化学反应进行的方向和化学反应的调控综合训练

化学反应进行的方向和化学反应的调控典例一化学反应进行的方向1.下列有关化学反应方向及其判据的说法中错误的是()A.1molH2O在不同状态时的熵值：S[H2O(l)]＜S[H2O(g)]B.反应CaCO3(s)=CaO(g)＋CO2(g)ΔH＞0能否自发进行与温度有关C.H2O2分解和HClO分解均是自发过程，故这两个反应的ΔH和ΔS的变化相同D.常温下，反应4Fe(OH)2(s)＋O2(g)＋2H2O(l)=4Fe(OH)3(s)能自发进行，则该反应的ΔH＜02.已知凡气体分子总数增多的反应一定是熵增大的反应。一定条件下，下列反应不能自发进行的是()A.3O2(g)=2O3(g)ΔH＞0B.2C(s)＋O2(g)=2CO(g)ΔH＜0C.N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH＜0D.CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)ΔH＞03、正误判断(正确打“√”，错误打“×”)。(1)放热过程有自发进行的倾向性，但并不一定能自发进行，吸热过程没有自发进行的倾向性，但在一定条件下也可自发进行。()(2)CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH＜0。()(3)某化学反应的ΔH＝－122kJ·mol－1，ΔS＝－431J·mol－1·K－1，则此反应仅在低温下自发进行。()(4)－10℃的水结成冰，可用熵变的判据来解释反应的自发性。()(5)判断过程的自发性能确定过程能否一定发生和过程发生的速率。()(6)在其他外界条件不变的情况下，使用催化剂，可以改变化学反应进行的方向。()4、反应的焓变、熵变随温度的变化较小，假设它们不随温度变化，根据下表数据，思考回答下列问题：化学反应ΔH/kJ·mol－1ΔS/J·mol－1·K－1①2H2O2(aq)=2H2O(l)＋O2(g)－9857.2②CO2(g)=C(s，石墨)＋O2(g)393.5－2.86③HCl(g)＋NH3(g)=NH4Cl(s)－176－285④CaCO3(s)=CaO(s)＋CO2(g)178.2169.6(1)根据表中数据可知：反应①在________温度下，________正向自发进行。(2)有人提出采用适当的催化剂，用热分解法分解CO2，以减少CO2的排放，你认为是否可行？阐述判断的理由：____________________________________。(3)利用综合判据，计算反应③能正向自发进行的温度范围_________________________________________________________。(4)利用综合判据，计算CaCO3分解的温度条件_________________________________________________________。典例二化学反应的调控案例——工业合成氨1.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.混合气体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2.合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是()A.提高分离技术B.研制耐高压的合成塔C.研制低温催化剂D.探索不用N2和H2合成氨的新途径3、正误判断(正确打“√”，错误打“×”)。(1)充入的N2越多越有利于NH3的合成。()(2)使气态氨变成液氨后及时从平衡混合物中分离出去，可提高原料的利用率。()(3)在工业生产条件优化时，只考虑经济性就行，不用考虑环保。()(4)合成氨反应选择在700K左右进行的重要原因是催化剂在700K左右时的活性最大。()(5)一个化工生产的过程中只考虑反应的限度问题即可。()4、工业合成氨N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)反应过程中的能量变化如图所示，据图回答下列问题：(1)该反应通常用活性铁做催化剂，加活性铁会使图中B点________(填“升高”或“降低”)，理由是_________________________________________________________________________________________________。(2)450℃时该反应的平衡常数________(填“<”“>”或“＝”)500℃时的平衡常数。(3)一定条件下的密闭容器中，该反应达到平衡，要提高H2的转化率，可以采取的合理措施有________(填字母)。a.高温高压 b.加入催化剂c.增加N2的浓度 d.增加H2的浓度e.分离出NH3典例三化学反应原理在物质制备中的调控作用1、在一定条件下探究二甲醚的制备反应为2CO(g)＋4H2(g)⇌CH3OCH3(g)＋H2O(g)ΔH，测定结果如图所示。下列判断错误的是()A.该反应的ΔH＜0B.该反应伴随着副反应的发生C.工业上选择的较适宜温度为280～290℃D.加入催化剂可以提高CH3OCH3的产率2、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)应选择的温度是________，理由是________________________________________________________________________________________。(2)应采用的压强是________，理由是________________________________________________________________________________________。(3)生产中通入过量空气的目的是_________________________________________________________________________________________。3、苯乙烯()是生产各种塑料的重要单体，可通过乙苯催化脱氢制得：=＋H2(g)ΔH＝＋123.5kJ·mol－1。工业上，通常在乙苯(EB)蒸气中掺混N2(原料气中乙苯和N2的物质的量之比为1∶10，N2不参与反应)，控制反应温度为600℃，并保持体系总压为0.1MPa不变的条件下进行反应。在不同反应温度下，乙苯的平衡转化率和某催化剂作用下苯乙烯的选择性(指除了H2以外的产物中苯乙烯的物质的量分数)示意图为(1)A、B两点对应的正反应速率较大的是________。(2)掺入N2能提高乙苯的平衡转化率，解释说明该事实__________________________________________________________________________________________________________________。(3)用平衡分压代替平衡浓度计算600℃时的平衡常数Kp＝________。(保留两位有效数字，分压＝总压×物质的量分数)(4)控制反应温度为600℃的理由是_____________________________________________________________________________________。真题训练：1.(2021·浙江6月选考)相同温度和压强下，关于物质熵的大小比较，合理的是()A.1molCH4(g)＜1molH2(g)B.1molH2O(g)＜2molH2O(g)C.1molH2O(s)＞1molH2O(l)D.1molC(s，金刚石)＞1molC(s，石墨)2.(2022·浙江1月选考)AB型强电解质在水中的溶解(可视作特殊的化学反应)表示为AB(s)=An＋(aq)＋Bn－(aq)，其焓变和熵变分别为ΔH和ΔS。对于不同组成的AB型强电解质，下列说法正确的是()A.ΔH和ΔS均大于零B.ΔH和ΔS均小于零C.ΔH可能大于零或小于零，ΔS大于零D.ΔH和ΔS均可能大于零或小于零3.(2022·江苏卷)乙醇－水催化重整可获得H2。其主要反应为C2H5OH(g)＋3H2O(g)=2CO2(g)＋6H2(g)ΔH＝173.3kJ·mol－1，CO2(g)＋H2(g)=CO(g)＋H2O(g)ΔH＝41.2kJ·mol－1，在1.0×105Pa、n始(C2H5OH)∶n始(H2O)＝1∶3时，若仅考虑上述反应，平衡时CO2和CO的选择性及H2的产率随温度的变化如图所示。CO的选择性=n生成（CO）/(n生成（CO2）＋n生成（CO）)×100%，下列说法正确的是()A.图中曲线①表示平衡时H2产率随温度的变化B.升高温度，平衡时CO的选择性增大C.一定温度下，增大n（C2H5OH）/n（H2O）可提高乙醇平衡转化率D.一定温度下，加入CaO(s)或选用高效催化剂，均能提高平衡时H2产率4.(2021·江苏卷)N2是合成氨工业的重要原料，NH3不仅可制造化肥，还能通过催化氧化生产HNO3；HNO3能溶解Cu、Ag等金属，也能与许多有机化合物发生反应；在高温或放电条件下，N2与O2反应生成NO，NO进一步氧化生成NO2。2NO(g)＋O2(g)=2NO2(g)ΔH＝－116.4kJ·mol－1。大气中过量的NOx和水体中过量的NHeq\o\al(＋,4)、NOeq\o\al(－,3)均是污染物。通过催化还原的方法，可将烟气和机动车尾气中的NO转化为N2，也可将水体中的NOeq\o\al(－,3)转化为N2。对于反应2NO(g)＋O2(g)⇌2NO2(g)，下列说法正确的是()A.该反应的ΔH<0，ΔS<0B.反应的平衡常数可表示为K＝c2（NO）·c（O2）/c2（NO2）C.使用高效催化剂能降低反应的焓变D.其他条件相同，增大n（O2）/n（NO），NO的转化率下降5.(全国卷Ⅱ)CH4－CO2催化重整不仅可以得到合成气(CO和H2)，还对温室气体的减排具有重要意义。回答下列问题：反应中催化剂活性会因积碳反应而降低，同时存在的消碳反应则使积碳量减少。相关数据如下表：积碳反应CH4(g)=C(s)＋2H2(g)消碳反应CO2(g)＋C(s)=2CO(g)ΔH/(kJ·mol－1)75172活化能(kJ·mol－1)催化剂X3391催化剂Y4372①由上表判断，催化剂X________Y(填“优于”或“劣于”)，理由是_________________________________________________________。在反应进料气组成、压强及反应时间相同的情况下，某催化剂表面的积碳量随温度的变化关系如图1所示，升高温度时，下列关于积碳反应、消碳反应的平衡常数(K)和速率(v)的叙述正确的是________(填标号)。A.K积、K消均增加B.v积减小、v消增加C.K积减小、K消增加D.v消增加的倍数比v积增加的倍数大②在一定温度下，测得某催化剂上沉积碳的生成速率方程为v＝k·p(CH4)·[p(CO2)]－0.5(k为速率常数)。在p(CH4)一定时，不同p(CO2)下积碳量随时间的变化趋势如图2所示，则pa(CO2)、pb(CO2)、pc(CO2)从大到小的顺序为_________________________________________________________。知识巩固：1.下列说法正确的是()A.放热反应都能自发进行，吸热反应都不能自发进行B.电解水为自发反应C.反应NH3(g)＋HCl(g)=NH4Cl(s)在室温下可自发进行，则该反应的ΔH＞0D.W(s)＋xG(g)=2Q(g)ΔH＜0，能自发进行，x可能等于12.关于恒容密闭容器进行的反应C(s)＋CO2(g)⇌2CO(g)ΔH>0，下列说法正确的是()A.ΔS<0B.熵值越大，体系的混乱度越小C.该反应为熵增反应D.同一物质三态的熵值大小关系为S(g)<S(s)<S(l)3.下图为工业合成氨的流程图，下列有关说法不正确的是()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，又可以增大反应速率C.步骤③④⑤均有利于提高原料的平衡转化率D.液态NH3除可生产化肥外，还可作制冷剂4.(2022·江苏高邮一中测试)工业上利用NH3和CO2制取尿素[CO(NH2)2]，有关反应的热化学方程式如下：反应Ⅰ：2NH3(l)＋CO2(g)⇌H2NCOONH4(l)ΔH＝akJ·mol－1反应Ⅱ：H2NCOONH4(l)⇌H2O(l)＋CO(NH2)2(l)ΔH＝bkJ·mol－1下列有关说法正确的是()A.反应2NH3(l)＋CO2(g)⇌H2O(l)＋CO(NH2)2(l)ΔH＝(a－b)kJ·mol－1B.反应Ⅰ在一定温度下能自发进行，则a>0C.生产过程中及时将水分离出去，可以加快反应Ⅱ的正反应速率D.同压下，等质量的液态水和水蒸气，水蒸气的能量高5.据报道，在300℃、70MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇(CH3CH2OH)已成为现实：2CO2(g)＋6H2(g)⇌CH3CH2OH(g)＋3H2O(g)下列叙述错误的是()A.使用Cu—Zn—Fe催化剂可大大提高生产效率B.升高温度，该反应平衡常数K一定增大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离出CH3CH2OH和H2O，可提高CO2和H2的利用率6.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2∶1，且总物质的量不变)。SO2的平衡转化率(%)随温度和压强的变化如下表，下列说法不正确的是()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.一定压强下降低温度，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所需要的时间相等C.使用催化剂可以缩短反应达到平衡所需的时间D.工业生产通常不采取加压措施是因为常压下SO2的转化率已相当高7.(2022·台州高三月考)“丁烯裂解法”是另一种生产丙烯的方法，但生产过程中伴有生成乙烯的副反应发生，具体反应如下：主反应：3C4H8⇌4C3H6，副反应：C4H8⇌2C2H4，下图是平衡时各物质的百分含量随温度或压强的变化趋势：从产物纯度的角度考虑，丙烯和乙烯的质量比越高越好，则下列反应条件最适宜的是()A.300℃0.1MPa B.700℃0.1MPaC.300℃0.5MPa D.700℃0.5MPa8、合成氨反应在催化剂作用下的反应历程如图所示(下列微粒均为气态，ad表示吸附态)，下列说法不正确的是()A.合成氨反应的热化学方程式为：N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)ΔH＝－92kJ·mol－1B.合成氨反应过程中，决定化学反应快慢的基元反应的热化学方程式为：Nad(g)＋3Had(g)=NHad(g)＋2Had(g)ΔH＝＋106kJ·mol－1C.断裂1molN2(g)中共价键需吸热34kJD.过程NH2ad→NH3ad比过程NHad→NH2ad吸收热量更大的原因是NH2ad→NH3ad克服的N—H对H原子的排斥力比NHad→NH2ad克服的N－H对H原子的排斥力要大9、甲烷重整制合成气，体系中主要反应如下：Ⅰ.CH4(g)＋H2O(g)⇌CO(g)＋3H2(g)ΔH1Ⅱ.CH4(g)＋CO2(g)⇌2CO(g)＋2H2(g)ΔH2各反应平衡常数与温度的关系如图所示，下列说法不正确的是()A.体系温度高于1000K时，升温对反应Ⅰ的平衡影响更大B.理论上，反应Ⅱ在高温下可自发进行C.1000K时，反应CO2(g)＋H2(g)⇌CO(g)＋H2O(g)的平衡常数K＝1D.1000K时，若平衡时c（H2）/c（CO）＝2，则c（H2O）/c（CO2）＝2，应控制起始投料比c（H2O）/c（CO2）＝210、乙酸乙酯一般通过乙酸和乙醇酯化合成：CH3COOH(l)＋C2H5OH(l)⇌CH3COOC2H5(l)＋H2O(l)ΔH＝－2.7kJ·mol－1已知纯物质和相关恒沸混合物的常压沸点如下表：纯物质沸点/℃恒沸混合物(质量分数)沸点/℃乙醇78.3乙酸乙酯(0.92)＋水(0.08)70.4乙酸117.9乙酸乙酯(0.69)＋乙醇(0.31)71.8乙酸乙酯77.1乙酸乙酯(0.83)＋乙醇(0.08)＋水(0.09)70.2请完成下列问题：(1)关于该反应，下列说法不合理的是________(填字母)。A.反应体系中硫酸有催化作用B.因为化学方程式前后物质的化学计量数之和相等，所以反应的ΔS等于零C.因为反应的ΔH接近于零，所以温度变化对平衡转化率的影响大D.因为反应前后都是液态物质，所以压强变化对化学平衡的影响可忽略不计(2)一定温度下该反应的平衡常数K＝4.0。若按化学方程式中乙酸和乙醇的化学计量数比例投料，则乙酸乙酯的平衡产率y＝________；若乙酸和乙醇的物质的量之比为n∶1，相应平衡体系中乙酸乙酯的物质的量分数为x，请在图1中绘制x随n变化的示意图(计算时不计副反应)。(3)工业上多采用乙酸过量的方法，将合成塔中乙酸、乙醇和浓硫酸混合液加热至110℃左右发生酯化反应并回流，直到塔顶温度达到70～71℃，开始从塔顶出料。控制乙酸过量的作用有______________________________________________________________________________________________。(4)近年，科学家研究了乙醇催化合成乙酸乙酯的新方法：2C2H5OH(g)⇌CH3COOC2H5(g)＋2H2(g)在常压下反应，冷凝收集，测得常温下液态收集物中主要产物的质量分数如图2所示。关于该方法，下列推测合理的是________(填字母)。图2A.反应温度不宜超过300℃B.增大体系压强，有利于提高乙醇的平衡转化率C.在催化剂作用下，乙醛是反应历程中的中间产物D.提高催化剂的活性和选择性，减少乙醚、乙酸等副产物是工艺的关键11、氨是人类科学技术发展史上的一项重大突破，目前工业上用氢气和氨气直接合成氨。(1)固氮一直是科学家致力研究的重要课题，有关热力学数据如下：反应大气固氮N2(g)＋O2(g)⇌2NO(g)工业固氮N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)温度/℃25200025350400450平衡常数K3.84×10－310.15×1081.8470.5040.152常温下，大气固氮的倾向________工业固氮(填“大于”或“小于”)。(2)N2(g)与H2(g)反应的能量变化如图所示，则N2(g)与H2(g)反应制备NH3(l)的热化学方程式为：__________________________________________________________________________________________________________________。(3)T℃时，在2L恒容密闭容器中加入1.2molN2和2molH2模拟一定条件下工业固氮[N2(g)＋3H2(g)⇌2NH3(g)]，体系中n(NH3)随时间的变化如图所示：①前2分钟内的平均反应速率v(NH3)＝________mol·L－1·min－1；②有关工业固氮的说法正确的是________(选填序号)。A.使用催化剂可提高反应物的转化率B.循环使用N2、H2可提高NH3的产率C.温度控制在500℃左右有利于反应向正方向进行D.增大压强有利于加快反应速率，所以压强越大越好③T℃时，该反应的平衡常数为________；(4)研究表明某些过渡金属催化剂可以加速氨气的分解，某温度下，用等质量的不同金属分别催化等浓度的氨气，测