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）2022-2023学年上学期高二化学鲁科版（2019）选择性必修1

第2章第4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．在反应中，不能使反应速率增大的措施是
A．增大压强 B．升高温度 C．恒容通入 D．增加碳的量
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．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
4．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
5．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
6．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
7．一定温度下，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)
8．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
9．我国科学家通过对月壤样本的研究提出，未来在月球可利用月壤做催化剂进行人工光合作用，其中涉及的反应之一为(该条件下所有物质均为气态)。下列说法错误的是
A．月壤可以加快该化学反应的速率
B．改变温度可以改变该化学反应的限度
C．1mol和3mol充分反应可得到1mol
D．混合气体的总物质的量保持不变可判断该反应达到化学平衡状态
10．利用合成气(CO和)在催化剂作用下合成甲醇：(Q>0)，反应体系中CO的平衡转化率α(CO)与温度、压强的关系如图所示。下列说法错误的是
A．升高温度，平衡常数减小
B．
C．在不同温度、压强下进行该反应，α(CO)不可能相等
D．若，则合成气中
11．在反应C(s)+CO2(g) 2CO(g)中，可使化学反应速率明显增大的措施是
①增大压强　②升高温度　③增大CO2的浓度　④增加碳的量　⑤降低压强
A．①②③ B．②③④
C．①②③④ D．②③④⑤
12．已知化合物A与H2O在一定条件下反应生成化合物B与HCOO ，其反应历程如图所示，其中TS表示过渡态，Ⅰ表示中间体。下列说法正确的是
A．化合物A与H2O之间的碰撞均为有效碰撞
B．平衡状态时，升温使反应逆向移动
C．该历程中的最大活化能E正=16.87kJ·mol-1
D．使用更高效的催化剂可降低反应所需的活化能和反应热
13．用活性炭还原NO2可防止空气污染，其反应原理为2C(s)＋2NO2(g) N2(g)＋2CO2(g)。在密闭容器中1 mol NO2和足量C发生上述反应，反应相同时间内测得NO2的生成速率与N2的生成速率随温度变化的关系如图1所示；维持温度不变，反应相同时间内测得NO2的转化率随压强的变化如图2所示。
下列说法错误的是
A．图1中的A、B、C三个点中只有C点达平衡状态
B．图2中E点的v逆小于F点的v正
C．图2中平衡常数K(E)=K(G)，则NO2的平衡浓度c(E)=c(G)
D．在恒温恒容下，向图2中G点平衡体系中充入一定量的NO2，与原平衡相比，NO2的平衡转化率减小
14．下列说法正确的是
A．在常温下，放热反应一般能自发进行，吸热反应都不能自发进行
B． ，在无催化下不加热也能自发进行，原因是反应有自发地向混乱度增加的方向转变的倾向
C．焓变和熵变都与反应的自发性有关，因此焓变或熵变均可以单独作为反应自发性的判据
D．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
15．在溶液中存在如下平衡：，下列说法中不正确的是
A．将固体溶于少量水中得到绿色溶液
B．将固体溶于大量水中得到蓝色溶液
C．向溶液中加入少量固体，平衡向逆反应方向移动
D．向溶液中加入固体，平衡向逆反应方向移动
二、填空题
16．反应①Fe(s)+CO2(g)FeO(s)+CO(g) ΔH1=-akJ mol-1，平衡常数为K；反应②CO(g)+O2(g)=CO2(g) ΔH2=-bkJ mol-1。测得在不同温度下，K值如表：
温度/℃ 500 700 900
K 1.00 1.47 2.40
(1)若500℃时进行反应①，CO2起始浓度为2mol L-1，CO的平衡浓度为____。
(2)反应①中的a____0(填大于、小于、等于)。
(3)700℃反应①达到平衡，要使得该平衡向右移动，其他条件不变时，可以采取的措施有____(填序号)。
A．缩小反应器体积 B．通入CO2
C．升高温度到900℃ D．使用合适的催化剂
(4)下列图象符合反应①的是_____(填序号)(图中φ是混合物中CO的含量，T为温度)。
A． B． C．
(5)反应③2Fe(s)+O2(g)=2FeO(s) ΔH3=_____。
17．在体积恒定的密闭容器中投入物质A和物质B在适宜的条件下发生反应：A(s)+2B(g)2C(g)+D(g)。
(1)相同的压强下，充入一定量的A、B后，在不同温度下C的百分含量与时间的关系如图1所示。则T1____T2(填“＞”、“＜”或“=”)，该反应的正反应的△H____0(填“＞”、“＜”或“=”)。
(2)若该反应的逆反应速率与时间的关系如图2所示：
①由图可见，反应在t1、t3、t7时都达到了平衡，而t2、t8时都改变了条件，则t8时改变的条件是____。
②若t4时降压，t5时达到平衡，t6时增大反应物的浓度，请在图中画出t4～t6时逆反应速率与时间的关系线____。
三、实验题
18．回答下列问题
(1)的分解速率受温度、浓度、催化剂以及溶液酸碱性等多种因素影响。实验测得70℃时，甲、乙两种条件下浓度随时间的变化如下图所示：
①图甲表明，_______条件相同时，_______越大，分解速率越快。
②图乙表明，_______条件相同时，_______越大，分解速率越快。
(2)对于分解反应，也有一定的催化作用。为比较和对分解的催化效果，研究小组的同学设计了如图所示的实验。
①可通过观察_______，比较得出结论。
②有同学提出将溶液改为更为合理，其理由是_______。
19．已知KMnO4和H2C2O4(草酸)在酸性溶液中会发生如下反应：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4=K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O。甲、乙两个实验小组欲探究影响化学反应速率的因素，设计实验方案如下(实验中所用KMnO4溶液均已酸化)：
(1)甲组：通过测定单位时间内生成CO2气体体积的量来比较化学反应速率，实验装置如图所示：
实验时分液漏斗中A溶液一次性加入，A、B的成分见下表：
序号 A溶液 B溶液
① 2 mL 0.1 mol·L-1 H2C2O4溶液 4 mL 0.01 mol·L-1 KMnO4溶液
② 2 mL 0.2 mol·L-1 H2C2O4溶液 4 mL 0.01 mol·L-1 KMnO4溶液
③ 2 mL 0.2 mol·L-1 H2C2O4溶液 4 mL 0.01 mol·L-1 KMnO4溶液，少量MnSO4(催化剂)
该实验探究的是_______因素对化学反应速率的影响。在反应停止之前，相同时间内针筒中所得CO2的体积由大到小的顺序是_______(填实验序号)。
(2)乙组：通过测定KMnO4溶液褪色所需时间的长短来比较化学反应速率。
取两支试管各加入2 mL 0.1 mol·L-1 H2C2O4溶液，另取两支试管各加入4 mL 0.1 mol·L-1 KMnO4溶液，将四支试管分成两组(每组各有一支试管盛有H2C2O4溶液和KMnO4溶液)，一组放入冷水中，另一组放入热水中，一段时间后，分别混合并振荡，记录溶液褪色所需时间。该实验试图探究_______因素对化学反应速率的影响，但该组同学始终没有看到溶液完全褪色，其原因是_______。
第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页
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参考答案：
1．D
【详解】A．增大压强，反应物浓度增大，反应速率加快，故不选A；
B．升高温度，反应速率加快，故不选B；
C．恒容通入，反应物浓度增大，反应速率加快，故不选C；
D．碳是固体，增加碳的量，反应物浓度不变，不能使反应速率增大，故选D。
选D。
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．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。
4．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。
5．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。
6．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。
7．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。
8．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。
9．C
【详解】A．题目中指出月壤做催化剂，催化剂可以加快化学反应速率，A正确；
B．反应伴随着能量变化，温度可以使化学平衡发生移动，即可以改变该化学反应的限度，B正确；
C．该反应是可逆反应反应物不能完全转化为生成物，故1mol和3mol充分反应不可得到1mol，C错误；
D．该反应前后气体总物质的量发生改变，故混合气体的总物质的量保持不变可判断该反应达到化学平衡状态，D正确；
故选C。
10．C
【分析】反应为放热反应，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小；反应为气体分子数减小的反应，相同条件下，增大压强，平衡正向移动，CO的平衡转化率增大，故；
【详解】A．由分析可知，升高温度平衡逆向移动，平衡常数减小，A正确；
B．由分析可知，增大压强，平衡正向移动，CO的平衡转化率增大，故，B正确；
C．温度、压强均会改变平衡移动，由图可知，不同温度、压强下进行该反应，α(CO)可能相等，C错误；
D．若，则反应中投料比等于反应的系数比，故合成气中，D正确；
故选C。
11．A
【详解】①该反应是有气体参加和生成的反应，增大压强，化学反应速率明显增大，故符合题意；
②升高温度，化学反应速率明显增大，故符合题意；
③增大二氧化碳的浓度，反应物浓度增大，化学反应速率明显增大，故符合题意；
④碳是浓度为定值的固体，增加碳的量，反应速率不变，故不符合题意；
⑤该反应是有气体参加和生成的反应，降低压强，化学反应速率明显减小，故不符合题意；
①②③符合题意，故选A。
12．B
【详解】A．活化分子间的部分碰撞为有效碰撞，A错误；
B．据图可知该反应为放热反应，升高温度平衡逆向一定，B正确；
C．据图可知第二步反应的能垒最大，为E正=[16.87-(-1.99)]kJ·mol-1=18.86 kJ·mol-1，C错误；
D．催化剂可降低反应活化能，但不改变反应热，D错误；
综上所述答案为B。
13．C
【详解】A．由2C(s)＋2NO2(g)N2(g)＋2CO2(g)可知，NO2的生成速率(逆反应速率)应该是N2的生成速率(正反应速率)的二倍时才能使正、逆反应速率相等，即达到平衡，只有C点满足，故A正确；
B．由图2知，E点反应未达到平衡，F点反应达到平衡，且压强E＜F，则E点的v逆小于F点的v正，故B正确；
C．由题中信息可知，维持温度不变，即E、G两点温度相同，平衡常数K(E)=K(G)，混合气体中气体压强与浓度有关，压强越大，体积越小，浓度越大，所以G点压强大，浓度大，即c(E)＜c(G)，故C错误；
D．在恒温恒容下，向G点平衡体系中充入一定量的NO2，等效于加压，平衡逆向移动，NO2的平衡转化率减小，故D正确；
故选：C。
14．B
【详解】A．吸热反应常温下也可能自发进行，比如，故A错误；
B．这个反应是分解反应，由一种固体分解生成多种气体，体系混乱度增加，所以，又由于，时反应才可自发进行，由于体系有自发向混乱度增加的方向转变的倾向，导致反应可以自发进行，故B正确；
C．反应能自发进行的判断依据是，焓变和熵变不可单独作为判断依据，故C错误；
D．催化剂只能加快或减慢反应速率，不能改变反应的限度和方向，故D错误；
故选B。
15．C
【详解】A．固体溶于少量水中，溶液中同时存在和离子，黄色和蓝色混合得到的是绿色，故A正确；
B．将固体溶于大量水中得到的是它的稀溶液，铜离子主要以存在，溶液显蓝色，故B正确；
C．溶液中加入少量固体，氯离子和银离子生成氯化银沉淀，溶液中氯离子浓度减小，根据平衡移动原理，平衡正向移动，故C错误；
D．向溶液中加入固体，溶液中氯离子浓度增大，根据平衡移动原理，平衡逆方向移动，故D正确；
答案C。
16．(1)1mol/L
(2)小于
(3)BC
(4)A
(5)-2(a+b)kJ mol-1
【详解】（1）由表可知，500℃时K=1，说明平衡时c(CO2)=c(CO)，则
2-x=x，x=1mol/L，故CO的平衡浓度为1mol/L。
（2）由表可知，温度升高，K值增大，平衡正移，所以反应吸热，故a小于0。
（3）A．该反应气体系数不变，缩小反应体积，平衡不移动，A错误；
B．通入CO2，即增大反应物浓度，平衡右移，B正确；
C．由于反应吸热，故升高温度，平衡右移，C正确；
D．使用催化剂改变反应速率，但平衡不移动，D错误；
故答案选BC。
（4）反应吸热，温度升高平衡正移，混合物中CO的含量增大，且温度升高，反应速率增大，反应达到平衡的时间缩短，故答案选A。
（5）利用盖斯定律，①×2+②×2可得③式，
ΔH3＝ΔH1×2+ΔH2×2＝－akJ mol－1×2+(－bkJ mol－1)×2＝－2(a+b)kJ mol－1。
17．(1) ＞ ＞
(2) 使用催化剂
【详解】(1)根据先拐先平衡，如图1T1＞T2，温度高C的百分含量也大，所以升温平衡向正反应方向移动，故正反应为吸热反应，故答案为：＞；＞；
(2)①t8后，正逆反应速率同等程度增大，反应前后气体体积不相同，只能是使用了催化剂，故答案为：使用催化剂；
②t4时降压，则逆反应速率瞬间变小后逐渐增大，平衡正向移动，t5时达到平衡逆反应速率不变，t6时增大反应物的浓度，逆反应瞬间没变，但随后速率也会慢慢增加，所以请在图2中画出t4～t6时逆反应速率与时间的关系线如图：，故答案为：
18．(1) pH c (H2O2） c (H2O2） pH
(2) ①气泡产生的快慢 ②消除阴离子 对H2O2分解催化作用的干扰
【详解】（1）从图甲看出，相同时间内，起始 c (H2O2）越大，H2O2的浓度变化量越大，即分解速率越快，从图乙看出，NaOH 溶液浓度越大，即 pH 越大，H2O2分解速率越快，故本题答案为：pH；c (H2O2）；c (H2O2）； pH。
（2）①气泡产生的快慢，可以看出反应速率的快慢，故本题的答案为：气泡产生的快慢；控制变量的做法，阴离子都是，只有阳离子的不同对反应的催化效果不同，故本题的答案为：②消除 对H2O2分解起到催化作用的干扰。
19．(1) 浓度和催化剂 ③②①
(2) 温度 KMnO4溶液过量
【分析】利用KMnO4和H2C2O4(草酸)在酸性溶液中会发生氧化还原反应制备二氧化碳，通过测定单位时间内生成CO2气体体积的大小和测定KMnO4溶液褪色所需时间的长短来比较化学反应速率，进而探究外因对化学反应速率的影响。
（1）
对比实验序号为①②的实验可探究浓度对化学反应速率的影响，②中A溶液的浓度比①中大，化学反应速率大，所得CO2的体积大；对比②③实验可探究催化剂对化学反应速率的影响，③中使用了催化剂，故相同时间内③实验中所得二氧化碳最多，故答案为反应物的浓度和催化剂；③＞②＞①；
（2）
一组放入冷水中，另一组放入热水中，故该实验试图探究温度对化学反应速率的影响。草酸和高锰酸钾反应的方程式为：2KMnO4＋5H2C2O4＋3H2SO4===K2SO4＋2MnSO4＋10CO2↑＋8H2O，草酸的物质的量为：0.002 L×0.1 mol L 1=2×10 4 mol，高锰酸钾的物质的量为：0.004 L×0.1mol L 1=4×10 4 mol，由方程式可知，酸性高锰酸钾过量，故没看到溶液完全褪色，故答案为酸性高锰酸钾溶液过量。
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