第2章第4节化学反应条件的优化——工业合成氨同步练习（含解析）

第2章第3节化学反应条件的优化——工业合成氨同步练习
学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________
一、单选题
1．在容积不变的密闭容器中，一定量的SO2与O2发生反应：2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)。温度分别为t1和t2时，SO3的体积分数随时间的变化如图所示，下列关系不正确的是
A．t10 D．K1>K2
2．一定条件下，将4molA气体和2molB气体充入2L密闭容器中，发生如下反应：。反应2s后，测得C的浓度为0.6，下列说法正确的是
①用物质A表示的反应的平均速率为0.3
②用物质B表示的反应的平均速率为0.6
③2s时物质A的转化率为70%
④2s时物质B的浓度为0.7
A．③④ B．①④ C．②③ D．①③
3．化学与生产、生活关系密切，下列做法与调控化学反应速率无关的是
A．工业合成氨时使用铁触媒作催化剂 B．用热的纯碱溶液去除油污
C．将聚餐打包的食物放入冰箱中 D．乘坐公共交通工具时需佩戴口罩
4．若在绝热、恒容的密闭容器中充入一定量的SO2Cl2(g)和SCl2(g)，发生反应： SO2Cl2(g)+SCl2(g) 2SOCl2(g)，下列示意图能说明t1时刻反应达到平衡状态的是
A．a和c B．b和d C．c和d D．b和c
5．在某一恒温体积可变的密闭容器中发生如下反应：A(g)+B(g) 2C(g) ΔH<0。t1时刻达到平衡后，在t2时刻改变某一条件，其反应过程如图。下列说法正确的是
A．0～t2时，v正＞v逆
B．t2时刻改变的条件可以是向密闭容器中加C
C．Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，A的体积分数Ⅰ＞Ⅱ
D．Ⅰ、Ⅱ两过程达到平衡时，平衡常数I＜Ⅱ
6．下列有关合成氨条件的选择和解释不合理的是
A．使用催化剂，可加快N2和H2合成氨的速率
B．高压比常压条件更有利于合成氨
C．采用500℃左右主要考虑反应速率问题
D．采用高温高压合成氨有利于提高反应速率和平衡产率
7．工业炼铁是在高炉中进行的，高炉炼铁的主要反应是：①2C+O2=2CO；②Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2。该炼铁工艺中，焦炭的实际用量远远高于按照化学方程式计算所需要的量。其主要原因是
A．CO过量
B．CO与铁矿石接触不充分
C．炼铁高炉的高度不够
D．反应①②都有一定限度
8．下列说法中正确的是
A．0.1mol L-1盐酸和0.1mol L-1硫酸分别与2mol L-1NaOH溶液反应，其反应速率相同
B．相同质量的大理石块与大理石粉分别与0.1mol L-1盐酸反应，反应速率相同
C．Mg、Al在相同条件下分别与0.1mol L-1盐酸反应，反应速率相同
D．0.1mol L-1HCl和0.1mol L-1HNO3分别与相同形状和大小的大理石块反应，反应速率相同
9．反应C(s)+H2O(g)CO(g)+H2(g)在一定可变体积的容器中进行，则下列条件的改变使其反应速率增大的是
A．增加C的量
B．将容器的体积缩小一半
C．保持温度和容器体积不变，充入氦气
D．保持温度和压强不变，充入氦气
10．关于甲醇制氢反应CH3OH(g)+H2O(g)CO2(g)+3H2(g)　 H>0，既可以加快反应速率，又可以提高H2平衡产率的措施有
A．加入催化剂 B．增大压强 C．升高温度 D．降低CO2(g)浓度
11．一定温度下，向容积为2L的密闭容器中通入两种气体发生化学反应，反应中各物质的物质的量的变化如图所示，下列对该反应的推断不合理的是
A．在0～6s内，C的化学反应速率约为0.067 mol·L-1·s-1
B．6s后，反应停止了
C．该反应的化学方程式为3B+4C 6A+2D
D．在0～4s内，v(A)=3v(D)
12．现有两支盛有溶液的试管，在其中一支中加入少量，迅速产生气体，放出大量的热。下列与相关图像正确的是
A． B．
C． D．
13．合成氨生产技术的发展方案如下表，下列说法错误的是
压强/MPa 温度/℃ 催化剂 平衡时氨的体积分数
能斯特方案 5 685 铂粉 0.96%
哈伯方案 20 550 铀 8.25%
现代方案 20 500 铁催化剂 19.1%
A．上述方案中原料应循环利用
B．铁催化剂在500℃左右催化效能最好
C．平衡时，的体积分数取决于催化剂的选择
D．寻找温和条件下的催化剂可以作为合成氨工业发展方向
14．处理、回收CO是环境科学家研究的热点课题。CO可用于处理大气污染物，发生的反应为： 。上述反应分两步进行：
第一步： 慢反应；
第二步： 快反应。
下列说法中正确的是
A．第一步反应中与的碰撞均为有效碰撞
B．第二步反应的活化能小于第一步反应的活化能
C．增大CO浓度可显著增大处理的反应速率
D．升高温度可加快反应速率并提高平衡转化率
二、多选题
15．乙烯气相直接水合反应制备乙醇：C2H4(g)+H2O(g) C2H5OH(g)。乙烯的平衡转化率随温度、压强的变化关系如图[起始时，n(H2O)=n(C2H4)=1mol，容器体积为1L]。下列分析不正确的是
A．乙烯气相直接水合反应的ΔH>0
B．图中压强的大小关系为p1>p2>p3
C．图中a点对应的平衡常数的数值K=
D．达到平衡状态a、b所需要的时间：a>b
三、填空题
16．t1℃时，将2molSO2和1molO2通入体积为2L的恒温恒容密闭容器中，发生反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，2min时反应达到化学平衡，此时测得反应物O2还剩余0.8mol，请填写下列空白：
(1)从反应开始到达化学平衡，生成SO3的平均反应速率为______；平衡时SO2转化率为______。
(2)下列叙述能证明该反应已达到化学平衡状态的是_____(填标号)。
A．容器内压强不再发生变化
B．SO2的体积分数不再发生变化
C．容器内气体原子总数不再发生变化
D．相同时间内消耗2nmolSO2的同时消耗nmolO2
E.相同时间内消耗2nmolSO2的同时生成nmolO2
(3)t2℃时，若将物质的量之比n(SO2)∶n(O2)=1∶1的混合气体通入一个恒温恒压的密闭容器中，反应达到平衡时，混合气体体积减少了20%。SO2的转化率为_____。
17．回答下列问题：
Ⅰ.一定条件下，在容积为的密闭容器中， A、B、C三种气体的物质的量n随时间t的变化如图所示。已知达到平衡后，降低温度，A的体积分数减小。
(1)达到平衡后加压，C的含量_______(填写“变大”“变小”或“不变”)。
(2)该反应的反应速率v随时间t的关系如图所示。
①根据图判断，在时刻改变的外界条件是_______。
②a、b、c对应的平衡状态中，A的转化率最大的是状态_______。
Ⅱ.在密闭容器中充入一定量的，发生反应 。如图所示为气体分解生成和的平衡转化率与温度、压强的关系。
(3)该反应的逆反应是_______(填“吸热反应”或“放热反应”)。
(4)N点的体积分数是_______。
(5)M点对应的平衡常数_______(用平衡分压代替平衡浓度计算，分压=总压×物质的量分数)。
四、原理综合题
18．CO和都是大气污染物，用CO作还原剂，将转化为硫磺，具有重要的意义，发生化学反应为： 。
(1)已知相关物质的标准生成焓(由压强为100 kPa，温度298 K下最稳定单质生成标准状态下1 mol物质的热效应或焓变)如下表：
物质化学式 CO(g)
标准生成焓() 25.58
计算_______。
(2)将2 mol CO和1 mol 置于1 L密闭容器中制取硫，分别用及作催化剂，进行上述反应，同时伴有其他副反应发生，20 min时的转化率、硫的产率及其选择性(硫的选择性)在不同温度下的关系如图甲和图乙所示，反应物的转化率随温度升高而逐渐增大的原因是_______；由图可知工业上应采用合适的催化剂为_______，理由是_______；图甲在420℃时，上述反应中的化学反应速率为_______。
(3)当一定温度时，正逆反应速率表达式分别为：、(、分别为正逆反应速率常数，只与温度有关)，温度T时，平衡常数K=_______(用、表示)，温度升高，K_______(填“增大”或“减小”)。
19．二氧化碳催化加氢制甲醇，有利于减少温室气体二氧化碳。合成总反应［］在起始物时，在不同条件下达到平衡，设体系中甲醇的物质的量分数为，在下的、在下的如图所示。
回答下列问题：
(1)用各物质的平衡分压表示总反应的平衡常数，表达式___________。
(2)图中对应等压过程的曲线是___________，判断的理由是___________。
(3)当时，的平衡转化率___________，反应条件可能为___________或___________。
第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页
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参考答案：
1．C
【详解】A．根据“先拐先平”者大，从图像中可以看出t2先达到平衡，所以温度t2>t1，A正确；
B．该正反应的气体分子数减小，则体系的混乱度减小，即 S<0，B正确
C．随着温度的升高，达平衡时SO3的体积分数降低，所以随着温度升高反应向逆反应方向移动，所以正反应为放热反应，故ΔH＜0，C错误；
D．因为反应为放热反应，温度越高，平衡逆向进行，K值减小，K1>K2，D正确；
故选C。
2．B
【详解】C的浓度变化为0.6，则C的速率为0.3，A的速率也是0.3，B的速率是0.15，根据三段式：
，根据计算A的转化率为30%，2s时物质B的浓度为0.7；即①④正确；
故选：B。
3．D
【详解】A．工业合成氨时使用铁触媒作催化剂，加快反应速率，故A不符合题意；
B．用热的纯碱溶液去除油污，有利于平衡正向移动，碱性增强，会加速去油污能力，故B不符合题意；
C．将聚餐打包的食物放入冰箱中，降低温度，食物腐败速率降低，故C不符合题意；
D．乘坐公共交通工具时需佩戴口罩，防止空气中传染物进入到人体中，与反应速率无关，故D符合题意。
综上所述，答案为D。
4．B
【详解】由图像可知正反应是放热反应，a中t1时刻正反应速率在减小，说明反应没有达到平衡；b中反应放热，温度升高压强增大，当压强不变时说明反应达到平衡；c中两种物质的浓度保持不变时说明达到平衡，所以此时并没有达到平衡；d中所示反应物的转化率不再变化说明达到平衡，B正确；
故选B。
5．B
【分析】该反应的正反应是气体分子数不变的放热反应，该容器为恒温体积可变的密闭容器；t2时刻改变条件逆反应速率突然增大，后逆反应速率逐渐减小直至达到新平衡，新平衡状态时逆反应速率与旧平衡状态时的相等，说明t2时刻改变的条件是向密闭容器中加C。
【详解】A．由图可知，0~t1逆反应速率逐渐增大，反应正向进行v正＞v逆，t1~t2反应保持平衡状态，v正=v逆，A项错误；
B．根据分析，t2时刻改变的条件可以是向密闭容器中加C，B项正确；
C．I、Ⅱ两过程达到平衡时反应速率相等，结合反应的特点，达到平衡时A的体积分数I=Ⅱ，C项错误；
D．I、Ⅱ两过程达到平衡时温度相同，则平衡常数I=Ⅱ，D项错误；
答案选B。
6．D
【详解】A．催化剂能够加快反应速率，选项A合理；
B．合成氨反应的化学方程式为N2 + 3H22NH3，该反应为气体体积减小的反应，加压有利于平衡正向移动，因此高压比常压条件更有利于合成氨，选项B合理；
C．温度越高，反应速率越快，且在时500℃催化剂活性最大，因此采用500℃左右主要考虑反应速率问题，选项C合理；
D．采用高温有利于提高反应速率，由于合成氨反应为气体体积减小的放热反应，因此低温、高压有利于提高平衡产率，选项D不合理；
答案选D。
7．D
【分析】反应①②都是可逆反应，都有一定的限度，因此反应①中的碳和反应②中的CO不能完全转化，致使焦炭的实际用量远远高于按照化学方程式计算所需要的量。
【详解】A．反应②Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2为可逆反应，提高一氧化碳浓度可以提高三氧化而铁的转化率，反应①2C+O2=2CO也是可逆反应，也有一定限度，也需要提高碳的使用量，A选项不全，故错误；
B．CO与铁矿石接触不充分，反应速度会变慢，和碳消耗量无关，B错误；
C．炼铁高炉的高度不够，只能降低一氧化碳的转化率，和碳消耗量无关，C错误；
D．反应①②都有一定限度，共同导致碳消耗量增加，D正确；
故答案为：D。
8．D
【详解】A．相同浓度的盐酸和硫酸氢离子浓度不同，故反应速率不同，A错误；
B．固体反应物表面积不同，则反应物间接触面积不同，故反应速率不同，B错误；
C．反应物的性质不同，反应速率不同，C错误；
D．氢离子浓度相同，反应物间接触面积相同，故反应速率相同，D正确；
故选D。
9．B
【详解】A．因C为固体，当增加C的量时，其浓度不会改变，则不会对速率产生影响，A错误；
B．将容器的体积缩小一半，气态物质的浓度均增大一倍，故反应速率增大，B项正确；
C．当保持温度和容器体积不变时，充入氦气，原来各种物质的浓度没有发生变化，故速率不变，C项错误；
D．当保持温度和压强不变时，充入氦气，容器的体积必然扩大，各物质的浓度减小，故反应速率减小，D项错误；
故选B。
10．C
【详解】A．加入催化剂反应速率加快，但平衡不移动，H2的平衡产率不变，选项A不合题意；
B．增大压强即缩小体积，反应物、生成物浓度增大，反应速率加快，该反应正反应是一个气体体积增大的方向，故增大压强平衡逆向移动，H2的平衡产率减小，选项B不合题意；
C．升高温度反应速率加快，该反应正反应是一个吸热反应，则升高温度平衡正向移动，H2的平衡产率增大，选项C符合题意；
D．降低CO2(g)浓度反应速率减慢，减小生成物浓度，平衡正向移动，H2的平衡产率增大，选项D不符合题意；
答案选C。
11．B
【详解】A．在0～6s内，C的化学反应速率约为，A正确；
B．6s后，反应达平衡，正、逆反应速率相等但不等于零，反应没有停止，只是达到动态平衡，B错误；
C．由图中信息可知，0～6s内B、C物质的量分别减小0.6mol、0.8mol，A、D物质的量分别增加1.2mol、0.4mol，所以B、C、A、D系数比为3∶4∶6∶2，该反应的化学方程式为3B+4C 6A+2D，C正确；
D．在0～4s内，用不同物质表示表示反应速率，速率比等于方程式系数比，v(A)=3v(D)，D正确；
故答案选B。
12．C
【详解】A．H2O2分解成O2和H2O的过程中MnO2作催化剂，MnO2的质量和化学性质在反应前后不变，A项错误；
B．使用MnO2作催化剂，反应速率更快，但随着反应的进行，H2O2的浓度减小，最后反应速率会减慢，不可能保持不变，B项错误；
C．反应过程中放出大量的热，说明该反应为放热反应，反应物的总能量大于生成物的总能量，使用催化剂能降低反应的活化能，但不改变反应的反应热，C项正确；
D．使用MnO2作催化剂，反应速率更快，反应完全消耗的时间短，但最终产生气体的质量相等，D项错误；
答案选C。
13．C
【详解】A．氮气、氢气合成氨的反应为可逆反应，反应不能进行到底，故上述方案中原料应循环利用，提高反应物的利用率，故A正确；
B．铁催化剂在500℃左右催化效能最好，故B正确；
C．催化剂不影响平衡移动，故平衡时，的体积分数不取决于催化剂，故C错误；
D．寻找温和条件下的催化剂，可以减少能源消耗，可以作为合成氨工业发展方向，故D正确；
故选C。
14．B
【详解】A．由信息可知，第一步为慢反应，活化能较大，第一步中与的碰撞仅部分为有效碰撞，故A错误；
B．活化能越大反应速率越慢，第一步为慢反应，其活化能大于第二步反应活化能，故B正确；
C．CO参与第二步反应，第二步为快反应，不影响总反应速率的快慢，则增大CO的浓度对处理的反应速率几乎无影响，故C错误；
D．该反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，降低平衡转化率，故D错误；
故选：B。
15．AB
【详解】A．压强不变时，升高温度乙烯转化率降低，平衡逆向移动，正反应为放热反应，则，A错误；
B．相同温度下，增大压强平衡正向移动，乙烯转化率增大，根据图知，压强：，B错误；
C．a点乙烯转化率为20%，则消耗的，根据“三段式”：，
，C正确；
D．温度越高、压强越大，化学反应速率越快，反应达到平衡时间越短，温度、压强：a＜b，则反应速率：，所以达到平衡状态a、b所需要的时间：，D正确；
故选AB。
16．(1) 0.1mol L-1 min-1 20%
(2)ABE
(3)80%
【详解】（1）列三段式有
，
则v(SO3)==0.1mol L-1 min-1；平衡时SO2转化率=×100%=20%；
（2）A．反应前后体积不同，即压强不再发生变化达到平衡，A正确；
B．SO2的体积分数不再改变，达到平衡状态，B正确；
C．反应中遵循原子守恒，不能由此判断是否平衡，C错误；
D．反应同向进行，不能由此判断是否平衡，D错误；
E．消耗2nmolSO2的同时生成nmolO2，即符合正逆反应速率相等，达到平衡状态，E正确；
故选ABE。
（3）设SO2、O2的物质的量均为1mol，反应过程中总物质的量减小了2mol×20%=0.4mol，由2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)，可知当总的物质的量减小0.4mol时，SO2反应了0.8mol，其转化率为80%。
17．(1)变大
(2) 升高温度 a
(3)放热反应
(4)40%
(5)1
【详解】（1）根据图示可知：随着反应的进行，A、B物质的量减少，C物质的量增加，说明A、B是反应物，C是生成物，3 mol后三种物质的物质的量都不再发生变化，说明该反应为可逆反应。在3 min内A、B、C改变的物质的量分别是0.3 mol、0.6 mol、0.6 mol，改变的物质的量的比为1：2：2，故该反应方程式为：A(g)+2B(g)2C(g)。该反应的正反应是气体体积减小的反应，在其他条件不变时，增大压强，化学平衡向气体体积减小的正反应方向移动，故达到平衡后C的含量变大；
（2）①已知达到平衡后，降低温度，A的体积分数减小。，说明降低温度化学平衡正向移动，该反应的正反应为放热反应。在t3时刻改变条件时正、逆反应速率都增大且逆反应速率大于正反应速率，化学平衡逆向移动，故改变的条件是升高温度；
②t3时刻改变条件后化学平衡逆向移动，导致A的转化率降低；t5时刻正、逆反应速率都增大但仍然相等，化学平衡不移动，平衡正向移动A的转化率增大，所以A转化率最大时生成物C体积分数最大的是a点；
（3）根据图像可知：在压强不变时，升高温度H2S的平衡转化率增大，说明升高温度，化学平衡正向移动，则该反应的正反应为吸热反应，则逆反应为放热反应；
（4）根据图示可知：在N点时H2S的平衡转化率为50%，假设反应开始时n(H2S)=1 mol，则平衡时n(H2S)=0.5 mol，n(H2)=0.5 mol，n(S2)=0.25 mol，在相同外界条件下气体的体积比等于气体的物质的量的比，则H2的体积分数为；
（5）假设反应开始时加入1 mol H2S，M点时H2S的平衡转化率为50%，则根据物质反应转化关系可知平衡时n(H2S)=0.5 mol，n(H2)=0.5 mol，n(S2)=0.25 mol，n(总)=0.5 mol+0.5 mol+0.25 mol=1.25 mol，则p(H2S)=p(H2)=，p(S2)= ，所以该反应的化学平衡常数Kp=。
18．(1)
(2) 温度升高，催化剂活性增大，化学反应速率加快 420℃时硫的选择性约为1，但是用作催化剂时反应物的转化率更高、硫的产率更高
(3) 减小
【详解】（1）标准生成焓由压强为100 kPa，温度298 K下最稳定单质生成标准状态下1 mol物质的热效应或焓变，因此由盖斯定律计算；
（2）因为反应放热，若平衡转化率会随温度升高而降低，其不受催化剂影响，因此反应未达到平衡，温度升高催化剂活性增大，反应速率加快，相同时间内，转化率增大，产率增大；图甲和图乙相对比，当420℃时硫的选择性基本都到1，但是用作催化剂时反应物的转化率更高、硫的产率更高；；
（3）达平衡时，；因为反应放热，温度升高，平衡逆向移动，K减小。
19．(1)
(2) b 总反应，升高温度时平衡向逆反应方向移动，甲醇的物质的量分数变小
(3) 33.3% ，210℃ ，250℃
【详解】（1）结合总反应的化学方程式可知。
（2）总反应为气体体积减小的放热反应，当其他条件不变，升高温度或减小压强时，平衡逆向移动，减小，则a为250℃下的曲线，b为下的曲线。
（3）当时，设、起始物质的量分别为a、，转化了b，列三段式：
始/ 0 0
转/
平/
，得，的平衡转化率；分析题给图象，时，曲线a相应的点表示温度250℃、压强，曲线b相应的点表示压强、温度210℃。
答案第1页，共2页
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