2023-2024学年高中化学人教版2019选择性必修1课后习题 第二章第四节 化学反应的调控（含解析）
文档属性
| 名称 | 2023-2024学年高中化学人教版2019选择性必修1课后习题 第二章第四节 化学反应的调控（含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 153.2KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2023-12-11 14:58:47 | ||
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文档简介
第四节 化学反应的调控
A级 必备知识基础练
1.(2021广西浦北中学高二月考)由丙烯合成正丁醛的反应:CH3CHCH2(g)+CO(g)+H2(g)CH3CH2CH2CHO(l) ΔH<0,为增大反应速率和提高原料气的转化率,你认为应该采用的适宜反应条件是( )
A.低温、高压、催化剂
B.适当的温度、高压、催化剂
C.常温、常压、催化剂
D.适当的温度、常压、催化剂
2.(2021山东滕州第五中学高二月考)对于可逆反应A(g)+2B(g)2C(g) ΔH<0,达到平衡时,要使正反应速率增大,且使A的转化率增大,以下的措施可行的是( )
A.降低温度 B.增大B的浓度
C.减小C的浓度 D.加入催化剂
3.硫酸是一种重要的化工产品,目前主要采用“接触法”进行生产。有关接触氧化反应2SO2+O22SO3的说法中正确的是( )
A.只要选择适宜的条件,SO2和O2就能全部转化为SO3
B.该反应达到平衡后,反应就完全停止了,即正、逆反应速率均为零
C.在达到平衡的体系中,充入由18O组成的O2后,SO2中18O含量减少,SO3中18O含量增多
D.在工业合成SO3时,要同时考虑反应速率和反应能达到的限度两方面的问题
4.德国哈伯发明低成本制造大量氨的方法,流程图中为提高原料转化率而采取的措施是( )
A.①②③ B.②④⑤
C.①③⑤ D.②③④
5.下列有关合成氨工业的说法正确的是( )
A.从合成塔出来的混合气体中,其中NH3只占15%,所以合成氨厂的产率都很低
B.由于氨易液化,N2、H2在实际生产中可循环使用,所以总体来说合成氨的产率很高
C.合成氨工业的反应温度控制在400~500 ℃,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越大,产率越高,无须考虑设备、条件
6.在N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0的平衡体系中,当分离出NH3时,下列说法正确的是( )
A.改变条件后速率—时间图像如图所示
B.此过程中Q>K
C.平衡体系中NH3的含量增大
D.N2的转化率增大
7.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压强1.0×105 Pa、反应时间3 h):
T/K 303 313 323 353
4.8 5.9 6.0 2.0
相应的热化学方程式如下:
N2(g)+3H2O(l)2NH3(g)+O2(g) ΔH=+765.2 kJ·mol-1。
回答下列问题:
(1)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: 。
(2)工业合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。设在容积为2.0 L的密闭容器中充入0.60 mol N2(g)和1.60 mol H2(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。计算:
①该条件下N2的平衡转化率为 。
②该条件下反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的平衡常数为 。
③根据合成氨反应的特点分析,当前最有前途的研究发展方向是 (填字母)。
A.研制耐高压的合成塔
B.采用超大规模的工业生产
C.研制耐低温复合催化剂
D.探索不用H2和N2合成氨的新途径
B级 关键能力提升练
以下选择题中有一个或两个选项符合题目要求
8.据报道,在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实:2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g),下列叙述错误的是( )
A.使用Cu-Zn-Fe催化剂可大大提高生产效率
B.反应需在300 ℃下进行可推测该反应是吸热反应
C.充入大量CO2气体可提高H2的转化率
D.从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率
9.纳米钴常用于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,提高生产效率,但不能提高反应的转化率
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
10.某温度下,发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,N2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.将1 mol N2和3 mol H2置于1 L密闭容器中发生反应,放出的热量为92.4 kJ
B.平衡状态由A到B时,平衡常数K(A)C.上述反应在达到平衡后,增大压强,H2的转化率增大
D.升高温度,平衡常数K减小
11.(2021河北保定高二检测)对于合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0,下列研究结果和示意图相符的是( )
选项 A B C D
研究 结果 压强对反应的影响 温度对反应的影响 平衡体系增加N2对反应的影响 催化剂对反应的影响
图示
C级 学科素养拔高练
12.N2和H2生成NH3的反应为N2(g)+H2(g)NH3(g) ΔH(298 K)=
-46.2 kJ·mol-1,在Fe催化剂作用下的反应历程如下(*表示吸附态):
化学吸附:N2(g)→2N*;H2(g)→2H*
表面反应:N*+H*NH*;NH*+H*N;N+H*N
脱附:NNH3(g)
其中,N2吸附分解反应活化能高、速率慢,决定了合成氨的整体反应速率。请回答:
(1)利于提高合成氨平衡产率的条件有 (填字母)。
A.低温 B.高温
C.低压 D.高压
E.催化剂
(2)实际生产中,常用Fe作催化剂,控制温度773 K,压强3.0×107 Pa,原料中N2和H2物质的量之比为1∶2.8。分析说明原料气中N2过量的两个理由: 、 。
第四节 化学反应的调控
1.B 合成正丁醛的反应是气体体积减小的反应,故可以采用高压,可加快反应速率且增大转化率;又因为该反应的正反应为放热反应,高温会使原料气的转化率降低,低温会使反应速率减慢,所以要采用适当的温度来提高反应速率,故选B。
2.B 降低温度平衡右移,A的转化率增大,但温度降低反应速率减小,故A错误;增大B的浓度,A的转化率增大,正反应速率加快,故B正确;减少C的浓度,A的转化率增大,正反应速率逐渐减小,故C错误;加入催化剂,A的转化率不变,反应时间减短,故D错误。
3.D 反应为可逆反应,SO2和O2不能全部转化为SO3,A错误;达到平衡后反应不停止,正、逆反应速率相等,B错误;达到平衡后充入由18O组成的O2,平衡向正反应方向移动,SO3中18O含量增多,因为反应可逆,SO2中18O含量也增多,C错误;D正确。
4.B 氮气和氢气在高温、高压和催化剂条件下反应生成氨气,正反应是气体体积减小的放热反应。净化气体是防止杂质气体对催化剂的影响,不能提高原料的转化率,①不符合;加压,平衡正向移动,可以提高原料的利用率,②符合;使用催化剂,可以加快反应速率,但平衡不移动,不能提高原料转化率,③不符合;分离出氨气,平衡正向移动,可以提高原料的转化率,④符合;氮气和氢气的再循环,可提高原料的转化率,⑤符合。
5.B 合成氨的反应在适宜的生产条件下达到平衡时,原料的转化率并不高,一次反应后氨的产率很低;但将生成的NH3分离,再将未反应的N2、H2循环利用,可使氨的产率提高,A项错误、B项正确;合成氨工业选择400~500 ℃的温度,主要从反应速率和催化剂活性两方面考虑,合成氨的反应是放热反应,低温才有利于平衡向正反应方向移动,C项错误;不论从反应速率还是化学平衡考虑,高压更有利于合成氨,但压强太大,对设备、动力的要求更高,因此一般选择10 MPa~30 MPa,D项错误。
6.D 分离出NH3,Qv(逆),A、B均错误;平衡向正反应方向移动,N2的转化率增大,由于分离出NH3,体系中NH3的含量减小,C错误,D正确。
7.答案 (1)升温、增大N2浓度(合理即可)
(2)①66.7% ②5.0×10-3 ③C
解析 (2)①设反应消耗x mol N2(g),列三段式
N2(g)+ 3H2(g)2NH3(g)
起始/mol 0.60 1.60 0
转化/mol x 3x 2x
平衡/mol 0.60-x 1.60-3x 2x
平衡时反应体系总物质的量为[(0.60-x)+(1.60-3x)+2x] mol=(2.20-2x) mol
NH3(g)的物质的量分数为
解得x=0.40,N2的平衡转化率为×100%≈66.7%。
②设此时反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的平衡常数为K。平衡时,c(NH3)= mol·L-1=0.40 mol·L-1,c(N2)= mol·L-1=0.10 mol·L-1,c(H2)= mol·L-1=0.20 mol·L-1,K==5.0×10-3。
8.B 使用催化剂可加快反应速率,提高生产效率,A正确;只根据反应所需温度无法确定该反应是吸热反应还是放热反应,B错误;增大反应物CO2的浓度,可提高H2的转化率,C正确;从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O,减小生成物的浓度,可使平衡正向移动,提高CO2和H2的利用率,D正确。
9.AB 纳米技术的应用,优化了催化剂的性能,使用了性能更好的催化剂,可以大大加快反应速率,提高生产效率,但催化剂不影响化学平衡,不能提高反应的转化率,A正确;该反应为气体体积减小的反应,缩小容器容积,平衡向正反应方向移动,n(CO)减小,但由于容器容积缩小,因此CO的浓度仍增大,B正确;从平衡体系中分离出H2O(g),减小了生成物浓度,这一瞬间正反应速率不变,随着平衡移动,正反应速率减小,C错误;该反应为放热反应,降低温度可提高CO的转化率,工业生产中采用高温条件是为了加快反应速率,提高催化剂的活性,D错误。
10.CD 该反应为可逆反应,加入的1 mol N2和3 mol H2不可能完全反应生成NH3,所以反应放出的热量小于92.4 kJ,A项错误;从状态A到状态B,改变的是压强,温度未发生变化,所以平衡常数不变,B项错误;该反应是反应前后气体分子数减小的反应,增大压强平衡向正反应方向移动,H2的转化率增大,C项正确;升高温度,平衡逆向移动,K减小,D项正确。
11.C A项,由于p1条件先达到平衡,故p1>p2,由p1→p2,减小压强,化学平衡左移,NH3的体积分数应降低,错误;B项,由于此反应ΔH<0,故升温平衡左移,N2的转化率降低,错误;C项,增大N2的量,会使正反应速率瞬间增大,化学平衡右移,正确;D项,使用催化剂,能加快反应速率,缩短到达平衡的时间,错误。
12.答案 (1)AD
(2)原料气中N2相对易得,适度过量有利于提高H2的转化率 N2的吸附分解是决定反应速率的步骤,适度过量有利于提高整体反应速率
解析 (1)N2(g)+H2(g)NH3(g)
A级 必备知识基础练
1.(2021广西浦北中学高二月考)由丙烯合成正丁醛的反应:CH3CHCH2(g)+CO(g)+H2(g)CH3CH2CH2CHO(l) ΔH<0,为增大反应速率和提高原料气的转化率,你认为应该采用的适宜反应条件是( )
A.低温、高压、催化剂
B.适当的温度、高压、催化剂
C.常温、常压、催化剂
D.适当的温度、常压、催化剂
2.(2021山东滕州第五中学高二月考)对于可逆反应A(g)+2B(g)2C(g) ΔH<0,达到平衡时,要使正反应速率增大,且使A的转化率增大,以下的措施可行的是( )
A.降低温度 B.增大B的浓度
C.减小C的浓度 D.加入催化剂
3.硫酸是一种重要的化工产品,目前主要采用“接触法”进行生产。有关接触氧化反应2SO2+O22SO3的说法中正确的是( )
A.只要选择适宜的条件,SO2和O2就能全部转化为SO3
B.该反应达到平衡后,反应就完全停止了,即正、逆反应速率均为零
C.在达到平衡的体系中,充入由18O组成的O2后,SO2中18O含量减少,SO3中18O含量增多
D.在工业合成SO3时,要同时考虑反应速率和反应能达到的限度两方面的问题
4.德国哈伯发明低成本制造大量氨的方法,流程图中为提高原料转化率而采取的措施是( )
A.①②③ B.②④⑤
C.①③⑤ D.②③④
5.下列有关合成氨工业的说法正确的是( )
A.从合成塔出来的混合气体中,其中NH3只占15%,所以合成氨厂的产率都很低
B.由于氨易液化,N2、H2在实际生产中可循环使用,所以总体来说合成氨的产率很高
C.合成氨工业的反应温度控制在400~500 ℃,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越大,产率越高,无须考虑设备、条件
6.在N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0的平衡体系中,当分离出NH3时,下列说法正确的是( )
A.改变条件后速率—时间图像如图所示
B.此过程中Q>K
C.平衡体系中NH3的含量增大
D.N2的转化率增大
7.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压强1.0×105 Pa、反应时间3 h):
T/K 303 313 323 353
4.8 5.9 6.0 2.0
相应的热化学方程式如下:
N2(g)+3H2O(l)2NH3(g)+O2(g) ΔH=+765.2 kJ·mol-1。
回答下列问题:
(1)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: 。
(2)工业合成氨的反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)。设在容积为2.0 L的密闭容器中充入0.60 mol N2(g)和1.60 mol H2(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。计算:
①该条件下N2的平衡转化率为 。
②该条件下反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的平衡常数为 。
③根据合成氨反应的特点分析,当前最有前途的研究发展方向是 (填字母)。
A.研制耐高压的合成塔
B.采用超大规模的工业生产
C.研制耐低温复合催化剂
D.探索不用H2和N2合成氨的新途径
B级 关键能力提升练
以下选择题中有一个或两个选项符合题目要求
8.据报道,在300 ℃、70 MPa下由二氧化碳和氢气合成乙醇已成为现实:2CO2(g)+6H2(g)CH3CH2OH(g)+3H2O(g),下列叙述错误的是( )
A.使用Cu-Zn-Fe催化剂可大大提高生产效率
B.反应需在300 ℃下进行可推测该反应是吸热反应
C.充入大量CO2气体可提高H2的转化率
D.从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率
9.纳米钴常用于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,提高生产效率,但不能提高反应的转化率
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
10.某温度下,发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1,N2的平衡转化率(α)与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是( )
A.将1 mol N2和3 mol H2置于1 L密闭容器中发生反应,放出的热量为92.4 kJ
B.平衡状态由A到B时,平衡常数K(A)
D.升高温度,平衡常数K减小
11.(2021河北保定高二检测)对于合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH<0,下列研究结果和示意图相符的是( )
选项 A B C D
研究 结果 压强对反应的影响 温度对反应的影响 平衡体系增加N2对反应的影响 催化剂对反应的影响
图示
C级 学科素养拔高练
12.N2和H2生成NH3的反应为N2(g)+H2(g)NH3(g) ΔH(298 K)=
-46.2 kJ·mol-1,在Fe催化剂作用下的反应历程如下(*表示吸附态):
化学吸附:N2(g)→2N*;H2(g)→2H*
表面反应:N*+H*NH*;NH*+H*N;N+H*N
脱附:NNH3(g)
其中,N2吸附分解反应活化能高、速率慢,决定了合成氨的整体反应速率。请回答:
(1)利于提高合成氨平衡产率的条件有 (填字母)。
A.低温 B.高温
C.低压 D.高压
E.催化剂
(2)实际生产中,常用Fe作催化剂,控制温度773 K,压强3.0×107 Pa,原料中N2和H2物质的量之比为1∶2.8。分析说明原料气中N2过量的两个理由: 、 。
第四节 化学反应的调控
1.B 合成正丁醛的反应是气体体积减小的反应,故可以采用高压,可加快反应速率且增大转化率;又因为该反应的正反应为放热反应,高温会使原料气的转化率降低,低温会使反应速率减慢,所以要采用适当的温度来提高反应速率,故选B。
2.B 降低温度平衡右移,A的转化率增大,但温度降低反应速率减小,故A错误;增大B的浓度,A的转化率增大,正反应速率加快,故B正确;减少C的浓度,A的转化率增大,正反应速率逐渐减小,故C错误;加入催化剂,A的转化率不变,反应时间减短,故D错误。
3.D 反应为可逆反应,SO2和O2不能全部转化为SO3,A错误;达到平衡后反应不停止,正、逆反应速率相等,B错误;达到平衡后充入由18O组成的O2,平衡向正反应方向移动,SO3中18O含量增多,因为反应可逆,SO2中18O含量也增多,C错误;D正确。
4.B 氮气和氢气在高温、高压和催化剂条件下反应生成氨气,正反应是气体体积减小的放热反应。净化气体是防止杂质气体对催化剂的影响,不能提高原料的转化率,①不符合;加压,平衡正向移动,可以提高原料的利用率,②符合;使用催化剂,可以加快反应速率,但平衡不移动,不能提高原料转化率,③不符合;分离出氨气,平衡正向移动,可以提高原料的转化率,④符合;氮气和氢气的再循环,可提高原料的转化率,⑤符合。
5.B 合成氨的反应在适宜的生产条件下达到平衡时,原料的转化率并不高,一次反应后氨的产率很低;但将生成的NH3分离,再将未反应的N2、H2循环利用,可使氨的产率提高,A项错误、B项正确;合成氨工业选择400~500 ℃的温度,主要从反应速率和催化剂活性两方面考虑,合成氨的反应是放热反应,低温才有利于平衡向正反应方向移动,C项错误;不论从反应速率还是化学平衡考虑,高压更有利于合成氨,但压强太大,对设备、动力的要求更高,因此一般选择10 MPa~30 MPa,D项错误。
6.D 分离出NH3,Q
7.答案 (1)升温、增大N2浓度(合理即可)
(2)①66.7% ②5.0×10-3 ③C
解析 (2)①设反应消耗x mol N2(g),列三段式
N2(g)+ 3H2(g)2NH3(g)
起始/mol 0.60 1.60 0
转化/mol x 3x 2x
平衡/mol 0.60-x 1.60-3x 2x
平衡时反应体系总物质的量为[(0.60-x)+(1.60-3x)+2x] mol=(2.20-2x) mol
NH3(g)的物质的量分数为
解得x=0.40,N2的平衡转化率为×100%≈66.7%。
②设此时反应2NH3(g)N2(g)+3H2(g)的平衡常数为K。平衡时,c(NH3)= mol·L-1=0.40 mol·L-1,c(N2)= mol·L-1=0.10 mol·L-1,c(H2)= mol·L-1=0.20 mol·L-1,K==5.0×10-3。
8.B 使用催化剂可加快反应速率,提高生产效率,A正确;只根据反应所需温度无法确定该反应是吸热反应还是放热反应,B错误;增大反应物CO2的浓度,可提高H2的转化率,C正确;从平衡混合气体中分离出CH3CH2OH和H2O,减小生成物的浓度,可使平衡正向移动,提高CO2和H2的利用率,D正确。
9.AB 纳米技术的应用,优化了催化剂的性能,使用了性能更好的催化剂,可以大大加快反应速率,提高生产效率,但催化剂不影响化学平衡,不能提高反应的转化率,A正确;该反应为气体体积减小的反应,缩小容器容积,平衡向正反应方向移动,n(CO)减小,但由于容器容积缩小,因此CO的浓度仍增大,B正确;从平衡体系中分离出H2O(g),减小了生成物浓度,这一瞬间正反应速率不变,随着平衡移动,正反应速率减小,C错误;该反应为放热反应,降低温度可提高CO的转化率,工业生产中采用高温条件是为了加快反应速率,提高催化剂的活性,D错误。
10.CD 该反应为可逆反应,加入的1 mol N2和3 mol H2不可能完全反应生成NH3,所以反应放出的热量小于92.4 kJ,A项错误;从状态A到状态B,改变的是压强,温度未发生变化,所以平衡常数不变,B项错误;该反应是反应前后气体分子数减小的反应,增大压强平衡向正反应方向移动,H2的转化率增大,C项正确;升高温度,平衡逆向移动,K减小,D项正确。
11.C A项,由于p1条件先达到平衡,故p1>p2,由p1→p2,减小压强,化学平衡左移,NH3的体积分数应降低,错误;B项,由于此反应ΔH<0,故升温平衡左移,N2的转化率降低,错误;C项,增大N2的量,会使正反应速率瞬间增大,化学平衡右移,正确;D项,使用催化剂,能加快反应速率,缩短到达平衡的时间,错误。
12.答案 (1)AD
(2)原料气中N2相对易得,适度过量有利于提高H2的转化率 N2的吸附分解是决定反应速率的步骤,适度过量有利于提高整体反应速率
解析 (1)N2(g)+H2(g)NH3(g)