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)2

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2.4 化学反应的调控 同步练习题
一、选择题（本题共有15小题，每小题4分，共60分，每小题只有一个正确选项）
1． 下列有关合成氨工业的说法正确的是(　　)
A．工业合成氨的反应是熵减小的放热反应,在低温或常温时可自发进行
B．恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成
C．合成氨厂一般采用的压强为10 MPa~30 MPa,因为该压强下铁触媒的活性最高
D．N2的量越多,H2的转化率越大,因此,充入的N2越多越有利于NH3的合成
2． 工业生产氨气的适宜条件中不包括(　　)
A．用浓硫酸吸收产物 B．用铁触媒作催化剂
C．温度为400~500 ℃ D．压强为10 MPa~30 MPa
3． 合成氨时既要使氨的产率增大，又要使反应速率加快，可采取的办法是(　　)
①减压　 ②加压　 ③升温 　④降温 　⑤及时从平衡混合气中分离出NH3　
⑥补充N2或H2 ⑦加催化剂　 ⑧减小N2或H2的量
A．③④⑤⑦　　　　　　 B．①②⑤⑥
C．②⑥　　　　　　　　 D．②③⑥⑦
4．在一定条件下，对于在密闭容器中进行的合成氨的反应，下列说法正确的是(　　)
A．当氮气和氢气投料比(物质的量之比)约为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合成氨反应的反应速率时，数值大小相同
5． 硫酸是重要的化工原料，工业上由硫或硫铁矿通过反应可得SO2，SO2催化氧化生成SO3，再用浓硫酸吸收SO3得发烟硫酸(H2SO4·SO3)，发烟硫酸与水反应可得硫酸。下列有关接触法制硫酸的说法正确的是(　　)
A．硫铁矿和氧气在高温下发生的反应为吸热反应
B．升高接触室中的温度能提高SO2的平衡转化率
C．将SO3从吸收塔底部通入，浓硫酸从塔顶喷淋，提高了SO3的吸收率
D．将1 mol H2SO4·SO3全部转化为H2SO4需消耗2 mol H2O
6． 工业合成氨：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=－92.4 kJ·mol-1，一般采用700 K左右的温度，其原因是(　　)
①提高H2的转化率　②适当提高氨的合成速率　③提高氨的产率　④催化剂在700 K左右时活性最大
A．只有①　　　　　　B．②④ C．②③④　　　　　 　D．①②
7． 下列有关化学反应速率和化学平衡的说法不正确的是(　　)
A．对于化学反应来说,反应速率越快，反应现象不一定越明显
B．N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，其他条件不变时，升高温度，反应速率v(H2)和氢气的平衡转化率均增大
C．化学反应速率理论可指导怎样在一定时间内快出产品，化学平衡理论可指导怎样用有限的原料多出产品
D．CaCO3(s) ===CaO(s)+CO2(g)在室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH>0
8． 纳米钴常作为CO加氢反应的催化剂:CO(g)+3H2(g)CH4(g)+H2O(g)　ΔH<0。下列说法正确的是(　　)
A．纳米技术的应用,优化了催化剂的性能,提高了反应的转化率
B．缩小容器容积,平衡向正反应方向移动,CO的浓度增大
C．从平衡体系中分离出H2O(g)能加快正反应速率
D．工业生产中采用高温条件,其目的是提高CO的平衡转化率
9． 已知反应COCl2(g)CO(g)+Cl2(g)　ΔH>0。当反应达到平衡时，下列措施能提高COCl2转化率的是(　　)
A．降温　　　　　　 B．增大CO的浓度
C．恒容通入稀有气体　　　　　　 D．恒压通入稀有气体
10．下列平衡体系中,当条件改变时，不能用勒夏特列原理来解释的事实是(　　)
A．N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，高压有利于合成氨
B．2NO2(g)N2O4(g)　ΔH<0，升高温度颜色加深
C．Cl2+H2OHCl+HClO，氯水中加入AgNO3溶液后，溶液颜色变浅
D．2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，加催化剂可以提高生产效率
11．如图所示为工业合成氨的流程图。下列有关说法错误的是(　　)
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，又可以加快反应速率
C．步骤③、④、⑤均有利于提高原料的平衡转化率
D．产品液氨除可生产化肥外，还可用作制冷剂
12．目前工业上利用甲烷催化裂解生产不含一氧化碳和二氧化碳的清洁氢气。该过程多用铁、钴和镍等过渡金属纳米催化剂：CH4(g) C(s)+2H2(g)，已知温度升高，甲烷的平衡转化率增大。下列有关说法不正确的是(　　)
A．甲烷裂解属于吸热反应
B．在反应体系中加催化剂，反应速率增大
C．增大体系压强，不能提高甲烷的转化率
D．在1 500 ℃以上时，甲烷的转化率很高,但几乎得不到C，是因为该反应为放热反应
13．德国化学家哈伯在合成氨方面的研究促进了人类的发展。合成氨的工业流程如图，下列说法错误的是(　　)
A．增大压强既可以加快反应速率，又可以提高原料转化率
B．升高温度既可以加快反应速率，又可以提高平衡转化率
C．冷却过程中采用热交换有助于节约能源
D．原料循环使用可提高其利用率
14．中国科学家在合成氨[N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0]反应机理的研究中取得新进展，首次报道了LiH-3d过渡金属这一复合催化剂体系，并提出了“氮转移”催化机理，如图所示。下列说法不正确的是(　　)
A．转化过程中有非极性键的断裂与形成
B．复合催化剂降低了反应的活化能
C．复合催化剂能降低合成氨反应的焓变
D．低温下合成氨,能提高原料转化率
15．常压下羰基化法精炼镍的原理为Ni(s)+4CO(g)Ni(CO)4(g)。230 ℃时，该反应的平衡常数K=2×10-5。已知：Ni(CO)4的沸点为42.2 ℃，固体杂质不参与反应。
第一阶段：将粗镍与CO反应转化成气态Ni(CO)4；
第二阶段：将第一阶段反应后的气体分离出来，加热至230 ℃制得高纯镍。
下列判断不正确的是(　　)
A．该反应达到平衡时，v分解[Ni(CO)4]=4v消耗(CO)
B．第一阶段应选择稍高于42.2 ℃的反应温度
C．第二阶段，230 ℃时Ni(CO)4分解率较高
D．其他条件不变，增大c(CO),平衡正向移动，该反应的平衡常数不变
二、填空题（本题包括4个小题，共40分）
16．(10分)在硫酸的工业生产中，通过下列反应使SO2转化为SO3：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH<0。已知常压下平衡混合气体中SO3的体积分数为91%,回答下列问题:
(1)在工业生产中常通入过量的空气是为了 。
(2)加热到400~500 ℃是由于 。
(3)压强应采用　　　(填“高压”或“常压”)。原因是 。
(4)常用浓H2SO4来吸收SO3,而不用水，原因是 。
(5)尾气中的SO2必须回收，是因为 。
17．(10分)研究CO2氧化C2H6制C2H4对资源综合利用有重要意义。
相关的主要化学反应有：
Ⅰ　C2H6(g)C2H4(g)+H2(g)　ΔH1=136 kJ·mol-1
Ⅱ　C2H6(g)+CO2(g)C2H4(g)+H2O(g)+CO(g) ΔH2=177 kJ·mol-1
Ⅲ　C2H6(g)+2CO2(g)4CO(g)+3H2(g)　ΔH3
Ⅳ　CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)　ΔH4=41 kJ·mol-1
(1)CO2和C2H6按物质的量1∶1投料,在923 K和保持总压恒定的条件下,研究催化剂X对“CO2氧化C2H6制C2H4”的影响,所得实验数据如下表:
催化剂 转化率C2H6/% 转化率CO2/% 产率C2H4/%
催化剂X 19.0 37.6 3.3
结合具体反应分析,在催化剂X作用下，CO2氧化C2H6的主要产物是　　　　，判断依据是 。
(2)采用选择性膜技术(可选择性地让某气体通过而离开体系)可提高C2H4的选择性(生成C2H4的物质的量与消耗C2H6的物质的量之比)。在773 K，乙烷平衡转化率为9.1%，保持温度和其他实验条件不变，采用选择性膜技术，乙烷转化率可提高到11.0%。结合具体反应说明乙烷转化率增大的原因是 。
18．(10分)近年来，随着聚酯工业的快速发展，氯气的需求量和氯化氢的产出量也随之迅速增长。因此，将氯化氢转化为氯气的技术成为科学研究的热点。Deacon发明的直接氧化法为：4HCl(g)+O2(g) ===2Cl2(g)+2H2O(g)。下图为刚性容器中，进料浓度比c(HCl)∶c(O2)分别等于1∶1、4∶1、7∶1时HCl平衡转化率随温度变化的关系：
可知反应平衡常数K(300 ℃)　　　　K(400 ℃)(填“大于”或“小于”)。设HCl初始浓度为c0，根据进料浓度比c(HCl)∶c(O2)=1∶1的数据计算K(400 ℃)=　　　　　　　　(列出计算式)。按化学计量比进料可以保持反应物高转化率，同时降低产物分离的能耗。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低、过高的不利影响分别是 。
19．(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 。
1．答案：A
解析：根据ΔG=ΔH-TΔS<0时反应可以自发进行，该反应的ΔH<0、ΔS<0，所以在低温或常温下可自发进行，A正确；恒容条件下充入稀有气体，参与反应的各物质的浓度没有改变则平衡不移动同，对氨气的合成没有影响，B错误；合成氨的反应是分子数减小的反应，高压有利于平衡向正反应方向移动，且能提高正反应速率，跟催化剂的活性无关，C错误；N2的量越多，H2的转化率越大，但并不是N2越多越好，D错误。
2．答案：A
解析：工业生产中，要求反应速率快，转化率高，从反应速率方面考虑应选择高效催化剂、升高温度，从转化率方面考虑应选择较高的压强，所以B、C、D都是工业生产氨气的适宜条件。
3．答案：C
解析：合成氨的反应原理为N2(g)＋3H2(g) 2NH3(g)　ΔH<0，正反应是气体体积减小的放热反应，要使平衡向正反应方向移动且同时加快反应速率，可采取加压或增大反应物浓度的措施，故②⑥符合题意，
C正确。
4．答案：A
解析：当氮气和氢气投料比约为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，H2和NH3的浓度比不一定为3∶2，C错误；同一反应中，反应速率之比等于对应物质的化学计量数之比，因氮气和氢气的化学计量数不同，则反应速率的数值不同，D错误。
5．答案：C
解析：硫铁矿和氧气在高温下发生的反应为放热反应，A错误；SO2催化氧化生成SO3的反应是放热反应，升高温度，平衡逆向移动，降低SO2的平衡转化率，B错误；将SO3从吸收塔底部通入，浓硫酸从塔顶喷淋，逆向对流有利于提高SO3的吸收率，C正确；将1 mol H2SO4·SO3全部转化为H2SO4需消耗1 mol H2O，生成2 mol H2SO4，D错误。
6．答案：B
解析：工业合成氨：N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH=－92.4 kJ·mol-1，正反应为放热反应，温度越低原料转化率越高，但是低温下反应速率较小，为提高氨的合成速率，温度不能太低，且催化剂在700 K左右时活性最大，综合考虑转化率和反应速率，一般采用700 K左右的温度。
7．答案：B
解析：有的化学反应现象明显，有的化学反应现象不明显，和反应速率无关，如稀硫酸与氢氧化钠的中和反应的反应速率很快，但现象不明显，A正确；升高温度，平衡逆向移动，则H2的平衡转化率减小，B错误；根据影响化学反应速率的因素，可通过改变条件来增大反应速率，使一定时间内的产率升高，结合影响化学平衡的因素，采用合适的外界条件，使平衡向正反应方向移动，可提高产率，C正确；CaCO3(s)===CaO(s)+CO2(g)是体系混乱度增大的反应，在室温下不能自发进行，说明该反应的ΔH>0，D正确。
8．答案：B
解析：催化剂可加快反应速率，但不能使平衡发生移动，A错误；该反应的正反应是气体体积减小的反应，缩小容器的容积，平衡向正反应方向移动，但CO的浓度增大，B正确；从平衡体系中分离出H2O(g)，达到新的平衡，正、逆反应速率比原平衡慢，C错误；该反应的正反应为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，反应物转化率会降低，工业生产中采用高温条件，能提高化学反应速率，缩短达到平衡所需要的时间，D错误。
9．答案：D
解析：该反应的ΔH>0，为吸热反应,降温平衡逆向移动，COCl2转化率减小；增大CO的浓度，平衡逆向移动，COCl2转化率减小；恒容通入稀有气体，平衡不移动，转化率不变；恒压通入稀有气体，反应体系的压强减小，平衡正向移动，COCl2转化率增大。
10．答案：D
解析：反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)的正反应是气体分子数目减小的反应，增大压强平衡正向移动，所以高压有利于合成氨，能用勒夏特列原理来解释，A不符合题意；反应2NO2(g)N2O4(g)　ΔH<0的正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，颜色加深，能用勒夏特列原理来解释，B不符合题意；氯水中加入AgNO3溶液后，银离子与氯离子反应生成氯化银，氯离子的浓度减小，平衡正向移动，溶液颜色变浅，能用勒夏特列原理来解释，C不符合题意；催化剂能加快反应速率，可提高生产效率，但催化剂不能使平衡移动，不能用勒夏特列原理来解释，D符合题意。
11．答案：C
解析：催化剂“中毒”指因吸附或沉积“毒物”而使催化剂活性降低或丧失的过程，合成氨使用铁触媒作催化剂，为防止混有的杂质使催化剂中毒，须将原料净化处理，A项正确；步骤②中“加压”可增大氮气、氢气的浓度，加快合成氨反应速率，使平衡正移，提高原料转化率，B项正确；合成氨反应为放热反应，步骤③使用较高温度不利于提高原料转化率，使用催化剂也不能使平衡移动，步骤④、⑤有利于提高原料的转化率，C项错误；产品液氨可用酸吸收生成铵态氮肥，液氨汽化时会吸收大量热，可用作制冷剂，D项正确。
12．答案：D
解析：根据温度升高，甲烷的平衡转化率增大可知，甲烷裂解属于吸热反应，A正确，D错误；催化剂能加快化学反应速率，B正确；甲烷发生裂解，反应后气体体积增大，故增大体系压强，平衡向逆反应方向移动，C正确。
13．答案：B
解析：增大压强可以加快合成氨的反应速率，平衡正向移动，可以提高原料转化率，A正确；合成氨反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，降低平衡转化率，B错误；冷却过程中采用热交换有助于节约能源，C正确；原料循环使用，可提高其利用率，D正确。
14．答案：C
解析：该反应是可逆反应，单质中存在非极性键，所以有非极性键的断裂与形成，A正确；催化剂能降低反应所需的活化能，B正确；催化剂不能改变反应的焓变，所以复合催化剂不能降低合成氨反应的焓变，C错误；N2(g)+3H2(g)2NH3(g)　ΔH<0，该反应的正反应为放热反应，低温条件下，平衡正向移动，因此低温下合成氨能提高原料转化率，D正确。
15．答案：A
解析：同一化学反应中，反应速率之比等于对应物质的化学计量数之比，该反应达到平衡时，应满足4v分解[Ni(CO)4]=v消耗(CO)，A错误；第一阶段得到气态Ni(CO)4，应选择稍高于42.2 ℃的反应温度，B正确；230 ℃时可得到高纯镍，说明此时Ni(CO)4分解率较高，C正确；通常情况下，平衡常数只与温度有关，温度不变，平衡常数不变，D正确。
16．答案：
(1)增大O2的浓度，使平衡正向移动，提高SO2的转化率，使成本高的SO2得到充分利用
(2)400~500 ℃是催化剂的活性温度，选择此温度可以提高反应速率，缩短达到平衡的时间
(3)常压 常压下，平衡混合气体中SO3的体积分数已达91%，若再加压，对设备动力系统要求高，成本高
(4)用水吸收易形成酸雾，吸收效果差
(5)SO2是有毒气体，避免对环境造成污染
解析：在硫酸的工业生产中，运用化学平衡原理选择适宜的反应条件，要综合考虑浓度、压强、温度、催化剂等对该反应的反应速率、转化率的影响，同时还要考虑工业生产的实际情况和生产成本。硫酸工业中2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)　ΔH<0，该反应的正反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动,增大压强，平衡正向移动，题中所给数据表明，常压下该反应的转化率较大，结合反应的实际和工业生产的实际情况以及SO2和SO3的性质解答该题。
17．答案：(1)①CO　C2H4的产率低，说明催化剂X有利于提高反应Ⅲ速率　
(2)选择性膜吸附C2H4，促进反应Ⅱ平衡正向移动
解析：(1)①CO2转化率较高，C2H4的产率较低，说明反应Ⅲ的反应速率较快，相同时间内，CO产量较高，则催化剂X有利于提高反应Ⅲ的速率。(2)采用选择性膜技术，使C2H4离开反应体系，相当于减小生成物的浓度，可使反应Ⅱ平衡正向移动，提高C2H6的转化率。
18．答案：大于 　　 O2和Cl2分离能耗较高、HCl转化率较低
解析：由题图可知，温度升高，HCl平衡转化率降低，即平衡逆向移动，则该可逆反应的正反应是放热反应，故K(300 ℃)>K(400 ℃)；随着进料浓度比c(HCl)∶c(O2)逐渐增大，HCl平衡转化率逐渐降低，所以图中三条曲线由上到下分别对应的进料浓度比c(HCl)∶c(O2)为1∶1、4∶1、7∶1，400 ℃、c(HCl)∶c(O2)=1∶1时，HCl的平衡转化率为84%。设HCl初始浓度为c0(O2初始浓度也为c0)，则平衡时HCl、O2、Cl2、H2O(g)的浓度分别为(1-0.84)c0、(1-0.21)c0、0.42c0、0.42c0，则K(400 ℃)==。进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过低，导致平衡时气体中混有大量O2，增大分离能耗；进料浓度比c(HCl)∶c(O2)过高，会导致平衡时HCl转化率较低。
19 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。
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