2026人教版高中化学选择性必修1--第二章 第四节 化学反应的调控（含解析）
文档属性
| 名称 | 2026人教版高中化学选择性必修1--第二章 第四节 化学反应的调控（含解析） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 378.8KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 化学 | ||
| 更新时间 | 2025-09-25 12:16:32 | ||
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文档简介
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2026人教版高中化学选择性必修1
第二章 化学反应速率与化学平衡
第四节 化学反应的调控
基础过关练
题组一 合成氨条件的选择
1.(2024辽宁沈阳部分学校期中)合成氨工业的主要反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0,在密闭容器中进行。下列说法正确的是 ( )
A.其他条件不变,及时分离出NH3,会降低NH3的产率
B.使用催化剂可使N2的转化率达到100%
C.其他条件不变,增大压强不仅能提高反应物的转化率,还能缩短达到平衡的时间
D.其他条件不变,温度越高,氨气的产率越高
2.(2025河北唐山一中期中)合成氨反应的生产条件选择中,能用勒夏特列原理解释的是( )
a.使用催化剂 b.高温 c.高压
d.及时将NH3液化从体系中分离出来
A.ac B.bc C.cd D.bd
3.(2025湖南长沙长郡中学期中)已知N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1 ΔS=-198 J·mol-1·K-1,如图为工业合成氨的流程图。下列说法正确的是 ( )
A.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,所以生产中压强越大越好
B.步骤④中反应温度提高至1 000 ℃,反应速率加快且催化剂的活性更高
C.步骤②④⑤⑥均有利于提高原料的平衡转化率
D.若此反应中ΔH和ΔS不随温度变化而变化,则保持此反应自发进行的温度应低于466.7 K
题组二 化学反应的调控
4.(教材习题改编)在硫酸工业中,通过下列反应使SO2氧化为SO3:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-196.6 kJ/mol。下表列出了恒容刚性容器中,在不同温度和压强下,反应达到平衡时SO2的转化率。下列说法错误的是 ( )
温度/℃ 平衡时SO2的转化率/%
0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa
450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
500 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
A.在达到平衡时充入He增大压强,不能增大SO2的转化率
B.为了增大SO2的转化率,可以控制SO2与O2的投料比小于2
C.应选择的适宜生产条件是450 ℃,10 MPa
D.在实际生产中,选定的温度为400~500 ℃,主要原因是考虑催化剂的活性
5.(教材深研拓展)我国科学家研制出Fe-TiO2-xHy双催化剂,通过光辐射产生温差(如体系温度为495 ℃时,纳米Fe的温度为547 ℃,而TiO2-xHy的温度为415 ℃),解决了温度对合成氨工业反应速率和平衡转化率影响矛盾的问题,其催化合成氨机理如图所示。
分析解释:与传统的合成氨(铁触媒、400~500 ℃)相比,Fe-TiO2-xHy双催化剂双温催化合成氨具备优势的原因是 。
能力提升练
题组 工业情境中适宜生产条件的选择
1.(2024安徽淮北一中期中,P226定点)在一定的温度和压强下,将按一定比例混合的CO2和H2通过装有催化剂的反应器可得到甲烷。
已知:CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-165 kJ·mol-1
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH=+41 kJ·mol-1
催化剂的选择是CO2甲烷化技术的核心。在两种不同催化剂作用下反应相同时间,测得CO2转化率和生成CH4选择性(CH4选择性=×100%)随温度的变化如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.在260~320 ℃,以Ni-CeO2为催化剂,升高温度CH4的产量基本不变
B.延长W点的反应时间,一定能提高CO2的转化率
C.反应CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g)在任何温度下均不能自发进行
D.选择合适的催化剂有利于提高CH4的选择性
2.(2025河南信阳期中)温度改变对催化剂活性有影响,评价催化剂的活性参数——空时收率和CH3OOCCOOCH3的选择性可表示如下:
空时收率=
CH3OOCCOOCH3的选择性=
×100%
某学习小组以反应:2CO(g)+2CH3ONO(g) CH3OOCCOOCH3(l)+2NO(g) ΔH为研究对象,在不同温度下,对四组其他条件都相同的反应进行研究,经过相同时间t小时,测得空时收率、CH3OOCCOOCH3的选择性数据如表所示。
组别 反应温度(℃) 空时收率 (g·mL-1·h-1) CH3OOCCOOCH3 的选择性(%)
① 130 0.70 72.5
② 140 0.75 71.0
③ 150 0.71 55.6
④ 160 0.66 63.3
下列说法正确的是 ( )
A.温度升高,空时收率先增大后减小,说明ΔH<0
B.温度升高,催化剂活性逐渐减弱,CH3OOCCOOCH3的选择性逐渐降低
C.130 ℃时,CH3OOCCOOCH3的选择性最高,说明CO生成CH3OOCCOOCH3的转化率最高
D.综合考虑空时收率和CH3OOCCOOCH3的选择性,工业生产CH3OOCCOOCH3时,选择140 ℃效果最好
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.C 及时分离出NH3,平衡正向移动,有利于生成NH3,使NH3的产率增大,A错误;催化剂不能改变平衡转化率,且题述反应为可逆反应,则N2的转化率一定小于100%,B错误;增大压强,反应速率加快,达到平衡的时间缩短,平衡正向移动,可提高反应物的转化率,C正确;合成氨反应的正反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,氨气的产率降低,D错误。
2.C 使用催化剂能加快化学反应速率,但化学平衡不移动,不能用勒夏特列原理解释;合成氨反应是气体分子总数减小的放热反应,高温平衡左移,不利于氨的合成,不能用勒夏特列原理解释;高压平衡右移,有利于氨的合成,能用勒夏特列原理解释;及时将NH3液化从体系中分离出来,减小生成物的浓度,平衡右移,有利于氨的合成,能用勒夏特列原理解释;故选C。
3.D 合成氨的反应为气体分子总数减小的反应,加压有利于平衡正向移动,但压强过大对设备要求高,且不经济,A错误;步骤④中反应温度为400~500 ℃时催化剂活性最好,加入催化剂只能提高反应速率,不能提高平衡转化率,升高温度平衡逆向移动,B、C错误;该反应自发进行,需使ΔH-TΔS<0,即-92.4 kJ·mol-1-T×(-0.198 kJ·mol-1·K-1)<0,解得T<466.7 K(解题技法),则保持此反应自发进行的温度应低于466.7 K,D正确。
4.C 反应容器为恒容刚性容器,充入与反应无关的气体,反应体系中参与反应的各气体浓度不变,SO2转化率不变,A正确;控制SO2和O2的投料比小于2,可增大SO2的转化率,B正确;由表格数据可知,相同压强下,450 ℃时SO2的转化率比500 ℃时的高,450 ℃时,10 MPa时的转化率比0.1 MPa时的转化率增大的不明显,但对设备要求却很高,C错误;温度在400~500 ℃时,催化剂的活性较好,D正确。
5.答案 、H—H在“热Fe”表面易断裂,有利于提高合成氨反应的化学反应速率;“冷TiO2-xHy”低于体系温度,在“冷TiO2-xHy”表面生成氨气,有利于提高氨的平衡产率
解析 、H—H在“热Fe”表面易断裂,有利于提高合成氨反应的化学反应速率;“冷TiO2-xHy”低于体系温度,在“冷TiO2-xHy”表面生成氨气,有利于提高氨的平衡产率,故与传统的合成氨相比,Fe-TiO2-xHy双催化剂双温催化合成氨更具备优势。
能力提升练
1.D 在260~320 ℃,以Ni-CeO2为催化剂,由题图可知,升高温度甲烷的选择性基本不变,但二氧化碳的转化率升高,则甲烷的产量增大,A错误;W点可能为平衡点,延长反应时间二氧化碳转化率不变,B错误;由盖斯定律可得:CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g) ΔH=-206 kJ·mol-1,该反应的ΔH<0、ΔS<0,低温时可自发进行,C错误;由题图可知,相同时间内以Ni为催化剂,CH4的选择性低于同温度下以Ni-CeO2为催化剂时CH4的选择性,因此选择合适的催化剂有利于提高CH4的选择性,D正确。
2.D 根据题表数据,无法判断反应的焓变,A错误;根据题表数据,温度升高,CH3OOCCOOCH3的选择性先降低后升高,B错误;130 ℃时,CH3OOCCOOCH3的选择性最高,只能说明此时的副反应较少,不能说明CO生成CH3OOCCOOCH3的转化率最高,C错误;在140 ℃时空时收率达到最高,CH3OOCCOOCH3的选择性也较高,副反应较少,因此工业生产CH3OOCCOOCH3时,选择140 ℃效果最好,D正确。
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第二章 化学反应速率与化学平衡
第四节 化学反应的调控
基础过关练
题组一 合成氨条件的选择
1.(2024辽宁沈阳部分学校期中)合成氨工业的主要反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH<0,在密闭容器中进行。下列说法正确的是 ( )
A.其他条件不变,及时分离出NH3,会降低NH3的产率
B.使用催化剂可使N2的转化率达到100%
C.其他条件不变,增大压强不仅能提高反应物的转化率,还能缩短达到平衡的时间
D.其他条件不变,温度越高,氨气的产率越高
2.(2025河北唐山一中期中)合成氨反应的生产条件选择中,能用勒夏特列原理解释的是( )
a.使用催化剂 b.高温 c.高压
d.及时将NH3液化从体系中分离出来
A.ac B.bc C.cd D.bd
3.(2025湖南长沙长郡中学期中)已知N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) ΔH=-92.4 kJ·mol-1 ΔS=-198 J·mol-1·K-1,如图为工业合成氨的流程图。下列说法正确的是 ( )
A.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,所以生产中压强越大越好
B.步骤④中反应温度提高至1 000 ℃,反应速率加快且催化剂的活性更高
C.步骤②④⑤⑥均有利于提高原料的平衡转化率
D.若此反应中ΔH和ΔS不随温度变化而变化,则保持此反应自发进行的温度应低于466.7 K
题组二 化学反应的调控
4.(教材习题改编)在硫酸工业中,通过下列反应使SO2氧化为SO3:2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g) ΔH=-196.6 kJ/mol。下表列出了恒容刚性容器中,在不同温度和压强下,反应达到平衡时SO2的转化率。下列说法错误的是 ( )
温度/℃ 平衡时SO2的转化率/%
0.1 MPa 0.5 MPa 1 MPa 5 MPa 10 MPa
450 97.5 98.9 99.2 99.6 99.7
500 85.6 92.9 94.9 97.7 98.3
A.在达到平衡时充入He增大压强,不能增大SO2的转化率
B.为了增大SO2的转化率,可以控制SO2与O2的投料比小于2
C.应选择的适宜生产条件是450 ℃,10 MPa
D.在实际生产中,选定的温度为400~500 ℃,主要原因是考虑催化剂的活性
5.(教材深研拓展)我国科学家研制出Fe-TiO2-xHy双催化剂,通过光辐射产生温差(如体系温度为495 ℃时,纳米Fe的温度为547 ℃,而TiO2-xHy的温度为415 ℃),解决了温度对合成氨工业反应速率和平衡转化率影响矛盾的问题,其催化合成氨机理如图所示。
分析解释:与传统的合成氨(铁触媒、400~500 ℃)相比,Fe-TiO2-xHy双催化剂双温催化合成氨具备优势的原因是 。
能力提升练
题组 工业情境中适宜生产条件的选择
1.(2024安徽淮北一中期中,P226定点)在一定的温度和压强下,将按一定比例混合的CO2和H2通过装有催化剂的反应器可得到甲烷。
已知:CO2(g)+4H2(g) CH4(g)+2H2O(g) ΔH=-165 kJ·mol-1
CO2(g)+H2(g) CO(g)+H2O(g) ΔH=+41 kJ·mol-1
催化剂的选择是CO2甲烷化技术的核心。在两种不同催化剂作用下反应相同时间,测得CO2转化率和生成CH4选择性(CH4选择性=×100%)随温度的变化如图所示。下列有关说法正确的是( )
A.在260~320 ℃,以Ni-CeO2为催化剂,升高温度CH4的产量基本不变
B.延长W点的反应时间,一定能提高CO2的转化率
C.反应CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g)在任何温度下均不能自发进行
D.选择合适的催化剂有利于提高CH4的选择性
2.(2025河南信阳期中)温度改变对催化剂活性有影响,评价催化剂的活性参数——空时收率和CH3OOCCOOCH3的选择性可表示如下:
空时收率=
CH3OOCCOOCH3的选择性=
×100%
某学习小组以反应:2CO(g)+2CH3ONO(g) CH3OOCCOOCH3(l)+2NO(g) ΔH为研究对象,在不同温度下,对四组其他条件都相同的反应进行研究,经过相同时间t小时,测得空时收率、CH3OOCCOOCH3的选择性数据如表所示。
组别 反应温度(℃) 空时收率 (g·mL-1·h-1) CH3OOCCOOCH3 的选择性(%)
① 130 0.70 72.5
② 140 0.75 71.0
③ 150 0.71 55.6
④ 160 0.66 63.3
下列说法正确的是 ( )
A.温度升高,空时收率先增大后减小,说明ΔH<0
B.温度升高,催化剂活性逐渐减弱,CH3OOCCOOCH3的选择性逐渐降低
C.130 ℃时,CH3OOCCOOCH3的选择性最高,说明CO生成CH3OOCCOOCH3的转化率最高
D.综合考虑空时收率和CH3OOCCOOCH3的选择性,工业生产CH3OOCCOOCH3时,选择140 ℃效果最好
答案与分层梯度式解析
基础过关练
1.C 及时分离出NH3,平衡正向移动,有利于生成NH3,使NH3的产率增大,A错误;催化剂不能改变平衡转化率,且题述反应为可逆反应,则N2的转化率一定小于100%,B错误;增大压强,反应速率加快,达到平衡的时间缩短,平衡正向移动,可提高反应物的转化率,C正确;合成氨反应的正反应为放热反应,升高温度,平衡逆向移动,氨气的产率降低,D错误。
2.C 使用催化剂能加快化学反应速率,但化学平衡不移动,不能用勒夏特列原理解释;合成氨反应是气体分子总数减小的放热反应,高温平衡左移,不利于氨的合成,不能用勒夏特列原理解释;高压平衡右移,有利于氨的合成,能用勒夏特列原理解释;及时将NH3液化从体系中分离出来,减小生成物的浓度,平衡右移,有利于氨的合成,能用勒夏特列原理解释;故选C。
3.D 合成氨的反应为气体分子总数减小的反应,加压有利于平衡正向移动,但压强过大对设备要求高,且不经济,A错误;步骤④中反应温度为400~500 ℃时催化剂活性最好,加入催化剂只能提高反应速率,不能提高平衡转化率,升高温度平衡逆向移动,B、C错误;该反应自发进行,需使ΔH-TΔS<0,即-92.4 kJ·mol-1-T×(-0.198 kJ·mol-1·K-1)<0,解得T<466.7 K(解题技法),则保持此反应自发进行的温度应低于466.7 K,D正确。
4.C 反应容器为恒容刚性容器,充入与反应无关的气体,反应体系中参与反应的各气体浓度不变,SO2转化率不变,A正确;控制SO2和O2的投料比小于2,可增大SO2的转化率,B正确;由表格数据可知,相同压强下,450 ℃时SO2的转化率比500 ℃时的高,450 ℃时,10 MPa时的转化率比0.1 MPa时的转化率增大的不明显,但对设备要求却很高,C错误;温度在400~500 ℃时,催化剂的活性较好,D正确。
5.答案 、H—H在“热Fe”表面易断裂,有利于提高合成氨反应的化学反应速率;“冷TiO2-xHy”低于体系温度,在“冷TiO2-xHy”表面生成氨气,有利于提高氨的平衡产率
解析 、H—H在“热Fe”表面易断裂,有利于提高合成氨反应的化学反应速率;“冷TiO2-xHy”低于体系温度,在“冷TiO2-xHy”表面生成氨气,有利于提高氨的平衡产率,故与传统的合成氨相比,Fe-TiO2-xHy双催化剂双温催化合成氨更具备优势。
能力提升练
1.D 在260~320 ℃,以Ni-CeO2为催化剂,由题图可知,升高温度甲烷的选择性基本不变,但二氧化碳的转化率升高,则甲烷的产量增大,A错误;W点可能为平衡点,延长反应时间二氧化碳转化率不变,B错误;由盖斯定律可得:CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g) ΔH=-206 kJ·mol-1,该反应的ΔH<0、ΔS<0,低温时可自发进行,C错误;由题图可知,相同时间内以Ni为催化剂,CH4的选择性低于同温度下以Ni-CeO2为催化剂时CH4的选择性,因此选择合适的催化剂有利于提高CH4的选择性,D正确。
2.D 根据题表数据,无法判断反应的焓变,A错误;根据题表数据,温度升高,CH3OOCCOOCH3的选择性先降低后升高,B错误;130 ℃时,CH3OOCCOOCH3的选择性最高,只能说明此时的副反应较少,不能说明CO生成CH3OOCCOOCH3的转化率最高,C错误;在140 ℃时空时收率达到最高,CH3OOCCOOCH3的选择性也较高,副反应较少,因此工业生产CH3OOCCOOCH3时,选择140 ℃效果最好,D正确。
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