选择性必修1 第二章 第四节 化学反应的调控 同步练习题(含解析)

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选择性必修1 第二章 第四节 化学反应的调控 同步练习题
一、选择题（每小题只有一个正确选项，每小题4分，共40分）
1． 反应2A(g)＋B(g)2C(g) △H＞0，有利C生成的条件是
A．高温、高压 B．低温、高压
C．低温、低压 D．高温、低压
2． 某工业生产中发生反应：2A(g)＋B(g) 2M(g)　ΔH<0。下列有关该工业生产的说法正确的是(　　)
A．这是一个放热的熵减反应，在低温条件下该反应一定可自发进行
B．若物质B价廉易得，工业上一般采用加入过量的B，以提高A的转化率
C．工业上一般采用较高温度合成M，因温度越高，反应物的转化率越高
D．工业生产中常采用催化剂，因为使用催化剂可提高反应物的转化率
3． 下面是四位同学在学习“化学反应的速率和化学平衡”一章后，联系工业生产实际所发表的观点，你认为不正确的是(　　)
A．化学反应速率理论可指导怎样在一定时间内快出产品
B．化学平衡理论可指导怎样使用有限原料多出产品
C．化学反应速率理论可指导怎样提高原料的平衡转化率
D．正确利用化学反应速率和化学平衡理论都可提高化工生产的综合经济效益
4． 在一定条件下，对于密闭容器中的反应：N2＋3H22NH3，下列说法正确的是(　　)
A．当氮气和氢气投料比(物质的量之比)为1:3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，不可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一定为3:2
D．分别用氮气和氢气来表示该反应的转化率时，数值大小一定相同
5． 合成氨工业中，常加热至500℃，下列有关叙述正确的是(　　)
A．仅仅提高原料转化率
B．加快v正，减小v逆，促使平衡常数变大
C．使平衡向合成氨的方向移动，提高原料利用率
D．为加快反应速率，缩短达到平衡所需要的时间
6．下列不能用勒沙特列原理解释的是(　　)
A．实验室用排饱和食盐水的方法收集Cl2
B．硫酸工业中，使用过量的空气以提高二氧化硫的转化率
C．合成氨工业中，及时液化分离NH3，并循环利用未反应完的N2和H2
D．合成氨工业中，500℃比常温更有利于氨的合成
7．下列关于化工生产的叙述中，符合目前工业生产实际的是(　　)
A．石油工业中，采用干馏的方法把石油分成不同沸点范围的产品
B．硝酸工业中，为了加快氨氧化的速率，通常使用铁触媒作催化剂
C．纯碱工业中，氨碱法通过氨气和二氧化碳的循环利用，提高了原料的利用率
D．合成氨工业中，采用高压条件，增大合成氨反应的平衡常数，增大原料转化率
8．有关合成氨工业的说法中，正确的是(　　)
A．从合成塔出来的混合气体，其中NH3只占15%，所以生产氨的工厂的效率都很低
B．由于氨易液化，N2、H2在实际生产中是循环使用，所以总体来说氨的产率很高
C．合成氨工业的反应温度控制在500 ℃，目的是使化学平衡向正反应方向移动
D．合成氨厂采用的压强是2×107～5×107Pa，因为在该压强下铁触媒的活性最大
9．如图为工业合成氨的流程图。图中为提高原料转化率采取的措施是( )
A．①②③ B．①③⑤ C．②④⑤ D．②③④
10．如图所示为接触法制硫酸的设备和工艺流程，其中关键步骤是SO2的催化氧化：2SO2＋O22SO3　ΔH<0。下列说法正确的是(　　)
A．反应后气体分子数减少，增大反应容器内压强一定有利于提高生产效益
B．反应放热，为提高SO2转化率，应尽可能在较低温度下反应
C．工业生产要求高效，为加快反应速率，应使用催化剂并尽可能提高体系温度
D．沸腾炉流出的气体必须经过净化，并补充适量空气，再进入接触室
二、填空题（本题包括5个小题，共60分）
11．(10分)已知2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g) ΔH＜0的实验数据如下表：
温度 不同压强下的转化率（%）
450℃ 97.5 98.6 99.2 99.6 99.7
550℃ 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
(1)应选择的温度是 ，理由是 。
(2)应采用的压强是 ，理由是 。
(3)在合成的过程中，不需要分离出的原因是 。
(4)生产中通入过量空气的目的是 。
12．(12分)工业上合成氨是在一定条件下进行反应：N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，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下表所示：
气体 氮气 氢气 氨
熔点/℃ －210.01 －259.23 －77.74
沸点/℃ －195.79 －252.77 －33.42
回答下列问题：
(1)写出该反应的化学平衡常数表达式：K＝__________。温度升高，K值__________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)K值越大，表明__________(填序号)。
A．其他条件相同时N2的转化率越高
B．其他条件相同时NH3的产率越高
C．原料中N2的含量越高
D．化学反应速率越快
(3)在工业上采取循环气体的工艺，即反应后把混合气体的温度降低到______________使__________分离出来；继续循环的气体是__________。
(4)对于合成氨反应而言，如图有关图像一定正确的是__________(填字母)。
13．(12分)工业上生产硫酸时，利用催化氧化反应将SO2 转化为SO3是一个关键步骤。压强及温度对SO2转化率的影响如下表（原料气各成分的体积分数为：SO2 7% O2 11% N2 82%）；
(1)已知SO2的氧化是放热反应，如何利用表中数据推断此结论？ ；
(2)在大400~500℃时，SO2的催化氧化采用常压而不是高压，主要原因是： ；
(3)选择适宜的催化剂，是否可以提高SO2的转化率？ （填“是”或“否”），是否可以增大该反应所放出的热量？ （填“是”或“否”）；
(4)为提高SO3吸收率，实际生产中用 吸收SO3；
(5)已知：2SO2(g)＋O2(g)2SO3(g)；△H＝－196.9kJ·mol－1，计算每生产1万吨98%硫酸所需要的SO3质量和由SO2生产这些SO3所放出的热量 。
14．(14分)合成氨是人类科学技术上的一项重大突破，其反应原理为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH＝－92.4 kJ·mol－1，一种工业合成氨的简易流程图如下：
(1)天然气中的H2S杂质常用氨水吸收，产物为NH4HS。一定条件下向NH4HS溶液中通入空气，得到单质硫并使吸收液再生，写出再生反应的化学方程式： 。
(2)步骤Ⅱ中制氢气原理如下：
①CH4(g)＋H2O(g)CO(g)＋3H2(g) ΔH＝＋206.4 kJ·mol－1
②CO(g)＋H2O(g)CO2(g)＋H2(g) ΔH＝－41.2 kJ·mol－1
对于反应①，一定可以提高平衡体系中H2的百分含量，又能加快反应速率的措施是________(填字母)。
a．升高温度　　　 b．增大水蒸气浓度
c．加入催化剂 d．降低压强
利用反应②，将CO进一步转化，可提高H2的产量。若1 mol CO和H2的混合气体(CO的体积分数为20%)与H2O反应，得到1.18 mol CO、CO2和H2的混合气体，则CO转化率为________。
(3)图1表示500 ℃，60.0 MPa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a点数据计算N2的平衡体积分数：________。
(4)依据温度对合成氨反应的影响，在图2坐标中，画出一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升高，NH3物质的量变化的曲线示意图。
(5)上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主要步骤是(填序号)________。简述本流程中提高合成氨原料总转化率的方法： ____________________________________________。
15．（12分）合成氨工业、硫酸工业的生产工艺流程大致为：
合成塔和接触室中的反应分别为：N2(g)+3H2(g)2NH3(g) △H﹤0； 2SO2(g)+O2(g)2SO3(g) △H﹤0
(1)写出流程中设备的名称：B____________，X___________。
(2)进入合成塔和接触室中的气体都要进行热处理，最理想的热处理方法是_________________。
(3)采用循环操作可提高原料的利用率，下列生产中，采用循环操作的是____________（填序号）。
①硫酸工业 ②合成氨工业 ③硝酸工业
(4)工业上常用98.3％的浓硫酸吸收SO3而不用稀硫酸或水的原因是_______________________。
(5)工业生产中常用氨——酸法进行尾气脱硫，以达到消除污染、废物利用的目的。硫酸工业尾气中的SO2经处理可以得到一种化肥，该肥料的化学式是_____________。
1．A 解析：该反应2A(g)＋B(g)2C(g) △H＞0，有利C生成是促使化学平衡向正向移动，因此借助△H＞0，升温有利于C的合成，增压有利于平衡向气体系数和小的方向移动，有利于C的合成。
2．B 解析：这是一个放热的熵减反应，只有当ΔH－TΔS<0时，该反应才能自发进行，A错误；加入过量的B，可以提高A的转化率，B正确；升高温度，平衡逆向移动，反应物的转化率降低，C错误；使用催化剂只能改变反应速率，不能使平衡发生移动，不能提高反应物的转化率，D错误。
3．C 解析：化学反应速率是表示物质反应快慢的物理量，在一定条件下反应达到化学平衡状态时，正逆反应速率相等，各物质的浓度不变，化学平衡为动态平衡，当外界条件发生改变时，平衡发生移动，可通过改变外界条件是平衡发生移动，提高化工生产的综合经济效益。A．根据影响化学反应速率的因素，可指导怎样在一定时间内快出产品，故A正确；B．结合影响化学平衡的因素，采用合适的外界条件，是平衡向正反应方向移动，可提高产率，故B正确；C．化学反应速率是表示物质反应的快慢，不能改变原料的平衡转化率，故C错误；D．在一定的反应速率的前提下，尽可能使平衡向正反应方向移动，可提高化工生产的综合经济效益，故D正确。
4． A 解析：当氮气和氢气投料比为1:3时，v(N2)∶v(H2)＝1∶3，两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起始量和转化率，所以到平衡时，H2和NH3的浓度比不一定为3:2，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。
5．D 解析：合成氨的反应为放热反应，降低温度促使平衡向有移动，有利于N2、H2转化为NH3；但降温必然减缓了反应速率，影响单位时间产率；生产中将二者综合考虑，既要保证N2、H2的转化率，又要保证较快的反应速率，只能选择适中的温度500℃左右；应注意该温度为催化剂活化温度，低于此温度，催化剂不起作用。A、合成氨的反应为放热反应，温度越低，氮气和氢气的转化率越高，所以若仅仅提高原料转化率，应该温度越低越好，故A错误；B、改变温度，正逆反应速率都会变化，不会出现加快v正、减小v逆的情况，故B错误；C、该反应为放热反应，温度越低，反应越向着正向移动，原料的转化率越高，所以500℃不利于提高原料的利用率，故C错误；D、合成氨工业中，既要保证N2、H2的转化率，又要保证较快的反应速率，只能选择适中的温度500℃左右，即该温度下反应速率较大，故D正确。
6．D 解析：A. 氯气在水中发生Cl2+H2OH++Cl +HClO，在饱和食盐水中，Cl 浓度较大，可降低氯气的溶解度，可用勒夏特列原理解释，A项错误； B. 工业生产硫酸的过程中，存在2SO2 + O2 2SO3，使用过量的氧气，平衡向正反应方向移动，B项错误；C. 合成氨工业中，发生反应N2(g) +3H2(g) 2NH3(g)，则及时液化分离NH3，并循环利用未反应完的N2和H2，均会使平衡向正向移动，可用勒夏特列原理解释，C项错误；D. 对N2(g)+3H2(g)2NH3(g)；△H<0，温度越高越不利于平衡向正方向移动，但在温度角度反应速率较低，不利于反应的进行，不能用勒沙特列原理解释；采用500℃是因为该温度下催化剂的活性最高；D项正确； 答案选D。
7．C 解析： A、石油工业中，采用的是分馏的方法把石油分成不同沸点范围的产品，煤用干馏得到焦炭等物质，错误；B、硝酸工业中不用能被硝酸腐蚀的铁系催化剂，错误；C、正确；D、改变压强不能改变反应的平衡常数，错误。
8．B 解析：虽然合成氨反应中N2、H2的转化率较低，但是，由于氨易液化，及时将氨液化分离，N2、H2循环使用，总体来说氨的产率还是很高的，因此答案选B。
9．C 解析：工业合成氨的化学方程式为N2＋3H22NH3，是可逆反应，反应后气体体积减小，反应放热；依据合成氨的流程图，其中加压，平衡向气体体积减小的方向进行，提高反应物的转化率；液化分离出氨气，促进平衡正向进行，提高反应物的转化率；氮气和氢气的循环使用也可提高原料的转化率。
10. D解析：反应后气体分子数减少，增大反应容器内压强，有利于平衡正向移动，但由于增大压强对设备要求和动力要求很高，成本太高，效益不佳，故A错误；反应放热，为提高SO2转化率，应尽可能在较低温度下反应，但反应速率太慢，经济效益低，故B错误；工业生产要求高效，为加快反应速率，应使用催化剂，还需要考虑催化剂的最佳活性温度，不一定温度越高反应速率越大，故C错误；沸腾炉流出的气体含有许多粉尘和有害气体，会导致催化剂中毒，因此必须经过净化，第一阶段反应，氧气含量下降明显，因此净化后要补充适量空气，再进入接触室，故D正确。
11. 答案：（1）450℃；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 （2）；常压下的转化率已经很高，若采用较大的压强，的转化率提高很少，但对设备的要求更高
（3）的转化率比较高，达到平衡后的混合气体中的余量很少，故不需要分离出
（4）增大浓度，提高的转化率
解析：选择合适的生产条件要从反应速率、平衡转化率、经济效益等方面综合考虑。
12、答案：(1)　减小　(2)AB (3)－33.42 ℃　氨　N2和H2　 (4)ac
【解析】(1)由化学方程式N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)可知，该反应的K＝，该反应的ΔH＜0，说明正反应为放热反应，升高温度，平衡向吸热方向移动，即向左移动，c(NH3)减小，c(N2)和c(H2)增大，故K值减小。(2)K值越大，则c(NH3)越大，c(N2)和c(H2)就越小，说明反应正向进行的程度越大，故其他条件相同时N2的转化率越高，NH3的产率越高。(3)根据气体的熔、沸点可知，氨容易液化，将其分离出来可使平衡正向移动，剩余的N2和H2可进行循环反应，可提高氨的产率。(4)a.升高温度，平衡逆向移动，则氨气的体积分数减小，但反应达到平衡的时间缩短，故正确；b.反应达到平衡时，各物质浓度变化量之比等于其化学计量数之比，氢气与氨气浓度变化量之比为3∶2，故错误；c.使用催化剂加快反应速率，缩短反应时间，但不影响平衡移动，故正确。
13.【答案】（1）压强一定时，温度升高时，SO2转化率下降,说明升温有利逆反应的进行，所以正反应为放热反应。
（2）增大压强对提高SO2转化率无显著影响，反而会增加成本。
（3）否 ； 否 ；（4）浓硫酸； （5）8.0×103t 9.83×109kJ。
【解析】（1）根据表格中的数据可以看出，在相同压强下（如在0.1MPa下）升高温度（如由400℃升高到500℃）时SO2的转化率降低（由99.2%降低为93.5%），即升高温度时，化学平衡向逆反应方向移动，根据平衡移动原理：升高温度化学平衡应该向吸热反应方向移动，所以该反应的正反应为放热反应。（2）根据表格中的数据可以得知：在0.1MPa（即常压1atm下）SO2的转化率已经很高，如在400℃时已达99.2%，若增大压强到10MPa（即100atm），压强增大了100倍，但是SO2的转化率值增大为99.9%，只增大了0.7%，变化不大。而且压强增大100倍，需要对设备的材料、动力、能源等都作相应的提高，既要增大成本投入，不经济。
（3）使用催化剂只能改变化学反应的速率，改变反应到达平衡的时间，由于对正反应、逆反应的速率影响因素相同，所以化学平衡不发生移动，故对SO2的转化率不产生影响；在一定条件下，化学反应放出的热量与参加反应的反应物的量成正比，因SO2的转化率不变，所以反应放出的热量也不会增大。
（4）从理论上讲SO3被水吸收产生硫酸，但是若用水进行吸收会形成酸雾，将影响SO3的吸收速率和效率。在生产实际中是采用98.3%的浓硫酸作吸收剂来吸收SO3的。
（5）1万吨98%的硫酸含H2SO4的质量：m（H2SO4)=9.8×109g。设需要SO3的质量为x，该反应产生的热量为y。
H2SO4 ～ SO3 ～ 放出的热量
98g 80g 196.9kJ
9.8×109g x y
则，解得x=8.0×103t y=9.83×109kJ。
14答案：(1)2NH4HS＋O22NH3·H2O＋2S↓
(2)a　90%　(3)14.5%　(4)
(5)Ⅳ　对原料气加压；分离液氨后，未反应的N2、H2循环使用
解析：(1)由题给反应信息不难写出再生反应的化学方程式为2NH4HS＋O22S↓＋2NH3·H2O。
(2)增大水蒸气浓度，平衡右移，但H2百分含量不一定提高；加入催化剂，对平衡无影响，不能提高H2百分含量；降低压强，反应速率减慢。
设达到平衡时CO转化了x mol。
　 CO(g)＋H2O(g)??CO2(g)＋H2(g)
n起始 0.2 mol 0 mol 0.8 mol
n平衡 (0.2－x)mol x mol (0.8＋x)mol
(0.2－x)＋x＋(0.8＋x)＝1.18，解得x＝0.18，αCO＝×100%＝90%。
(3)方法1：设达到平衡时N2转化了x mol。
　 N2(g)　＋　3H2(g)　??　2NH3(g)
n起始 n mol 3n mol 0
n平衡 (n－x) mol (3n－3x) mol 2x mol
×100%＝42%，x＝0.592n。
故N2的平衡体积分数＝×100%＝×100%≈14.5%。
方法2：由N2、H2按1∶3投料，N2与H2又按照1∶3发生反应，故从反应开始到反应平衡，N2和H2之比始终为1∶3。N2的平衡体积分数＝×(1－42%)＝14.5%。
(4)反应初期，NH3从无到有，在未达到平衡前，NH3物质的量是增大的，达到平衡后，温度升高，平衡逆向移动，NH3物质的量逐渐减小，曲线见答案。
(5)通过热交换器(步骤Ⅳ)，加热进入合成塔的原料气，同时冷却从合成塔出来的平衡混合气。提高原料总转化率的方法有：①对N2、H2加压；②将产物NH3液化分离，减小生成物浓度；③将未反应的N2、H2循环使用。
15.【答案】（1）循环压缩机 沸腾炉
（2）逆流换热(或充分利用反应中放出的热量加热反应气)
（3）①②③
（4）由于用稀硫酸或水吸收SO3时易形成酸雾，不利于SO3吸收
（5） (NH4)2SO4
【解析】（1）为了提高原料的利用率，合成氨工业中从氨分离器分离出的N2、H2要循环使用，由于合成氨工业需要高压，所以混合气进入合成塔之前要压缩，设备B为循环压缩机；根据工业制硫酸的原理，煅烧硫铁矿应在沸腾炉中进行，设备X为沸腾炉；
（2）由于合成氨和二氧化硫的催化氧化反应都是放热反应，为了充分利用热量，进入合成塔和接触室中的气体都要进行热处理，最理想的热处理方法是逆流换热(或充分利用反应中放出的热量加热反应气)；
（3）只要在反应过程中使用的且在尾气处理器中还剩余的物质都可以循环利用，故选①②③；
（4）工业上常用98.3％的浓硫酸吸收SO3而不用稀硫酸或水的原因是：用稀硫酸或水吸收SO3时易形成酸雾，不利于SO3吸收；
（5）氨水吸收SO2后得到亚硫酸铵，亚硫酸铵与硫酸反应后得到硫酸铵和可循环使用的SO2，所得化肥的化学式为(NH4)2SO4。
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