人教版2019选择性必修1高二化学举一反三系列 2.4化学反应的调控(精讲)(原卷版+解析)

2.4化学反应的调控思维导图思维导图常见考点常见考点考点一工业上合成氨【例1-1】下列有关合成氨工业的说法中正确的是A．铁触媒作催化剂可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动B．升高温度可以加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动C．增大压强能缩短达到平衡状态所用的时间D．合成氨采用的压强是10~30MPa，因为该压强下铁触媒的活性最高【例1-2】工业合成氨是重要的人工固氮途径，它为农作物的生长提供了必需的氮元素，更为炸药、农药、染料等的生产提供了原料。工业合成氨的化学方程式为。恒温下，将与的混合气体通入一个固定容积的密闭容器中，模拟工业合成氨。回答下列问题：(1)工业合成氨的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是_______(填标号)。A． B．C． D．(2)若反应进行到某时刻t时，，，经过计算_______。(3)反应达平衡时，混合气体的体积为716.8L(标准状况下)，其中的含量(体积分数)为25%，平衡时的物质的量为_______。(4)原混合气体中，_______。【一隅三反】1．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列操作与平衡移动无关的是A．不断将氨分离出来B．使用催化剂C．采用500℃左右的高温而不是700℃的高温D．采用2×107～5×107Pa的压强2．硫酸、硝酸工业和合成氨是重要的化学工业，如图是利用黄铁矿生产硫酸的工艺流程图。下列关于工业生产的说法错误的是A．工业上制硝酸，各步转化均为氧化还原反应B．工业制硫酸时，和的循环使用，可提高原料利用率C．工业制硫酸时，加入水吸收时发生反应为D．合成氨时，压强越大，产率越高，但实际生产中考虑到设备因素，通常采用10MPa~30MPa3．氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。合成氨工业中：N2+3H2⇌2NH3

ΔH<0，其化学平衡常数K与温度t的关系如表：t/℃200300400KK1K20.5完成下列填空：(1)试比较K1、K2的大小，K1_______K2(填写“>”、“=”或“<”)(2)400℃时，反应2NH3⇌N2+3H2的化学平衡常数的值为_______。当测得NH3和N2、H2的物质的量浓度分别为3mol/L和2mol/L、1mol/L时，则该反应v(N2)(正)_______v(N2)(逆)(填写“>”、“=”或“<”)(3)在密闭恒容的容器中，下列能作为合成氨反应达到平衡的依据的是_______。a.v(N2)(正)=3v(H2)(逆)b.混合气体的密度保持不变c.容器内压强保持不变d.N2、H2、NH3的浓度之比为1：3：2(4)甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。工业上一般采用下列两种反应合成甲醇。反应：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)。写出该反应的化学平衡常数表达式：K=_______；保持恒温恒容，将反应的平衡体系中各物质浓度均增大为原来的2倍，则化学平衡_______(填“正向”逆向”或“不”)移动，平衡常数K_______(填“变大”变小”或“不变”)。考点二化学反应的调控【例2-1】氢气是一种清洁能源，水煤气变换反应的制氢原理为：。某研究所探究CuO/的系列催化剂(包括C/Z-120、C/Z-250、C/Z-350、C/Z-450)在水煤气变换反应中的催化活性。常压下，原料气在不同温度下相同时间内CO的转化率如图：工业生产中应选择的最佳反应条件为_______。【例2-2】合成氨的反应为N2＋3H22NH3＋Q(Q＞0)。下表是某次反应时NH3的浓度变化：时间(min)05101520c(NH3)(mol/L)00.300.440.500.50完成下列填空：(1)由表中数据计算0～10min时，用H2表示的平均反应速率为___________。(2)若要提高H2利用率，可采取的措施有___________、___________。(3)若在氨水中逐滴滴加盐酸，则溶液的pH将___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。(4)工业合成氨的条件是铁触媒、___________、___________，请用文字简述选择这些条件的原因___________。【一隅三反】1．对于可逆反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)(放热反应)，下列说法中正确的是A．达到平衡时，反应物和生成物的浓度一定相等B．在工业上，该反应的条件是：高温、高压、催化剂C．加入催化剂，可以提高SO2的转化率D．工业生产条件的选择，要综合考虑反应速率、化学平衡和实际情况2．（2022·云南·丘北县第一中学校高二开学考试）有平衡体系：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)(正反应为放热反应)，为了增加甲醇的产量，提高生产效益，应采取的正确措施是A．高温、高压 B．适宜的温度、高压、催化剂C．低温、低压 D．高温、高压、催化剂3．硫化钴铜矿主要成分有CoS、CuS、CuFeS2、FeS2，还含有少量Mg、Ca等元素。一种热活化硫酸浸出工艺实现了钴和铜的高效回收利用，并较好解决了焙烧过程中二氧化硫的溢出问题。工艺流程如图所示：回答下列问题：“酸浸"过程中Co和Cu的浸出率受焙烧温度和时间的影响如下图所示。由图可知，“焙烧"过程中的最佳实验条件为_______。4．通过控制其他实验条件不变，来研究原料粒度、提取时间和提取温度对青蒿素提取率的影响，其结果如下图所示，采用的最佳原料粒度、提取时间和提取温度分别为___________。2.4化学反应的调控思维导图思维导图常见考点常见考点考点一工业上合成氨【例1-1】下列有关合成氨工业的说法中正确的是A．铁触媒作催化剂可加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动B．升高温度可以加快反应速率，且有利于化学平衡向合成氨的方向移动C．增大压强能缩短达到平衡状态所用的时间D．合成氨采用的压强是10~30MPa，因为该压强下铁触媒的活性最高【答案】C【解析】A．催化剂可以改变反应速率，但不能使平衡移动，A错误；B．升高温度可以加快反应速率，但合成氨反应是放热反应，因此升高温度不利于化学平衡向合成氨的方向移动，B错误；C．增大压强可以加快反应速率，缩短达到平衡所用的时间，C正确；D．催化剂的活性主要取决于温度的高低，而非压强的大小，D错误；综上，本题选C。【例1-2】工业合成氨是重要的人工固氮途径，它为农作物的生长提供了必需的氮元素，更为炸药、农药、染料等的生产提供了原料。工业合成氨的化学方程式为。恒温下，将与的混合气体通入一个固定容积的密闭容器中，模拟工业合成氨。回答下列问题：(1)工业合成氨的正、逆反应速率可用各反应物或生成物浓度的变化来表示。下列各关系中能说明反应已达到平衡状态的是_______(填标号)。A． B．C． D．(2)若反应进行到某时刻t时，，，经过计算_______。(3)反应达平衡时，混合气体的体积为716.8L(标准状况下)，其中的含量(体积分数)为25%，平衡时的物质的量为_______。(4)原混合气体中，_______。【答案】(1)C(2)16(3)8(4)【解析】（1）在用反应速率表示平衡状态时，必须符合“一正一逆，且等于系数之比”，A．均表示正反应速率，不能说明正逆反应速率相等，故A错误；B．反应已达到平衡状态时，，故B错误；C．反应已达到平衡状态时，，故C正确；D．反应已达到平衡状态时，，故D错误；故选C。（2）若反应进行到某时刻t时，，则，又此时，则a=(13+3)mol=16mol。（3）反应达平衡时，混合气体的体积为716.8L(标准状况下)，物质的量为，其中的含量(体积分数)为25%，平衡时的物质的量为32mol×25%=8mol。（4）根据以上信息可列三段式，则可得a-4+b-12+8=32，解得a+b=40mol，由第2问知，a=16mol，故b=24mol，则原混合气体中，。【一隅三反】1．在合成氨工业中，为增加NH3的日产量，下列操作与平衡移动无关的是A．不断将氨分离出来B．使用催化剂C．采用500℃左右的高温而不是700℃的高温D．采用2×107～5×107Pa的压强【答案】B【解析】A．把氨分离出来是减小生成物浓度，有利于平衡右移，选项A不符合；B．使用催化剂仅是为增大反应速率，与平衡无关，选项B符合；C．合成氨反应是放热反应，较低温度利于反应向右进行，与平衡移动有关，选项C不符合；D．该反应是气体物质的量减小的反应，尽可能采取高压利于正反应，与平衡移动有关，选项D不符合；答案选B。2．硫酸、硝酸工业和合成氨是重要的化学工业，如图是利用黄铁矿生产硫酸的工艺流程图。下列关于工业生产的说法错误的是A．工业上制硝酸，各步转化均为氧化还原反应B．工业制硫酸时，和的循环使用，可提高原料利用率C．工业制硫酸时，加入水吸收时发生反应为D．合成氨时，压强越大，产率越高，但实际生产中考虑到设备因素，通常采用10MPa~30MPa【答案】C【解析】A．工业制硝酸的反应有：4NH3+5O24NO+6H2O、2NO+O2=2NO2、3NO2+H2O=2HNO3+NO，各步均有N元素化合价的变化，属于氧化还原反应，A正确；B．工业制硫酸时，反应2SO2+O22SO3是可逆反应，SO2和O2可以循环使用，B正确；C．工业制硫酸时，为防止形成酸雾，应用98.3%的浓硫酸吸收SO3，C错误；D．合成氨时，压强越大，平衡正向移动，产率越高，但增大压强会增大设备的成本，因此通常采用10MPa~30MPa，D正确；故选C。3．氮及其化合物在工农业生产、生活中有着重要作用。合成氨工业中：N2+3H2⇌2NH3

ΔH<0，其化学平衡常数K与温度t的关系如表：t/℃200300400KK1K20.5完成下列填空：(1)试比较K1、K2的大小，K1_______K2(填写“>”、“=”或“<”)(2)400℃时，反应2NH3⇌N2+3H2的化学平衡常数的值为_______。当测得NH3和N2、H2的物质的量浓度分别为3mol/L和2mol/L、1mol/L时，则该反应v(N2)(正)_______v(N2)(逆)(填写“>”、“=”或“<”)(3)在密闭恒容的容器中，下列能作为合成氨反应达到平衡的依据的是_______。a.v(N2)(正)=3v(H2)(逆)b.混合气体的密度保持不变c.容器内压强保持不变d.N2、H2、NH3的浓度之比为1：3：2(4)甲醇是一种可再生能源，具有广泛的开发和应用前景。工业上一般采用下列两种反应合成甲醇。反应：CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)。写出该反应的化学平衡常数表达式：K=_______；保持恒温恒容，将反应的平衡体系中各物质浓度均增大为原来的2倍，则化学平衡_______(填“正向”逆向”或“不”)移动，平衡常数K_______(填“变大”变小”或“不变”)。【答案】(1)>(2)

2

>(3)c(4)

正向

不变【解析】（1）N2+3H2⇌2NH3

ΔH<0，正反应为放热反应，所以升高温度，平衡逆向移动，平衡常数K减小，故K1＞K2；（2）2NH3⇌N2+3H2是N2+3H2⇌2NH3的逆反应，故400℃时,；当NH3和N2、H2的物质的量浓度分别为3mol/L和2mol/L、1mol/L时，＜2=K，所以反应正向进行，即v(N2)(正)＞v(N2)(逆)；（3）N2+3H2⇌2NH3

ΔH<0，反应是气体体积减小的放热反应，则a．不同物质的正逆反应速率之比等干其计量数之比是平衡状态，3v(N2)(正)=v(H2)(逆)是平衡状态，v(N2)(正)=3v(H2)(逆)不是平衡状态，故a错误；b．如果是在密闭容器中反应，质量不变，体积不变，密度始终不变，故b错误;c．容器内压强不变，气体的物质的量不变，该反应达平衡状态，故c正确；d．容器内各物质的浓度之比等干计量数之比，不能证明正逆反应速率相等，故d错误;故答案选c；（4）CO2(g)+3H2(g)=CH3OH(g)+H2O(g)的化学平衡常数表达式：K=；保持恒温恒容，将反应的平衡体系中各物质浓度均增大为原来的2倍，相对于增大压强平衡向气体体积减小的方向移动即正向移动；平衡常数仅与温度有关，所以平衡常数K不变。考点二化学反应的调控【例2-1】氢气是一种清洁能源，水煤气变换反应的制氢原理为：。某研究所探究CuO/的系列催化剂(包括C/Z-120、C/Z-250、C/Z-350、C/Z-450)在水煤气变换反应中的催化活性。常压下，原料气在不同温度下相同时间内CO的转化率如图：工业生产中应选择的最佳反应条件为_______。【答案】C/Z-250，240℃【解析】由图示可知，催化剂C/Z-250的催化效果最好，反应温度为240℃时一氧化碳的转化率最大，再升高温度，一氧化碳的转化率基本不变，因此工业生产中应选择的最佳反应条件是C/Z-250作催化剂，反应温度为240℃。【例2-2】合成氨的反应为N2＋3H22NH3＋Q(Q＞0)。下表是某次反应时NH3的浓度变化：时间(min)05101520c(NH3)(mol/L)00.300.440.500.50完成下列填空：(1)由表中数据计算0～10min时，用H2表示的平均反应速率为___________。(2)若要提高H2利用率，可采取的措施有___________、___________。(3)若在氨水中逐滴滴加盐酸，则溶液的pH将___________(填“增大”、“减小”或“不变”)。(4)工业合成氨的条件是铁触媒、___________、___________，请用文字简述选择这些条件的原因___________。【答案】(1)0.066mol·L-1·min-1(2)

增大N2投入量

分离出NH3(3)减小(4)

高温

高压

铁触媒作为催化剂可增大反应速率，高温能使催化剂的活性达到佳，高压使平衡朝正向移动增大产率【解析】同一反应用不同物质表示的速率之比等于化学计量数之比。(1)由表中数据可知0～10min时，c(NH3)增加了0.44mol/L，则v(NH3)==0.044mol·L-1·min-1，据分析，3v(NH3)=2v(H2)，用H2表示的平均反应速率v(H2)=×0.044mol·L-1·min-1=0.066mol·L-1·min-1；(2)根据平衡移动原理，若要提高H2利用率，则应使平衡正向移动，可采取的措施有增大N2投入量、分离出NH3、降低体系温度等；(3)若在氨水中逐滴滴加盐酸，则溶液酸性逐渐增强，pH将减小；(4)工业合成氨的条件是铁触媒、高温(400℃)、高压，铁触媒作为催化剂可增大反应速率，高温能使催化剂的活性达到最佳，高压使平衡朝正向移动增大产率。【一隅三反】1．对于可逆反应2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)(放热反应)，下列说法中正确的是A．达到平衡时，反应物和生成物的浓度一定相等B．在工业上，该反应的条件是：高温、高压、催化剂C．加入催化剂，可以提高SO2的转化率D．工业生产条件的选择，要综合考虑反应速率、化学平衡和实际情况【答案】D【解析】A．达到平衡时反应物和生成物浓度保持不变，但反应物和生成物的浓度不一定相等，A错误；B．正反应是放热的可逆反应，且在常压下转化率已经很高，因此在工业上，该反应的条件是：适当温度、常压、催化剂，B错误；C．加入催化剂，可以改变反应速率，不能改变平衡状态，因此不能提高SO2的转化率，C错误；D．根据反应速率和平衡可判断工业生产条件的选择，一般要综合考虑反应速率、化学平衡和实际情况等，D正确；答案选D。2．（2022·云南·丘北县第一中学校高二开学考试）有平衡体系：CO(g)+2H2(g)CH3OH(g)(正反应为放热反应)，为了增加甲醇的产量，提高生产效益，应采取的正确措施是A．高温、高压 B．适宜的温度、高压、催化剂C．低温、低压 D．高温、高压、催化剂【答案】B【解析】由CO(g)+2H2