2025版新教材高中化学第2章化学反应速率与化学平衡第4节化学反应的调控课时作业新人教版选择性必修1

其次章第四节一、选择题1．下列所示是哈伯法制氨的流程图，其中为提高原料转化率而实行的措施是(B)A．①②③ B．②④⑤C．①③⑤ D．②③④2．下列有关合成氨工业的说法中正确的是(C)A．铁作催化剂可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动B．上升温度可以加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动C．增大压强能缩短到达平衡状态所用的时间D．合成氨接受的压强是1×107～3×107Pa，因为该压强下铁触媒的活性最高解析：运用催化剂只加快反应速率，对化学平衡移动没有影响，故A说法错误；上升温度，加快反应速率，合成氨为放热反应，依据勒夏特列原理，上升温度，化学平衡向逆反应方向移动，不利于合成氨，故B说法错误；合成氨N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，增大压强，加快反应速率，缩短达到平衡状态所用时间，故C说法正确；合成氨接受的压强是1×107～3×107Pa，考虑对材料的强度和设备的制造要求，与铁触媒的活性之间无关系，故D说法错误。3．在合成氨工业中，要使氨的产率增大，同时又能提高化学反应速率，可实行的措施有(C)①增大容器体积使压强减小②减小容器体积使压强增大③上升温度④降低温度⑤恒温恒容，再充入等量的N2和H2⑥恒温恒压，再充入等量的N2和H2⑦刚好分别产生的NH3⑧运用催化剂A．②④⑤⑥⑦ B．②③④⑤⑦⑧C．只有②⑤ D．①②③⑤⑧解析：从反应速率的角度分析，①④⑦均使化学反应速率降低，②③⑤⑧均使化学反应速率上升，⑥不影响化学反应速率。从平衡移动的角度分析，②④⑤⑦使化学平衡向右移动，使氨的产率增大，⑥⑧不影响化学平衡，①③使化学平衡向左移动。4．合成氨反应通常限制在10MPa～30MPa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13，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)如表所示：压强20MPa30MPa500℃19.126.4而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%，这表明(D)A．表中所测数据有明显误差B．生产条件限制不当C．氨的分解速率大于预料值D．合成塔中的反应并未达到平衡解析：这说明实际合成氨工业中须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须要确定的时间，时间太长得不偿失。5．在确定条件下，对于密闭容器中的反应：N2＋3H22NH3，下列说法正确的是(A)A．当氮气和氢气投料比(物质的量之比)为13时，达到平衡时氨的体积分数最大B．增加铁触媒的接触面积，不行能提高合成氨工厂的年产量C．达到平衡时，氢气和氨气的浓度比确定为32D．分别用氮气和氢气来表示该反应的速率时，数值大小确定相同解析：当氮气和氢气投料比为13时，v(N2)v(H2)＝13，两种原料的转化率相同，故达到平衡时氨的体积分数最大，A正确；增加铁触媒的接触面积，加快反应速率，可以提高合成氨工厂的年产量，B错误；平衡时，物质的浓度关系取决于起始量和转化率，所以到平衡时，H2和NH3的浓度比不愿定为32，C错误；反应速率之比等于化学计量数之比，因化学计量数不同，则反应速率的数值不同，D错误。6．某工业生产中发生反应：2X(g)＋Y(g)2M(g)ΔH<0。下列有关该反应的说法正确的是(D)A．工业上合成M时，确定接受高压条件，因为高压有利于M的生成B．若物质Y价廉易得，工业上一般接受加入过量的Y的方法，以提高X和Y的转化率C．工业上一般接受较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高D．工业生产中常接受催化剂，因为运用催化剂可提高M的日产量解析：虽然高压条件有利于M生成，但不愿定都接受高压条件，如2SO2＋O22SO3，常压下SO2的转化率已经很高，高压对SO2的转化率影响不大，因而工业上接受常压；加入Y，X的转化率提高，但Y的转化率降低；ΔH<0，上升温度，反应物转化率降低；催化剂可加快化学反应速率。7．对于反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)，在一密闭容器中加入确定量的N2和H2，达到平衡时混合气体的压强为p1，快速缩小容器体积使混合气体的压强变为p2，一段时间后达到新的平衡，此时混合气体的压强为p3，则p1、p2、p3的大小关系是(B)A．p2>p1>p3 B．p2>p3>p1C．p2>p1>p3 D．p2>p1＝p3解析：依据勒夏特列原理，变更某一外界条件时，平衡只能向减弱这种变更的方向移动。8．已知：2SO2(g)＋O2(g)=2SO3(g)ΔH＝－197.8kJ·mol－1。起始反应物为SO2和O2(物质的量之比为21，且总物质的量不变)SO2的平衡转化率(%)随温度和压强的变更如下表，下列说法不正确的是(B)温度/K压强/(105Pa)1.015.0710.125.350.767399.299.699.799.899.972397.598.999.299.599.677393.596.997.898.699.0A.确定压强下降低温度，SO2的转化率增大B．在不同温度、压强下，转化相同物质的量的SO2所须要的时间相等C．运用催化剂可以缩短反应达到平衡所需的时间D．工业生产通常不实行加压措施是因为常压下SO2的转化率已相当高解析：由表格数据及勒夏特列原理知，针对放热反应，确定压强下降低温度，平衡正向移动，反应物SO2的转化率增大，A正确；由于在不同温度、压强下，化学反应速率不愿定相等，故转化相同物质的量的SO2所须要的时间不愿定相等，B错误；催化剂对化学平衡移动无影响，但可以缩短到达平衡所花的时间，C正确；由图中数据可知，不同温度下，1.01×105Pa(常压)下SO2的转化率分别为99.2%，97.5%，93.5%，已经相当高了，且加压后转化率上升并不明显，所以没有必要通过加压提高转化率，D正确。9．据报道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实：2CO2(g)＋6H2(g)CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)，下列叙述错误的是(B)A．运用Cu­Zn­Fe催化剂可大大提高生产效率B．反应需在300℃下进行可推想该反应是吸热反应C．充入大量CO2气体可提高H2的转化率D．从平衡混合气体中分别出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率10．某探讨小组为探究催化剂对尾气中CO、NO转化的影响，将含NO和CO的尾气在不同温度下，以确定的流速通过两种不同的催化剂进行反应：2NO(g)＋2CO(g)N2(g)＋2CO2(g)ΔH<0，测量相同时间内逸出气体中NO的含量，从而确定尾气脱氮率(脱氮率即NO的转化率)，结果如图所示。下列说法正确的是(D)①两种催化剂均能降低反应的活化能，但ΔH均不变②相同条件下，变更压强对脱氮率没有影响③曲线Ⅱ中的催化剂的最适宜温度为450℃左右④a点的脱氮率是对应温度下的平衡脱氮率⑤若低于200℃，图中曲线Ⅰ脱氮率随温度上升变更不大的主要缘由是催化剂的活性不高A．①②③ B．①③④C．②③④ D．①③⑤解析：①催化剂可降低反应的活化能，但不变更反应的ΔH，正确；②该反应为气体分子数减小的反应，变更压强平衡发生移动，则变更压强对脱氮率有影响，错误；③由图可知，曲线Ⅱ中450℃左右脱氮率最大，则曲线Ⅱ中的催化剂的最适宜温度为450℃左右，正确；④因为该反应是放热反应，降低温度，平衡正向移动，则a点对应温度下的平衡脱氮率应大于450℃下的脱氮率，错误；⑤催化剂的活性受温度的影响，则低于200℃时，图中曲线Ⅰ脱氮率随温度上升变更不大的主要缘由是催化剂的活性不高，正确。11．CH4—CO2催化重整可以得到合成气(CO和H2)，有利于缓解温室效应，其主要反应为CH4(g)＋CO2(g)2CO(g)＋2H2(g)ΔH＝＋247kJ·mol－1，同时存在以下反应：CH4(g)C(s)＋2H2(g)ΔH＝＋75kJ·mol－1(积碳反应)，CO2(g)＋C(s)2CO(g)ΔH＝＋172kJ·mol－1(消碳反应)，假设体系温度恒定。积碳反应会影响催化剂的活性，确定时间内积碳量和反应温度的关系如图所示。下列说法正确的是(B)A．高压有利于提高CH4的平衡转化率并削减积碳B．增大CO2与CH4的物质的量之比有助于削减积碳C．上升温度，积碳反应的化学平衡常数K1减小，消碳反应的化学平衡常数K2增大D．温度高于600℃，积碳反应的化学反应速率减慢，消碳反应的化学反应速率加快，积碳量削减12．(2024·江苏南通期中)确定条件下，将确定量的CO2和H2混合气体通过装有催化剂的反应器可得到甲烷。已知：Ⅰ.CO2(g)＋H2(g)CO(g)＋H2O(g)ΔH＝＋41kJ·mol－1Ⅱ.CO2(g)＋4H2(g)CH4(g)＋2H2O(g)ΔH＝－165kJ·mol－1在两种不同催化剂作用下反应相同时间，CO2转化率和生成CH4选择性随温度变更关系如图所示eq\b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(CH4选择性＝\f(CH4的物质的量,发生反应的CO2的物质的量)×100%))。下列说法不正确的是(D)A．反应CO(g)＋3H2(g)=CH4(g)＋H2O(g)ΔH＝－206kJ·mol－1B．在280℃条件下反应制取CH4，选择催化剂A的效果较好C．260～300℃间，运用催化剂A或B，上升温度时CH4的产率都增大D．M点可能是该温度下的平衡点，延长反应时间，不愿定能提高CH4的产率解析：依据盖斯定律反应Ⅱ－反应Ⅰ可得CO(g)＋3H2(g)=CH4(g)＋H2O(g)ΔH＝－165kJ·mol－1－(＋41kJ·mol－1)＝－206kJ·mol－1，A正确；据图可知在280℃条件下反应，运用催化剂A时CH4的选择性更高，B正确；由图可知，260～300℃间，运用催化剂A或B，上升温度时CO2的转化率都增大，CH4的选择性都增大，则产率都增大，C正确；据图可知选用催化剂A时，在与M点相同温度条件下，CO2有更高的转化率，而催化剂不影响平衡，说明M点确定不是平衡点，D错误。二、非选择题13．一种新型煤气化燃烧集成制氢发生的主要反应如下：Ⅰ.C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)ΔH1Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)ΔH2Ⅲ.CaO(s)＋CO2(g)CaCO3(s)ΔH3Ⅳ.C(s)＋2H2O(g)＋CaO(s)CaCO3(s)＋2H2(g)ΔH4＝－64.9kJ·mol－1副反应：Ⅴ.C(s)＋2H2(g)CH4(g)ΔH5＝－74.8kJ·mol－1Ⅵ.CO(g)＋3H2(g)CH4(g)＋H2O(g)ΔH6＝－206.1kJ·mol－1回答下列问题：(1)已知反应Ⅰ、Ⅱ的平衡常数K1、K2随温度的变更如图1、图2所示。①由反应Ⅴ和反应Ⅵ可知，ΔH1＝_＋131.3_kJ·mol－1__；反应Ⅰ的ΔS_>__(填“>”或“<”)0。②温度小于800℃时，K1＝0，缘由是_未达到自发进行的反应温度__。③为提高反应Ⅱ中CO的转化率，可实行的措施是增大eq\f(nH2O,nCO)(写一条)。④T℃时，向密闭容器中充入1molCO(g)和3molH2O(g)，只发生反应Ⅱ，此时该反应的平衡常数K2＝1，CO的平衡转化率为75%。(2)从环境疼惜角度分析，该制氢工艺中设计反应Ⅲ的优点是_削减温室气体(CO2)的排放__。(3)起始时在气化炉中加入1molC、2molH2O及1molCaO，在2.5MPa下，气体的组成与温度的关系如图3所示。①200～725℃时，CH4的量不断削减的缘由是反应Ⅴ和反应Ⅵ均为放热反应，上升温度平衡逆向移动。②725～900℃时，H2的物质的量分数快速减小，其缘由是_CaCO3起先分解，生成的CO2与H2反应__。解析：(1)①依据盖斯定律：Ⅴ－Ⅵ可得：C(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)ΔH1＝－74.8＋206.1＝＋131.3kJ·mol－1；反应ⅠC(s)＋H2O(g)CO(g)＋H2(g)的ΔS>0；②反应自发进行须要达到确定的温度，温度小于800℃时，K1＝0，缘由是未达到自发进行的反应温度；③针对CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)反应，该反应为气体体积变更为0的反应，为提高反应Ⅱ中CO的转化率，可实行的措施是增大水蒸气浓度的方法达到目的；④Ⅱ.CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)反应，设一氧化碳变更量为xmol，设容器的体积为1L，列三段式：CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g)起始浓度1300变更浓度xxxx平衡浓度1－x3－xxx平衡常数K＝eq\f(x2,1－x3－x)＝1，x＝0.75mol，所以CO的平衡转化率为75%。(2)依据CaO(s)＋CO2(g)CaCO3(s)反应可知，从环境疼惜角度分析，该制氢工艺中设计反应Ⅲ的优点是削减温室气体(CO2)的排放。(3)①反应Ⅴ和反应Ⅵ均为放热反应，依据图像分析可知，200～725℃时，CH4的量不断削减的缘由是上升温度平衡逆向移动。②725～900℃时，碳酸钙发生分解，产生的二氧化碳与氢气反应，氢气的量减小，H2的物质的量分数快速减小。14．甲醇是一种重要的有机化工原料，需求量巨大。我国独创的联醇工艺的核心是接受一氧化碳加氢中压合成法，主要反应如下：CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)ΔH＝－111.0kJ·mol－1另有副反应：4CO＋2H2O=3CO2＋CH4等；中压法操作：压力为10～15MPa，温度限制在513～543K，所用催化剂是CuO－ZnO－Al2O3。合成甲醇的流程如图所示：请回答：(1)实际生产中CO不能过量，以免生成羰基铁使催化剂失去活性，而氢气过量是有益的，指出两点理由：_既可以防止或削减副反应发生，又可带走反应热避开催化剂过热而中毒__。(2)实行10～15MPa压力的作用是_加压有利于提高CO转化率，但也增加了能源消耗和设备强度，故宜实行经济效益较好的压力__；温度限制在513～543K的缘由是_此温度下催化剂活性较高，甲醇产率较大__。(3)原料气中的H2S对铜催化剂影响很大，故应先除去，通常用生石灰除杂，该反应的化学方程式为H2S＋CaO=CaS＋H2O。(4)若CO的转化率为80%，当有22.4m3(标准状况)CO与过量H2充分反应(不计其他副反应)，可制得纯度为96%的甲醇的质量为_26.67__kg，同时获得热量_8.88×104__kJ。解析：(1)氢气过量提高一氧化碳的转化率，防止副反应发生，大量的气流又可带走反应放出的热量。(2)CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)ΔH＝－111.0kJ·mol－1，正反应是气体体积缩小的反应，增大压强虽然有利于平衡正向移动，提高甲醇的产量，提高CO转化率，但也增加了能源消耗和设备强度，故宜实行经济效益较好的压力；正反应是放热反应，从有利于甲醇生成的角度考虑应是低温，但温度过低达不到催化剂的活性，所以此温度下催化剂活性较高，甲醇产率较大。(3)原料气中的H2S对铜催化剂影响很大，故应先除去，通常用生石灰除杂，生成硫化钙和水，所以反应的化学方程式为H2S＋CaO=CaS＋H2O。(4)依据CO(g)＋2H2(g)CH3OH(g)得1mol的一氧化碳生成32×10－3kg的甲醇，22.4m3(标准状况)的物质的量为eq\f(22.4×103,22.4)＝103mol，所以可制得纯度为96%的甲醇的质量为eq\f(103×80%×32×10－3,96%)≈26.67kg，依据CO(g)＋2H2(g)=CH3OH(g)ΔH＝－111.0kJ·mol－1，1molCO完全反应放出111kJ的热量，103mol×80%＝800mol，所以放出热量为111×800＝8.88×104(kJ)。15．工业合成氨的反应为：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)ΔH＝－92kJ·mol－1(1)依据下表数据计算x＝_946__。化学键H—HN—HN≡N键能/kJ·mol－1436386x(2)在体积为VL的恒容密闭容器中发生上述反应，其平衡常数K与温度T的关系如表：T/K298398498平衡常数K4.1×106K1K2①推断K1_>__K2。(填“>”“＝”或“<”)②398K时进行合成氨反应，下列能说明该反应已达到平衡状态的是_AC__。(填字母)A．混合气体的平均摩尔质量保持不变B．v正(N2)＝3v逆(H2)C．容器内压强保持不变D．混合气体的密度保持不变(3)甲同学为了探究外界条件对反应的影响，以c0mol·L－1H2参加合成氨反应，在a、b两种条件下分别达到平衡，测得H2的浓度与反应时间的关系如图甲所示。①a条件下，0～t0的平均反应速率v(N2)＝eq\f(c0－c1,3t0)mol·L－1·min－1。②相对a而言，b可能变更的条件是_增加N2浓度__。③在a条件下，t1时刻将容器容积压缩至原来的eq\f(1,2)，t2时刻重新建立平衡状态。则图甲中在t1到t2时刻c(H2)的变更曲线可能为_B__(填“A”“B”“C”或“D”)。(4)乙同学向一恒温恒压容器中充入9molN2和23molH2，模拟合成氨的反应，图乙表示温度T时平衡混合物中氨气的体积分数与总压强(p)的关系。若体系在60MPa下达到平衡。①此时N2的平衡分压为_9__MPa。(分压＝总压×物质的量分数)②经计算可得此时的平衡常数Kp＝_0.043_MPa－2__。(用平衡分压代替平衡浓度计算，结果精确到0.001)解析：(1)ΔH＝反应物的总键能－生成物的总键能＝[(x＋3×436)－(2×3×386)]kJ·mol－1＝－92kJ·mol－1，解得x＝946。(2)①反应ΔH<0，说明反应放热，上升温度反应逆向进行，则温度越高K值越小，所以K1>K2；②反应前后质量守恒，m不变，气体物质的量发生变更，所以平均摩