2.4 化学反应的调控 练习（含答案） 2024-2025学年高二化学人教版（2019）选择性必修1

第四节　化学反应的调控
1 合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是(　　)
A. 提高分离技术
B. 研制耐高压的合成塔
C. 研制低温催化剂
D. 探索不用N2和H2合成氨的新途径
2 下图为工业合成氨的流程图，下列有关说法不正确的是(　　)
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，又可以增大反应速率
C. 步骤③④⑤均有利于提高原料的平衡转化率
D. 液态NH3除可生产化肥外，还可作制冷剂
3 在300 ℃、70 MPa条件下，由CO2和H2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CuZnFe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一定是吸热反应
C. 充入大量CO2气体可提高H2的转化率
D. 从平衡混合气体中及时分离出CH3CH2OH和H2O可提高CO2和H2的利用率
4 在一定条件下探究二甲醚的制备反应为2CO(g)＋4H2(g) CH3OCH3(g)＋H2O(g)　ΔH，测定结果如图所示。下列判断错误的是(　　)
A. 该反应的ΔH<0
B. 该反应伴随有副反应的发生
C. 工业选择的较适宜温度为280～290 ℃
D. 加入催化剂可以提高CH3OCH3的产率
5 科研工作者结合实验与计算机模拟来研究钌催化剂表面不同位点上合成氨反应历程，如图所示，其中实线表示位点A上合成氨的反应历程，虚线表示位点B上合成氨的反应历程，吸附在催化剂表面的物种用“*”标注。下列说法错误的是(　　)
A. 由图可以判断合成氨反应ΔH＜0
B. 图中过程①在高温下更容易发生
C. 整个反应历程中活化能最大的步骤是2N*＋3H2―→2N*＋6H*
D. 钌催化剂为固体催化剂，其表面积大小会影响催化效果
6 如图表示298.15 K时，N2、H2与NH3的平均能量与合成氨反应的活化能的曲线图，请回答下列问题。
(1) 若反应中生成 2 mol氨，则反应________(填“吸热”或“放热”)
________kJ。
(2) 图中曲线________(填“a”或“b”)表示加入铁触媒的能量变化曲线，铁触媒能增大反应速率的原理是________________________________________________
______________________________________________________________________。
(3) 合成氨反应中，平衡混合物中氨气的体积分数与压强、温度的关系如图所示。若曲线a对应的温度为500 ℃，则曲线b对应的温度可能是________(填字母)。
A. 600 ℃　 B. 550 ℃ C. 500 ℃　 D. 450 ℃
(4) 合成氨所需的氢气可由甲烷与水反应制备。反应为CH4(g)＋H2O(g) CO(g)＋3H2(g)　ΔH>0。一定温度下，在1 L容器中发生上述反应，各物质的物质的量浓度变化如下表所示。
t/min c(CH4)/(mol/L) c(H2O)/(mol/L) c(CO)/(mol/L) c(H2)/(mol/L)
0 0.2 0.3 0 0
2 n1 n2 n3 0.3
3 n1 n2 n3 0.3
4 0.09 0.19 x 0.33
①表中x＝________mol/L；前2 min内CH4的平均反应速率为______________。
②反应在3～4 min之间，氢气的物质的量增多的原因可能是________(填字母)。
A. 充入水蒸气 B. 升高温度
C. 使用催化剂 D. 充入氢气
7 [2025南师附中月考]“碳达峰·碳中和”是我国社会发展重大战略之一，CH4还原CO2是实现“双碳”经济的有效途径之一，相关的主要反应有：
Ⅰ. CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g) ΔH1＝＋247 kJ/mol　K1
Ⅱ. CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g) ΔH2＝＋41 kJ/mol　K2
(1) 有利于提高CO2平衡转化率的条件是________(填字母，下同)。
A. 低温低压 B. 低温高压
C. 高温低压 D. 高温高压
(2) 反应CH4(g)＋3CO2(g) 4CO(g)＋2H2O(g)的ΔH＝________kJ/mol，K＝________(用K1、K2表示)。
(3) 恒压、750 ℃时，CH4和CO2按物质的量之比1∶3投料，反应经如下流程(主要产物已标出)可实现CO2高效转化。
①下列说法正确的是________(填字母)。
A. Fe3O4可循环利用，CaO不可循环利用
B. 过程ⅱ，CaO吸收CO2可促使Fe3O4氧化CO的平衡正移
C. 过程ⅱ产生的H2O最终未被CaO吸收，在过程ⅲ被排出
D. 相比于反应Ⅰ，该流程的总反应还原1 mol CO2需要吸收的能量更多
②过程ⅱ平衡后通入He，测得一段时间内CO物质的量上升，根据过程ⅱ，结合平衡移动原理，CO物质的量上升的原因为_____________________________
______________________________________________________________________。
(4) CH4还原能力(R)可衡量CO2转化效率，R＝(同一时段内CO2与CH4的物质的量变化量之比)。
①常压下CH4和CO2按物质的量之比1∶3投料，某一时段内CH4和CO2的转化率随温度变化如图1所示，请在图2中画出400～1 000 ℃间R的变化趋势，并标明1 000 ℃时R值。
图1 图2
②催化剂X可提高R值，另一时段内CH4转化率、R值随温度变化如表。下列说法错误的是________(填字母)。
温度/℃ 480 500 520 550
CH4转化率/% 7.9 11.5 20.2 34.8
R 2.6 2.4 2.1 1.8
A. R值提高是由于催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率
B. 温度越低，含氢产物中H2O占比越高
C. 温度升高，CH4转化率增加，CO2转化率降低，R值减小
8 [2025南京期中]利用温室气体CO2制备CH4、甲醇(CH3OH)是实现双碳目标的重要方法。
Ⅰ. CO2加氢制备CH4。其过程中的主要反应如下：
反应ⅰ：CO2(g)＋4H2(g) CH4(g)＋2H2O(g)　ΔH1＝－165 kJ/mol
反应ⅱ：CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2＝＋41 kJ/mol
(1) 反应CO(g)＋3H2(g) CH4(g)＋H2O(g)的ΔH＝________kJ/mol。
(2) 在密闭容器中，1.01×105 Pa、n起始(CO2)∶n起始(CH4)＝1∶4时，CO2平衡转化率、在催化剂作用下反应相同时间所测得的CO2实际转化率随温度的变化如图1所示。CH4的选择性可表示为×100%。
图1
①其他条件不变，随压强增大，CH4平衡选择性________(填“增大”“减小”或“不变”)。
②300～500 ℃范围内，随温度升高，CO2平衡转化率减小的原因是_________
______________________________________________________________________。
③300～400 ℃范围内，随温度升高，CO2实际转化率增大的原因是_________
______________________________________________________________________。
Ⅱ. 加氢制备甲醇(CH3OH)。
(3) 水溶液中，Cu/ZnO/ZrO2催化CO2加氢生成甲醇的机理如图2所示。
图2
①步骤③发生反应的方程式为________________________________________
______________________________________________________________________。
②用重氢气(D2)代替H2，可检测到甲醇的化学式为____________。
第四节　化学反应的调控
1 C　由题图可知，NH3的体积分数随着温度的升高而显著下降，故要提高NH3的体积分数，必须降低温度，但目前所用催化剂铁触媒的活性最高时的温度为500 ℃，故最有前途的研究方向为研制低温催化剂。
2 C　3 B
4 D　由题图知，随着温度升高，CO的转化率降低，平衡逆向移动，则该反应是放热反应，ΔH<0，A正确；从图中可知，CO的转化率降低的同时，CH3OCH3的产率在不同温度下差别较大，即说明该反应伴随有副反应的发生，B正确；在280～290 ℃之间，CH3OCH3的产率很高，则工业选择的较适宜温度为280～290 ℃，C正确；加入催化剂可以改变反应达到平衡的时间，但不能提高CH3OCH3的产率，D错误。
5 C　
6 (1) 放热　92　(2) b　改变了反应的历程，降低了合成氨反应的活化能　(3) D
(4) ①0.11　0.05 mol/(L· min)　②B
7 (1) C　(2) ＋329　K1·K
(3) ①BC　②恒压通入He，容器容积增大，等效于减压，CaCO3(s) CaO(s)＋CO2(g)的平衡右移，使得反应3Fe(s)＋4CO2(g) Fe3O4(s)＋4CO(g)的Q＝(4) ①　②C
解析：(1) CO2共参与2个吸热反应，且反应Ⅰ是气体分子数增大的反应，故有利于提高CO2平衡转化率的条件是高温低压，故选C。(2) 根据盖斯定律，Ⅰ＋Ⅱ×2可得反应CH4(g)＋3CO2(g) 4CO(g)＋2H2O(g)，则 ΔH＝ΔH1＋2ΔH2＝＋(247＋2×41) kJ/mol＝＋329 kJ/mol。方程式相加，平衡常数K相乘，方程式的系数扩大n倍，平衡常数K变为原来的n次方，则K＝K1·K。(3) ①Fe3O4、CaO均可循环利用，A错误；过程ⅱ，CaO吸收CO2使CO2浓度降低，促进Fe3O4氧化CO的平衡正移，B正确；由图可知，C正确；该流程的总反应为CH4(g)＋3CO2(g) 4CO(g)＋2H2O(g)　ΔH＝＋329 kJ/mol，相比于反应Ⅰ：CH4(g)＋CO2(g) 2CO(g)＋2H2(g)　ΔH1＝＋247 kJ/mol，该流程的总反应还原1 mol CO2需要吸收的能量更少，D错误。(4) ①R＝＝，随温度升高，先减小后增大，1 000 ℃时，R＝＝＝＝1.8，400～1 000 ℃间R的变化趋势见答案。②R值提高，说明α(CO2)提高，故原因是催化剂X选择性地提高反应Ⅱ的速率，A正确；温度越低，R值越高，说明α(CO2)增大的倍数比α(CH4)大，故含氢产物中H2O占比越高，B正确；温度升高，吸热反应正向进行程度增大，故α(CH4)、α(CO2)均增大，但表中R值减小，说明α(CO2)增大的倍数比α(CH4)小，C错误。
8 (1) －206
(2) ①增大　②反应ⅰ为放热反应，温度升高反应平衡常数减小(反应正向进行程度减小)，CO2的转化量减小；反应ⅱ为吸热反应，温度升高反应平衡常数增大(反应正向进行程度增大)，CO2的转化量增大。300～500 ℃范围内，CO2转化量减小的幅度大于增大的幅度　③温度升高，反应速率加快，催化剂活性增大，两者共同导致CO2实际转化率增大
(3) ①HCOO－＋4H·===CH3O－＋H2O
②CD3OD、CD3OH
解析：(1) 由盖斯定律可知，ⅰ－ⅱ可得CO(g)＋3H2(g) CH4(g)＋H2O(g)，则ΔH＝(－165－41) kJ/mol＝－206 kJ/mol。(2) ①其他条件不变，随压强增大，反应向气体分子总数减小的方向移动，故反应ⅰ正向移动，CH4平衡选择性增大。