，使之能被水充分吸收生成硝酸，B正确；C．为提高原料价格更高的的转化率，可以及时分离氨气，氢气和氮气循环利用，空气中含有氧气等杂质，不应向合成塔通入过量的空气以提高氢气的转化率，C错误；D．硝酸的酸性强于碳酸，因此尾气中的氮氧化物可使用碱性的溶液吸收，另外氮氧化合物具有氧化性，可以使用将氮氧化物还原为，D正确；答案选C。6．A【详解】A．LDH是催化剂，不改变键长，故A错误；B．根据题意可知LDH为催化剂，催化剂可以降低反应的活化能，提高反应速率，故B正确；C．图中光照能使化学反应发生，则将光能转化成为化学能，故C正确；D．太阳光作用下氮气和水反应生成氨气和氧气，则反应为，故D正确；故选：A。7．D【详解】A．使用催化剂可以加快SO2催化氧化反应的速率，但不能使化学平衡发生移动，不能用勒夏特列原理解释，A不选；B．合成氨的反应为放热反应，根据勒夏特列原理，采用低温可提高反应物的平衡转化率，但温度降低会使化学反应速率减小，达到平衡所需的时间变长，在工业生产中很不经济，工业上采用500℃左右的温度主要是从化学反应速率和催化剂的活性两方面考虑的，故不能用勒夏特列原理解释，B不选；C．加压平衡H2(g)+I2(g)⇌2HI(g)不移动，但由于I2(g)的浓度增大，所以平衡混合气体的颜色加深，不能用勒夏特列原理解释，C不选；D．在饱和食盐水中含大量Cl，Cl的浓度增大，使平衡Cl2+H2O⇌H++Cl+HClO逆向移动，降低Cl2的溶解度，故实验室采用排饱和食盐水的方法收集氯气，能用勒夏特列原理解释，D选；答案选D。8．C【分析】N2和H2净化干燥除去含P、S、As的化合物等杂质后，加压既能提高反应速率，又能促进平衡正向移动，合成氨的反应为放热反应，低温有利于平衡正向移动，但是低温下，催化剂活性低，反应速率也低，因此综合考虑将温度设定在500℃并使用含铁催化剂进行催化反应，及时将产生的NH3液化分离出来以提高N2和H2的转化率，剩余的N2和H2再循环利用，据此分析判断。【详解】A．步骤①中“净化”是除去杂质，以防止铁催化剂中毒，A不符合题意；B．合成氨的反应为气体分子数减小的反应，加压有利于平衡正向移动，提高原料转化率，加压也可以提高反应速率，B不符合题意；C．催化剂只能提高反应速率，不能提高平衡转化率，合成氨反应为放热反应，高温不利于平衡正向移动，而液化分离出NH3和N2、H2的循环再利用均可以使平衡正向移动，所以步骤④、⑤有利于提高原料平衡的转化率，步骤③不能，C符合题意；D．在反应达到一定转化率时及时将氨从混合气中分离出去，氮气和氢气的分压增大，相当于N2和H2的浓度增大，从而能保持足够高的反应速率，D不符合题意；故合理选项是C。9．B【详解】A．根据题目信息，活性炭多孔，可作吸附剂，且能搭载活性成分完成催化氧化脱硫，则可降低反应的活化能，故A正确；B．依题意可求得H2S浓度为，又由图知，故，故B错误：C．根据图示信息可知，该反应总方程式为：2H2S+O2=2S+2H2O，故C正确；D．温度过高，和氧气的溶解度下降，不利于脱硫效果，故D正确；答案选B。10．C【详解】A．平衡常数只与温度有关，温度不变，K不变，A错误；B．由于Ni(CO)4的沸点为42.2℃，因此要使Ni(CO)4变为气体分离出来，要选择50℃，B错误；C．反应Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)的平衡常数K==2×105，Ni(CO)4在230℃分解的方程式为Ni(CO)4(g)Ni(s)+4CO(g)，平衡常数K’===5×104，平衡常数较大，故反应进行的程度高，分解率较高，C正确；D．反应速率之比等于化学计量数之比，故，所以4ν生成[Ni(CO)4]=ν生成(CO)，D错误；故选C。11．B【详解】A．适当提高N2分压，可以加快N2(g)→*N2反应速率，进而加快了化学反应速率，故A正确；B．由题图可知，N2反应生成NH3的过程为N2→N=NH→HN=NH→HNNH2→H2NNH2→NH3，氮元素的化合价逐渐降低，即发生多步还原反应生成NH3，故B错误；C．由题图分析可知，两个氮原子上的加氢过程是分步进行的，故C正确；D．NH3的及时脱附可留下继续反应的空间而增加催化剂的活性位，如果大量氨分子吸附在催化剂表面，就会将减缓反应速率，故D正确；

故答案：B。12．D【详解】A．硫酸工业中SO2转化为SO3的反应为2SO2+O2⇌2SO3，增大压强能够提高SO2的转化率，但该反应在常压下的转化率已经较大，没有采用高压的必要，况且采用高压还受动力、设备等条件的限制，提高了成本，故A错误；B．硝酸铵溶于水，熵变大于0，该过程属于吸热过程，焓变大于0，反应自发，说明由熵变决定，所以硝酸铵溶于水能自发进行是因为熵变效应大于焓变效应，故B错误；C．Fe比Sn活泼，形成原电池时，活泼金属失电子，则Fe失电子，所以当马口铁(镀锡)的镀层损坏时，先被腐蚀的是Fe，故C错误；D．合成氨的反应为N2+3H2⇌2NH3，属于气体体积减小的放热反应，要使平衡向正反应方向移动，应降低温度、增大压强，但温度过低反应速率过小，不利于提高生产效益；温度越高，反应速率越大，所以应适当升高温度，使反应速率增大；使用催化剂也能增大反应速率，但在500℃左右时催化剂的活性最大，所以选择采用500℃左右的温度进行，故D正确；故选D。13．B【详解】A．根据题目信息，活性炭搭载成分具有催化氧化效果，故A不选；B．溶液酸性增强，不利于溶解电离，减慢反应速率，故B选；C．依题意可求得浓度为，又由图知，故，故C不选：D．温度过高，和溶解氧的溶解度下降，不利于脱硫效果，故D不选。答案选B。14．D【详解】A．由第二阶段中，气态Ni(CO)4加热至230℃制得高纯镍，反应Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)平衡逆向移动，有利于高纯镍的生成，由此可知反应为放热，ΔH＜0，故A正确；B．增加c(CO)，平衡向正向移动，有利于粗镍转化为Ni(CO)4，故B正确；C．Ni(CO)4的沸点为42.2℃，应大于沸点，便于分离出Ni(CO)4，则第一阶段，在30℃和50℃两者之间选择反应温度，选50℃，故C正确；D．加热至230℃制得高纯镍，可知第二阶段Ni(CO)4分解率较大，故D错误；答案选D。15．C【详解】A．平衡常数是温度的函数，温度不变，平衡常数不变，所以增加c（CO），虽然平衡向正向移动，但反应的平衡常数不变，故A错误；B．反应的速率之比等于气体的计量数之比，所以平衡时有4生成[Ni(CO)4]=生成(CO)，故B错误；C．Ni(CO)4的沸点为42.2℃，应大于沸点，便于分离出Ni(CO)4，则第一阶段，在30℃和50℃两者之间选择反应温度，选50℃，故C正确；D．加热至230℃制得高纯镍，可知第二阶段Ni(CO)4分解率较大，故D错误；故选C。16．0.02增大0.55【详解】(1)3h达到平衡后H2C2O4的物质的量为0.12mol，溶液体积为2L，则草酸的平均生成速率为；故答案为：0.02。(2)正反应为气体体积减小的反应，故增大压强，平衡向正反应方向移动，转化率增大；故答案为：增大。(3)根据图像，乙醛酸产率最高的氧醛比为：0.55；故答案为：0.55。17．K=氮气与氢气反应的限度(或化学平衡常数)远大于氮气与氧气反应的限度放热d提高合成氨反应的化学反应速率8%压强L1<L2合成氨反应为放热反应，压强相同时，升高温度，N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)，平衡逆向移动，NH3的体积分数降低。【详解】(1)平衡常数指平衡时生成物浓度幂次方乘积比上反应物浓度幂次方乘积，故该反应平衡常数表达式为K=；(2)平衡常数越大，说明反应物转化率越高，N2与H2反应的平衡常数远大于N2与O2反应的平衡常数，所以与H2反应时，N2转化率更高，故此处填：氮气与氢气反应的限度(或化学平衡常数)远大于氮气与氧气反应的限度；(3)①由数据知，温度升高，NH3的平衡含量降低，说明平衡逆向移动，故逆向为吸热反应，则正反应为放热反应，故此处填“放热”；②a．温度升高，正逆反应速率都增大，a说法错误；b．温度升高瞬间，容器体积不变，气体浓度不变，故Q不变，但K减小，故平衡逆向移动，b说法错误；c．选项说法正确，但未解释氨平衡含量减小的原因，c不符合题意；d．温度升高，平衡逆向移动，K减小，导致氨平衡含量减小，d符合题意；故答案选d；③高温不利于平衡正向移动，故哈伯选择550℃不是考虑平衡移动的原因，而是为了增强催化剂的活性，加快反应速率，故此处填提高合成氨反应的化学反应速率；(4)M点对应H2、N2投料比为4，假设H2为4mol，N2为1mol，平衡时N2转化xmol，列三段式如下：，平衡时气体总物质的量=(1x+43x+2x)mol=(52x)mol，则NH3的体积分数=，解得x=，则N2的体积分数=；(5)若X代表温度，温度升高，平衡逆向移动，NH3体积分数减小，与图示不符，故X代表压强，L代表温度；合成氨反应为放热反应，压强相同时，升高温度，N2(g)+3H2(g)⇌2NH3(g)平衡逆向移动，NH3的体积分数降低，故L2＞L1。18．该反应是放热反应，升高温度，反应物转化率降低，在450℃反应物转化率较高1×105Pa常压下SO2的转化率已经很高，若采用较大的压强，SO2的转化率提高很少，但对设备的要求更高O2的转化率比较高，达到平衡后的混合气体中SO2的余量很少，故不需要分离出SO