化学反应的调控 习题课 高二上学期化学人教版（2019）选择性必修1

第2课时化学反应的调控习题课第二章第四节4、合成氨工业对国民经济和社会发展具有重要的意义。对于密闭容器中的反应

ΔH<0

673K、30MPa下，n(NH3)和n(H2)随时间的变化关系如图所示。下列说法中

正确的是()

A、P点处反应达到平衡

B、Q点(t1时刻)和E点(t2时刻)处n(N2)不同

C、其他条件不变，773K下反应至t1时刻

n(H2)比图中的Q点的值要大

D、M点的正反应速率比N点的正反应速率小C金版小本基础巩固4.解析：A.P点是氢气和氨的物质的量相等的点，该点以后，氢气的量还在减少，氨的量还在增加，故P点没有达到平衡，A项错误；B.t1和t2两个时刻反应均处于平衡状态，体系中各物质的物质的量不再变化，故Q、E两点氮气的物质的量相等，B项错误；C.773K>673K，工业合成氨为放热反应，升高温度，平衡逆向移动，氢气的物质的量增大，C项正确；D.反应达到平衡前，M点反应物浓度大于N点反应物浓度，因此M点的正反应速率比N点的正反应速率大，D项错误。6、工业上可通过甲醇羰基化法制取甲酸甲酯在容积固定的密闭容器中，投入等物质的量的CH3OH和CO，测得相同时间内CO的转化率随温度的变化如图所示。下列说法错误的是()A、增大压强，甲醇转化率增大B、B点反应速率v正=v逆C、平衡常数:K(75℃)>K(85℃);反应速率:vB<vDD、生产时反应温度控制在80~85℃为宜B金版小本基础巩固解析：A.该反应的正反应是气体体积减小的反应，增大压强，平衡向正反应方向移动，甲醇的转化率增大，故A项正确；B.由题图可知，随着温度的升高，CO的转化率先增大后减小，在相同时间内，约83℃时反应达到平衡，B点时反应没有达到平衡，仍向正反应方向进行，则v正>v逆，故B项错误；C.达到平衡后，升高温度，CO转化率降低，平衡逆向移动，平衡常数减小，则K(75℃)>K(85℃)，温度越高反应速率越大，因此vB<vD，故C项正确；D.由题图可知，在80~85℃时，CO的转化率较大，且反应速率较大，因此生产时反应温度控制在80~85℃为宜，故D项正确。8.(2022·江苏泰州高二期末)用ZSM-5分子筛催化1-丁烯裂解制丙烯的反应体系中，主要发生的反应如下。反应Ⅰ：

ΔH=+579kJ/mol反应Ⅱ：

ΔH=+283kJ/mol已知催化剂ZSM-5分子筛的筛孔径越小，越有利于生成碳原子数少的产物。在0.5MPa下，上述体系平衡时丁烯、丙烯、乙烯的质量分数与温度的关系如图所示。下列说法正确的是()A、图中曲线x表示丁烯的质量分数随温度的变化B、在0.5MPa下，该工艺选择的适宜温度为300℃C、

的ΔH=+296kJ/molD、高于500℃，丙烯质量分数降低可能是因为裂解产生的碳颗粒附着在ZSM-5分子筛的筛孔上所致D解析：A.由图可知，曲线x表示生成物乙烯的质量分数与温度的关系，曲线y为丁烯的质量分数与温度的关系，300℃时，乙烯的质量分数最小，丙烯的质量分数最大，当温度高于500℃时，催化剂的活性降低导致丙烯质量分数降低。由分析可知，曲线x表示生成物乙烯的质量分数与温度的关系，故A项错误；B.由分析可知，在0.5MPa下，500℃时，丙烯的质量分数最大，则生成丙烯的适宜温度为500℃，故B项错误；C.由盖斯定律可知，得反应

，则ΔH==+148kJ/mol，故C项错误；因为催化剂ZSM-5分子筛的筛孔径越小，越有利于生成碳原子数少的产物。D.当温度高于500℃时，丙烯质量分数降低可能是因为裂解产生的碳颗粒附着在ZSM-5分子筛的筛孔上所致，故D项正确。9、298.15K时，N2、H2与NH3的平均能量与合成氨反应的活化能的曲线图如图所示，据图回答下列问题。(1)若反应中生成2mol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

。放热92b催化剂改变了反应的历程，降低了合成氨反应的活化能金版小本拓展提高(3)合成氨反应中平衡混合物中氨的体积分数与压强、温度的关系如图所示。若曲线c对应的温度为500℃，则曲线d对应的温度可能是

(填字母)A.600℃ B.550℃C.500℃ D.450℃D解析：(1)由图中能量状态可知，N2与H2具有的总能量高于NH3所具有的能量，故该反应为放热反应，并且反应

，每生成2molNH3放出(600-508)kJ=92kJ热量。(2)合成氨反应中，加入铁触媒后，由于改变了反应历程，使反应的活化能降低，从而增大了反应速率，故曲线b代表加催化剂后的能量变化曲线。(3)对于合成氨反应，当其他条件不变时，升高温度，平衡向逆反应方向移动，平衡混合物中NH3的体积分数降低。图像中，当压强不变时，曲线d对应的温度下平衡混合物中NH3的体积分数大于曲线c对应的NH3的体积分数，所以曲线d对应的温度低于曲线c对应的温度。①表中x=

；前2min内CH4的反应速为

。

②反应在3~4min时，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(4)合成氨所需的氢气可由甲烷与水反应制备。发生的反应为

ΔH>0一定温度下,在容积为1L的密闭容器中发生上述反应,各物质的物质的量浓度变化如下表:B0.05mol/(L·min)0.11(4)①前2min内CH4的反应速率为v(CH4)=v(H2)=×=0.05mol/(L·min)。由表分析2~3min时，反应达到平衡状态，此时生成H2的浓度为0.3mol/L。0.20.3000.10.20.10.30.10.20.10.30.090.190.110.33所以x=0.11②3min时，若充入水蒸气，平衡向右移动，4min时，水蒸气浓度应大于0.2mol/L；若升高温度，平衡向右移动，反应物浓度均减小，生成物浓度均增加，而且变化量正好等于化学计量数之比，该条件符合要求；使用催化剂，平衡不移动；充入H2，平衡向左移动，CH4、H2O的浓度均大于3min时的浓度。10、科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。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1.0×105Pa、反应时间3h)。相应的热化学方程式为

ΔH=+765.2kJ/mol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较小。请提出可增大其反应速率且增大NH3生成量的建议:

。

升温、增大N2浓度金版小本拓展提高(2)工业合成氨的反应为

。设在容积为2.0L的密闭容器中充入0.60molN2(g)与1.60molH2(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

。则:①该条件下N2的平衡转化率为

。

②该条件下反应

的平衡常数为

。

③根据合成氨反应的特点分析，当前比较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与N2合成氨的新途径

66.7%5.0×10-3C解析:(2)①设反应过程中消耗xmolN2(g)。起始量/mol0.601.600变化量/molx

3x2x平衡量/mol0.60-x

1.60-3x

2x平衡时反应体系总物质的量=[(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设此时反应的平衡常数为K。平衡时，c(NH3)=

mol/L=0.40mol/L，c(N2)=

=0.10mol/L，c(H2)=

mol/L=0.20mol/L，因此，K=

=5.0×10-3。1．我国科研人员研制了Ti−H−Fe双温区催化剂

(Ti−H区域和Fe区域的温度差可超过100℃)利用该催化剂合成氨的反应历程如图所示，其中吸附在催化剂表面上的物种用*标注。下列说法正确的是()A．该历程中能量变化最大的是2.46eV，是氮分子中氮氮三键的断裂过程B．在高温区加快了反应速率，低温区提高了氨的产率C．③为N原子由Fe区域向Ti−H区域的传递过程D．①③在高温区发生，②④⑤在低温区发生

B能力提升----反应历程1.解析：A．该历程中能量变化最大的是2.46eV，是氮分子中吸附过程，氮氮三键的断裂过程是历程②，吸热−1.87eV−(−2.46eV)=0.59eV，故A错误；B．一般而言，升高温度可提高反应速率，则在高温区加快了反应速率，由于合成氨反应是放热反应，因此低温区提高了氨的产率，故B正确；C．③为Ti−H−Fe吸附N的历程，④为N原子由Fe区域向Ti−H区域的传递过程，故C错误D．①是催化剂吸附氮气的历程，②是过渡态的历程，③为氮气解离为氮原子的历程，都为吸热反应，因此在高温区发生，④⑤为了增大平衡产率，需要在低温区进行，故D错误。综上所述，答案为B。解题思路反应历程：涉及多步反应(1)单个反应步骤的含义(2)单个反应步骤的能量变化值(3)决速步反应：决定一个反应速率快慢的关键步骤，即活化能最高的反应步骤2．羰基硫(COS)是一种粮食熏蒸剂，能防止某些害虫和真菌的危害。在一定条件下，将CO与H2S以体积比1：2置于某刚性密闭容器中发生下列反应：CO(g)+H2S(g)⇌COS(g)+H2(g)。下列说法正确的是（）A．升高温度，H2S的浓度增大，表明该反应是吸热反应B．通入CO后，正反应速率逐渐增大，逆反应速率不变C．COS与H2的体积比保持不变时，说明反应达到平衡状态D．向反应器中再通入CO，能使H2S的转化率增大

D能力提升----速率与转化率2.解析：A．升高温度，H2S的浓度增大，说明平衡逆向移动。升高温度，平衡向吸热反应方向移动，所以表明该反应的正反应是放热反应，故A错误；B．通入CO后，反应物浓度增大，正反应速率逐渐增大，平衡正向移动，生成物浓度随之增大，逆反应速率也随之增大，故B错误；C．COS与H2都是生成物，该反应起始时加入的是反应物，则生成物COS和H2的体积比始终为1：1，所以COS和H2体积比保持不变时，不能说明反应达到平衡状态，故C错误；D．向反应器中再通入CO，平衡正向移动，转化的H2S增多，则H2S的转化率增大，故D正确；A3．在恒容密闭容器中通入A、B两种气体，在一定条件下发生反应：达到平衡后，改变一个条件(x)，下列量(y)一定符合图中曲线的是（）

A．A

B．B

C．C

D．D能力提升----速率与转化率3.解析：A．恒容下再加气体A，A的浓度增大，平衡正移，B的转化率增大，A正确B．催化剂只改变反应速率，不影响平衡移动，与图象不符，B错误；C．该反应是一个反应后气体分子数减小的反应，增大压强，平衡正移，混合气体的总物质的量减小，与图象不符，C错误；D．该正反应为吸热反应，升高温度，平衡正移，混合气体的总物质的量减小，与图象不符，D错误；D4．合成氨反应为：

下列说法正确的是()A．合成氨反应在任何温度下都能自发B．1molN2与过量H2充分反应放热92.4kJC．合成氨实际生产中选择高压和低温D．将氨液化分离，可促进平衡正移及循环利用氮气和氢气能力提升----速率与转化率4.解析：A．合成氨时放热且熵减的反应，根据∆G=∆H-T∆S＜0能自发可知，该反应低温下能自发，A错误；B．该反应为可逆反应，不能完全进行，因此1molN2与过量H2充分反应放热小于92.4kJ，B错误；C．为了加快反应速率，实际生产中选择高压(10-20MPa)和高温(400℃-500℃)，C错误；D．氨气易液化，液化分离后生成物减少，平衡正向移动，没有液化的H2和N2可以继续放入反应器中反应，循环利用，D正确；解题思路速率和转化率(1)了解反应本身特点(2)温度、压强、浓度、催化剂对反应的影响(3)速率计算，转化率计算(注意单位)(4)判断平衡状态(如某个条件不变，则证明处于平衡状态)D5．以Fe3O4为原料炼铁，主要发生如下反应：反应Ⅰ：反应Ⅱ：将一定体积CO通入装有Fe3O4粉末的反应器，其它条件不变，反应达平衡，测得CO的体积分数随温度的变化关系如图所示。下列说法正确的是（）A．Q2