高中化学 第2章 第3节 第3课时 习题课对点训练 鲁科版选修4

第3课时习题课练基础落实1．下列说法中正确的是()①活化分子间的碰撞一定能发生化学反应②普通分子间的碰撞有时也能发生化学反应③活化分子比普通分子具有较高的能量④化学反应的实质是原子的重新组合⑤化学反应的实质是旧化学键的断裂和新化学键的形成过程⑥化学反应的实质是活化分子有合适取向的有效碰撞A．①③④⑤B．②③⑥C．④⑤⑥D．②④⑤2．可逆反应A(g)＋B(g)C(g)＋D(g)，在四种不同情况下的反应速率如下，其中反应进行的最快的是()A．v(A)＝0.15mol·L－1·min－1B．v(B)＝0.6mol·L－1·min－1C．v(C)＝0.4mol·L－1·min－1D．v(D)＝0.005mol·L－1·s－13．在C(s)＋CO2(g)===2CO(g)的反应中，现采取下列措施：①缩小体积，增大压强②增加碳的量③通入CO2④恒容下充入N2⑤恒压下充入N2能够使反应速率增大的措施是()A．①④B．②③⑤C．①③D．①②④4．在一定条件下，向2L密闭容器中加入2molN2和10molH2发生反应：N2＋3H2高温、高压催化剂高温、高压催化剂A．v(N2)＝0.25mol·L－1·min－1B．v(H2)＝0.75mol·L－1·min－1C．v(NH3)＝0.5mol·L－1·min－1D．v(N2)＝0.5mol·L－1·min－15．如图表示容积固定的密闭容器中进行的某一可逆反应：A(g)＋2B(g)2C(g)，以B浓度表示反应速率与时间的关系，已知速率单位为mol·L－1·s－1，图中阴影面积的数值相当于()A．A浓度的减少量B．B浓度的减少量C．C物质的量的增加量D．B物质的量的减少量练方法技巧6．某探究小组利用丙酮的溴代反应(CH3COCH3＋Br2eq\o(――→,\s\up7(HCl))CH3COCH2Br＋HBr)来研究反应物浓度与反应速率的关系。反应速率v(Br2)通过测定溴的颜色消失所需的时间来确定。在一定温度下，获得如下实验数据：实验序号初始浓度c/mol·L－1溴颜色消失所需时间t/sCH3COCH3HClBr2①0.800.200.0010290②1.600.200.0010145③0.800.400.0010145④0.800.200.0020580分析实验数据所得出的结论不正确的是()A．增大[CH3COCH3]，v(Br2)增大B．实验②和③的v(Br2)相等C．增大[HCl]，v(Br2)增大D．增大[Br2]，v(Br2)增大7．某温度下，在体积为2L的密闭容器中充入1molA和bmolB气体，发生如下反应：A(g)＋B(g)2C(g)，5min后反应达平衡时n(A)为0.4mol。在反应过程中体系的温度持续升高，实验测得混合气体中C的含量与温度的关系如下图所示。下列叙述正确的是()A．0～5min，C物质的平均反应速率为0.04mol·L－1·min－1B．图中温度T1时的正反应速率等于温度T3时的正反应速率C．该反应温度T2时的平衡常数大于温度T3时的平衡常数D．图中T2时，若只增大压强，则正、逆反应速率不改变题号1234567答案练综合拓展8．在一定温度下将2molA和2molB两种气体混合于2L密闭容器中，发生如下反应：3A(g)＋B(g)2C(g)＋2D(g)，2min后反应达到平衡状态，生成了0.8molD。则用B表示的平均反应速率为_______________________________________________________；A的转化率为____________。9.氯酸钾和亚硫酸氢钠发生氧化还原反应生成Cl(－1价)和S(＋6价)的速率v(纵坐标)与反应时间t(横坐标)的关系如图所示，已知该反应速率随着溶液中[H＋]的增大而加快。反应开始时反应速率加快的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________；反应后期反应速率减慢的原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。10．有甲、乙两容器，甲容器容积固定，乙容器容积可变。一定温度下，在甲中加入2molN2、3molH2，反应N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)达到平衡时生成NH3的物质的量为mmol。(1)相同温度下，在乙中加入4molN2、6molH2，若乙的压强始终与甲的压强相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量为________mol(从下列各项中选择，只填序号，下同)；若乙的容积与甲的容积始终相等，乙中反应达到平衡时，生成NH3的物质的量为________mol。A．小于mB．等于mC．在m～2m之间D．等于2mE．大于2m(2)相同温度下，保持乙的容积为甲的一半，并加入1molNH3，要使乙中反应达到平衡时各物质的体积分数与上述甲容器中达到平衡时相同，则起始应加入______molN2和________molH2。11.在容积为3L的密闭容器中，放入气态物质X和Y在一定条件下发生反应2X＋Y===2Z，如图所示是该反应中X的物质的量随时间变化的曲线。(1)分别求出2min内和4min内的平均速率。(2)从(1)中数据可以得出什么结论？1．C[本题考查的主要内容是活化分子、有效碰撞、化学反应的实质及其某些关系。①观点错误，因为活化分子有合适取向时的碰撞，才能发生化学反应，选项中有①不可选，A被排除。②观点错误，因为普通分子间的碰撞并非有效碰撞，因而不会发生化学反应，选项中有②不可选，B、D被排除。③指代不明确，即某种普通分子所具有的能量可能比另一种活化分子的能量高，因而是错误的。]2．B[解答此类题时，一是要注意换算成同一种物质表示的速率，二是要注意时间单位。反应式的计量系数都相同，A、B、C三选项中v(B)最快，v(B)与v(D)选项单位不同，将v(D)的时间换成min应为0.3mol·L－1·min－1，即此速率下用v(D)表示的反应速率应为0.3mol·L－1·min－1，则B最快。]3．C[①中增大压强即缩小体积可以增大反应物浓度，从而使反应速率增大；②中碳是固体，增加固体的量对反应速率无影响；③中通入CO2使其浓度增大，反应速率增大；④中总压强增大，但参加反应的气体的浓度不变，反应速率不变；⑤中总压强不变，但参加反应的气体的浓度变小，反应速率减小。]4．D[要正确解答本题必须要弄清两个概念：①用某一物质来表示反应速率时，通常是用单位时间内其物质的量浓度的变化来表示，而不是用单位时间内其物质的量的变化来表示。②用不同物质来表示同一时间内的反应速率时，各物质速率之比与其化学计量数之比是相等的。因此，用N2、H2、NH3分别来表示其反应速率时：v(N2)＝1mol/(2L×2min)＝0.25mol·L－1·min－1v(H2)＝3v(N2)＝0.75mol·L－1·min－1v(NH3)＝2v(N2)＝0.5mol·L－1·min－1]5．B[图中的阴影面积可分解成下图中两个阴影面积之差。即由于正反应而使B的物质的量浓度的减少值与由于逆反应而使B的物质的量浓度增加值之差值。因为起始时正反应速率大于逆反应速率，所以阴影部分是B的物质的量浓度的减少值。]6．D[由实验①②可以看出，增大[CH3COCH3]，v(Br2)增大，A正确；由实验数据可以看出，②和③的v(Br2)相等，B正确；由实验①③可以看出，增大[HCl]，v(Br2)增大，C正确；由实验①④可以看出，增大[Br2]，v(Br2)减小，D不正确。]7．C[A项C物质的平均反应速率为0.12mol·L－1·min－1；B项T1和T3时各物质的浓度相等，但T3温度高，正反应速率快；C项对图象分析，T2到T3温度升高，生成C的物质的量减少，反应向逆反应方向进行，正反应是放热的，升高温度，反应进行的程度减小，平衡常数减小，故T2时的平衡常数大于T3时的平衡常数；D项增大压强，减小体积，各物质的浓度均增大，正、逆反应速率都增大，但平衡不移动。]8．0.1mol·L－1·min－160%9．(1)2KClO3＋6NaHSO3===3Na2SO4＋2KCl＋3H2SO4，溶液中[H＋]增大(2)ClOeq\o\al(－,3)和HSOeq\o\al(－,3)浓度减小解析该反应的实质为：ClOeq\o\al(－,3)＋3HSOeq\o\al(－,3)===Cl－＋3SOeq\o\al(2－,4)＋3H＋由题意知，反应随溶液中[H＋]的增大而加快，一开始[H＋]很小，速率很小，但随反应进行，[H＋]增大，反应速率增大，但到一定程度后，[ClOeq\o\al(－,3)]、[HSOeq\o\al(－,3)]减小，此时反应物的浓度起主要作用，反应速率减小。10．(1)DE(2)0.50解析(1)由于甲容器定容，而乙容器定压，它们的压强相等，达到平衡时，乙的容积应该为甲的两倍，生成的NH3的物质的量应该等于2m。当甲、乙两容器的体积相等时，相当于将建立等效平衡后的乙容器压缩，故乙中NH3的物质的量大于2m。(2)乙的容积为甲的一半时，要建立与甲一样的平衡，只有乙中的投入量是甲的一半才行，故乙中应该投入N2为(1－0.5)mol＝0.5mol，H2为(1.5－1.5)mol＝0mol。11．(1)2min内平均速率为v(X)＝eq\f(1,6)mol·L－1·min－1v(Y)＝eq\f(1,12)mol·L－1·min－1v(Z)＝eq\f(1,6)mol·L－1·min－14min内平均速率为v(X)＝eq\f(1,8)mol·L－1·min－1v(Y)＝eq\f(1,16)mol·L－1·min－1v(Z)＝eq\f(1,8)mol·L－1·min－1(2)由上述数据可以得出以下两个结论：①用不同物质表示同一化学反应速率，其数值之比等于化学方程式的化学计量数之比。②随着时间的推移，反应物浓度逐渐减小，反应速率也随之减慢，化学反应速率在每个瞬间均改变。而我们通常计算的是在一定时间内的平均速率。解析(1)根据化学反应速率表达式可知，2min内v(X)＝eq\f(2.5mol－1.5mol,3L×2min)＝eq\f(1,6)mol·L－1·min－1v(Y)＝eq\f(2.5mol－1.5mol×\f(1,2),3L×2min)＝eq\f(1,12)mol·L－1·min－1v(Z)＝eq\f(2.5mol－1.5mol×1,3L×2min)＝eq\f(1,6)mol·L－1·min－14min内计算方法同上。(2)(1)中数据反映了不同物质表示同一化学反应速率的情况以及不同时间的反应速率。第4节化学反应条件的优化——工业合成氨[目标要求]1.认识合成氨的化学原理。2.应用化学平衡和化学反应速率的有关知识选择合成氨的条件。3.了解合成氨生产的主要流程。4.了解工业条件选择的依据和原则。一、合成氨反应的限度1．合成氨的化学反应方程式________________________________________。2．合成氨反应的特点(1)它是一个________反应。(2)正反应是一个________反应。(3)正反应是气体体积________的反应。因此，________温度、________压强将有利于化学平衡向生成____的方向移动。在一定温度、压强下，反应物氮气、氢气的体积比为1∶3时平衡混合物中氨的含量最高。二、合成氨反应的速率1．速率方程：在特定条件下，合成氨反应的速率与参加反应的物质的浓度的关系式为：v＝kc(N2)·c3/2(H2)·c－1(NH3)，由速率方程可知：________N2或H2的浓度，减小NH3的浓度，都有利于提高合成氨反应的速率。2．温度升高时，k增大，因此升温有利于提高合成氨的速率。3．加入合适的催化剂能降低合成氨反应的活化能，使合成氨反应的速率提高上万亿倍。三、合成氨的适宜条件1．合成氨反应条件的选择原理工业生产中，既要考虑尽量增大反应物的____________，充分利用原料，又要选择较快的____________，提高单位时间内的产量。以上两点是选择反应条件的出发点，当二者发生矛盾时，要结合具体情况具体分析，找出最佳的反应条件。2．合成氨反应的适宜条件(1)压强①适宜条件eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(1×107Pa,2×107Pa～3×107Pa,8.5×107Pa～1×108Pa))②理论依据：压强越大，要求动力越大，对材料和设备的制造要求就越高。(2)温度①适宜条件：________左右。②理论依据：该温度下催化剂的活性最高，反应速率比较快，氨的含量也相对较高。(3)催化剂①适宜条件：以____为主的多成分催化剂。②理论依据：加快反应速率。(4)浓度①适宜条件：氮气和氢气按物质的量之比1∶2.8时混合，适时分离出氨气。②理论依据：适当提高氮气的分压，来提高氢气的转化率。(5)其他为了提高原料的__________，未反应的氮气和氢气循环使用并及时补充氮气和氢气。3．合成氨工业生产流程(1)原料气的制取N2：将空气液化、蒸发分离出N2或者将空气中的O2与碳作用生成CO2，除去CO2后得N2。H2：用水和燃料(煤、焦炭、石油、天然气等)在高温下制取。用天然气和水制H2的主要反应为：CH4＋H2O(g)eq\o(=====,\s\up7(高温))CO＋3H2CO＋H2O(g)eq\o(=====,\s\up7(催化剂))CO2＋H2(2)制得的N2、H2需净化、除杂质，再用压缩机压缩至高压。(3)氨的合成：在适宜的条件下，在合成塔中进行。(4)氨的分离：经冷凝使氨液化，将氨分离出来，提高原料的利用率，并将没有完全反应的N2和H2循环送入合成塔，使其被充分利用。4．合成氨的发展前景(1)寻找________温度下合成氨的催化剂。(2)研制出能承受________且廉价的新材料。(3)人工模拟生物固氮。知识点一合成氨反应的限度1．能够使合成氨反应进行的程度增大的措施是()A．升高温度B．降低压强C．使用催化剂D．不断移去NH32．利用原料气在合成塔中合成NH3，为提高N2的转化率应采取的措施是()A．高温B．高压C．使用催化剂D．增大N2的浓度知识点二合成氨条件的选择3．下列有关合成氨工业的叙述，可用勒·夏特列原理来解释的是()A．使用铁触媒，使N2和H2混合气体有利于合成氨B．高压比常压条件更有利于合成氨的反应C．500℃D．合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率4．年10月10日，德国科学家格哈德·埃尔特生日的当天获得了诺贝尔化学奖，以奖励他在表面化学领域做出的开拓性贡献。合成氨反应在铁催化剂表面进行时效率显著提高，就是埃尔特的研究成果。下列关于合成氨反应的叙述中，正确的是()A．铁作催化剂可加快反应速率，且有利于平衡向合成氨的方向移动B．将氨从混合气中分离，可加快反应速率，且有利于平衡向合成氨的方向移动C．升高温度可以加快反应速率，且有利于平衡向合成氨的方向移动D．增大压强可加快反应速率，且有利于平衡向合成氨的方向移动5．工业合成氨的反应是在500℃A．500℃B．500℃C．500℃D．500℃练基础落实1．关于工业合成氨的叙述中，错误的是()A．在动力、设备、材料允许的情况下，反应尽可能在高压下进行B．温度越高越有利于工业合成氨C．在工业合成氨中N2、H2的循环利用可提高其利用率，降低成本D．及时从反应体系中分离出氨气有利于平衡向正反应方向移动2．在合成氨时，要使氨的产率增大，又要使化学反应速率增大，可以采取的措施有()①增大体积使压强减小②减小体积使压强增大③升高温度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及时分离产生的NH3⑧使用正催化剂A．②④⑤⑦B．②③④⑤⑦⑧C．②⑤D．②③⑤⑧3．在N2(g)＋3H2(g)高温、高压催化剂高温、高压催化剂A.改变条件后速率—时间图象如右图：B．此过程中Q>KC．平衡体系中NH3的含量增大D．N2的转化率增大4．在一定条件下，合成氨反应达到平衡后，混合气体中NH3的体积分数为25%。若反应前后压强不变，则反应后缩小的气体体积与原反应物体积的比值为()A．1∶5B．1∶4C．1∶35．对于合成氨的反应，使用催化剂和施加高压，下列叙述中，正确的是()A．都能提高反应速率，都对化学平衡状态无影响B．都对化学平衡状态有影响，都不影响达到平衡状态所用的时间C．都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有压强对化学平衡状态有影响D．催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而压强无此作用题号12345答案练方法技巧6．在硫酸工业中，通过下列反应使SO2氧化成SO3：2SO2(g)＋O2(g)催化剂△2SO3(g)ΔH＝－198kJ·mol－1。(已知制SO3过程中催化剂是V2O5，它在400℃～催化剂△下表为不同温度和压强下SO2的转化率(%)：(1)根据化学理论综合分析，为了使二氧化硫尽可能转化为三氧化硫，可控制的条件是________________________________________________________________________。(2)实际生产中，选定400℃～500________________________________________________________________________。实际生产中，采用的压强为常压，其原因是________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。在生产中，通入过量空气的目的是________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(5)尾气中有SO2，必须回收是为了________________________________________________________________________。7．根据碰撞理论，分子在发生反应时必须要进行有效碰撞。那些具有足够高能量，能发生有效碰撞的分子称为活化分子，要使普通分子成为活化分子所需最小能量称为活化能(Ea)。一定温度下气体分子中的活化分子百分数是一定的，而催化剂可以改变活化能的大小。如图表示298.15K时，N2、H2与NH3的平均能量与合成氨反应的活化能的曲线图，据图回答：(1)若反应中生成2mol氨，则反应________(填“吸热”或“放热”)________kJ。(2)在图中曲线________(填“a”或“b”)表示加入铁触媒的能量变化曲线，铁触媒能加快反应速率的原理是_____________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)目前合成氨工业广泛采用的反应条件500℃________________________________________________________________________。A．降低反应温度，让反应向着有利于氨气生成的方向进行B．升高温度，让更多的分子变成活化分子C．寻求能在更低的温度下有很强催化活性的新型催化剂D．寻求新型耐高压材料，将压强增大一倍8．在容积相同的密闭容器中，分别充入等量的氮气和氢气，在不同温度下发生反应：N2(g)＋3H2(g)高温、高压催化剂高温、高压催化剂(1)A、B、C、D、E五点中，肯定未达平衡的点是________________________________________________________________________。(2)此可逆反应的正反应是__________热反应。(3)AC曲线是增函数曲线，CE曲线是减函数曲线，试从化学反应速率和化学平衡的角度分析，并说明理由________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。练综合拓展9．下表的实验数据是在不同温度和压强下，平衡混合物中NH3含量的变化情况。达到平衡时平衡混合物中NH3的含量(体积分数)[入料V(N2)∶V(H2)＝1∶3](1)比较200℃和300(2)根据平衡移动原理，合成氨适宜的条件是________。A．高温高压B．高温低压C．低温高压D．低温低压(3)计算500℃(4)实际工业生产合成氨时，考虑浓度对化学平衡的影响，还采取了一些措施。请写出其中的一个措施：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。10．科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。曾有实验报道：在常温、常压、光照条件下，N2在催化剂(掺有少量Fe2O3的TiO2)表面与水发生反应，生成的主要产物为NH3。进一步研究NH3生成量与温度的关系，部分实验数据见下表(光照、N2压力1.0×105Pa、反应时间3h)：T/K303313323353NH3生成量/(10－6mol)4.85.96.02.0相应的热化学方程式如下：N2(g)＋3H2O(l)===2NH3(g)＋eq\f(3,2)O2(g)ΔH＝765.2kJ·mol－1回答下列问题：(1)请画出上述反应在有催化剂与无催化剂两种情况下反应过程中体系能量变化示意图，并进行必要标注。(2)与目前广泛使用的工业合成氨方法相比，该方法中固氮反应速率慢。请提出可提高其反应速率且增大NH3生成量的建议：________________________________________________________________________________________________________________________________________________。(3)工业合成氨的反应为N2(g)＋3H2(g)高温、高压催化剂2NH3(g)。设在容积为2.0L的密闭容器中充入0.60molN2(g)和1.60molH2(g)，反应在一定条件下达到平衡时，NH3的物质的量分数(NH3的物质的量与反应体系中总的物质的量之比)为eq\f(4,7)。计算：高温、高压催化剂①该条件下N2的平衡转化率；②该条件下反应2NH3(g)N2(g)＋3H2(g)的平衡常数。基础落实一、1.N2(g)＋3H2(g)高温、高压催化剂高温、高压催化剂2．(1)可逆(2)放热(3)减小降低增大氨二、1.增大三、1.转化率反应速率2．(1)①低压中压高压(2)①700K(3)①铁(5)利用率4．(1)较低(2)高压对点训练1．D[合成氨的反应特点：体积减小的放热反应，增大压强或降低温度均可增大反应进行的程度，此外增大反应物浓度或减小生成物浓度也可达到目的。]2．B[由于合成氨的反应是一个体积减少的反应，高压有利于平衡右移，提高N2的转化率；又由于该反应为放热反应，高温平衡逆向移动，N2的转化率降低；使用催化剂仅提高反应速率，不会使平衡发生移动；增大N2的浓度，使平衡右移，但N2的转化率降低。]3．B[催化剂不影响平衡移动；合成氨采用500℃4．D5.D课时作业1．B[合成氨的反应为放热反应，温度越高，NH3的产率越低，温度太高会影响催化剂的催化效果。]2．C3．D[分离出NH3，使平衡向正反应方向移动，故v正>v逆，A项不正确；此状态下应是Q<K，B项不正确；由于分离出NH3，使体系中NH3的含量减小。]4．A[假设平衡时混合气体的物质的量为100mol，则NH3占到25mol，由反应方程式的差值关系得到反应中气体减少了25mol，则原气体为125mol。]5．C6．(1)常压、450℃(2)在此温度下催化剂的活性最高(3)在常压下SO2的转化率就已经很高了(97.5%)，若采用高压，平衡能向右移动，但效果并不明显，比起高压设备，得不偿失(4)增大反应物O2的浓度，提高SO2的转化率(5)防止污染环境解析解答本题注意以下两点：①抓住本反应的反应特点。②把外界条件对化学反应速率和化学平衡的影响和实际情况有机结合起来。从提高反应速率考虑，合成SO3需要加入催化剂和升温，加压；从增大反应物的转化率方面考虑，合成SO3需低温，加压，通入廉价空气；从表中数据和设备材料的要求以及催化剂的活性方面综合考虑，选择最适宜条件。7．(1)放热92(2)b降低了合成氨反应的活化能(3)C解析(1)由图中能量状态可知N2与3H2具有的总能量高于2NH3所具有的能量，故该反应为放热反应，且反应N2＋3H22NH3每生成2molNH3放出(600－508)kJ＝9