高中化学人教版第二章　作业15　化学反应的调控

第二章作业15化学反应的调控分值：100分[1~9题，每小题7分]题组一工业合成氨条件的理论分析1.在合成氨反应中使用催化剂和施加高压，下列叙述正确的是A.都能提高反应速率，都对化学平衡无影响B.都对化学平衡有影响，但都不影响达到平衡状态所用的时间C.都能缩短达到平衡状态所用的时间，只有施加高压对化学平衡有影响D.使用催化剂能缩短反应达到平衡状态所用的时间，而施加高压无此效果2.N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<0，向容器中通入1molN2和3molH2，当反应达到平衡时，下列措施能提高N2转化率的是①降低温度②维持温度、容积不变，按照物质的量之比为1∶3再通入一定量的N2和H2③增加NH3的物质的量④维持恒压条件，通入一定量惰性气体A.①④ B.①② C.②③ D.③④题组二工业合成氨的适宜条件3.(2024·上海南汇中学高二检测)合成氨对人类生存和发展有着重要意义，1909年哈伯在实验室中首次利用氮气与氢气反应合成氨，实现了人工固氮，其合成原理为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH<0。符合工业合成氨生产实际的是A.V2O5作催化剂B.反应温度由催化剂决定C.将N2和H2液化D.NH3由吸收塔吸收4.(2024·广东揭阳期中)工业合成氨的流程如图所示，下列有关说法错误的是A.步骤①中“净化”可以防止催化剂中毒B.步骤②中“加压”既可以提高原料的平衡转化率，又可以加快反应速率C.步骤③、④、⑤均有利于提高原料的平衡转化率D.产品液氨除可用来生产化肥外，还可用作制冷剂5.合成氨问题，关乎世界化工发展和粮食安全问题。下列对合成氨工业的叙述不正确的是A.高压条件比常压条件更有利于合成氨的反应B.合成氨时采用循环操作，可以提高原料利用率C.工业生产采用500℃而不采用常温，是为了提高合成氨的转化率D.铁触媒的使用有利于提高合成氨的生产效率6.诺贝尔化学奖曾授予致力于研究合成氨与催化剂表面积大小关系的德国科学家格哈德·埃特尔，表彰他在固体表面化学的研究中作出的贡献。下列说法正确的是A.增大催化剂的表面积，能增大氨气的产率B.增大催化剂的表面积，能加快合成氨的正反应速率、降低逆反应速率C.采用正向催化剂时，反应的活化能降低，使反应明显加快D.工业生产中，合成氨采用的压强越高，温度越低，越有利于提高经济效益题组三化学反应的调控7.下列关于化学反应调控措施的说法不正确的是A.硫酸工业中，为提高SO2的转化率，通入过量的空气B.工业上增加炼铁高炉的高度可以有效降低尾气中CO的含量C.合成氨工业中，从生产实际条件考虑，不盲目增大反应压强D.工业以CO和H2为原料合成甲醇，为提高原料的利用率采用循环操作8.(2024·北京第二中学检测)某化工厂生产硝酸的流程如图1所示；其他条件相同时，装置③中催化剂铂网的成分、温度与氧化率的关系如图2所示。下列说法不正确的是A.该流程中，①③④发生了氧化还原反应B.②中利用氨易液化的性质实现反应物和生成物的分离C.③中最佳反应条件是铂网成分为纯铂、温度为900℃D.④中通入过量空气可以提高硝酸的产率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，提高了反应物的转化率B.缩小容器体积，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下进行，其目的是提高CO的平衡转化率[10~11题，每小题8分]10.CH4⁃CO2催化重整可以得到合成气(CO和H2)，有利于缓解温室效应，其主要反应为CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)ΔH=+247kJ·mol-1，同时存在以下反应：CH4(g)C(s)+2H2(g)ΔH=+75kJ·mol-1(积碳反应)，CO2(g)+C(s)2CO(g)ΔH=+172kJ·mol-1(消碳反应)，假设体系温度恒定。积碳反应会影响催化剂的活性，一定时间内积碳量和反应温度的关系如图所示。下列说法正确的是A.高压有利于提高CH4的平衡转化率并减少积碳B.增大CO2与CH4的物质的量之比有助于减少积碳C.升高温度，积碳反应的化学平衡常数K1减小，消碳反应的化学平衡常数K2增大D.温度高于600℃，积碳反应的化学反应速率减慢，消碳反应的化学反应速率加快，积碳量减少11.(2024·安徽淮北一中期中)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=-165kJ·mol-1CO2(g)+H2(g)CO(g)+H2O(g)ΔH=+41kJ·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=用于生成CH4A.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12.(10分)人工固氮是目前研究的热点。Haber⁃Bosch合成NH3法是以铁为主要催化剂、在400~500℃和10~30MPa的条件下，由N2和H2直接合成NH3。(1)上述反应生成17gNH3时放出46kJ热量，写出该反应的热化学方程式：

。

(2)我国科学家研制出一种新型催化剂，将合成氨的温度、压强分别降到350℃、1MPa，该催化剂对工业生产的意义是。

(3)在2L恒容密闭容器中，按投料比n(H2)n(N2)分别为1∶1、2∶1、3∶①曲线Ⅰ表示投料比n(H2)n(N2)=。某温度下，曲线Ⅰ对应反应达到平衡时N2的转化率为x，则此时混合气体中NH3②下列有关图像的分析错误的是(填字母)。

A.投料比越大，H2的平衡转化率越大B.T<T0，投料比一定时，升高温度，反应速率增大C.T>T0，投料比一定时，升高温度，平衡向左移动D.T>T0，投料比一定时，升高温度，反应速率减小13.(11分)工业上，常采用氧化还原法处理尾气中的CO、NO。已知沥青混凝土可作为反应2CO(g)+O2(g)2CO2(g)的催化剂。如图表示在相同的恒容密闭容器中，相同起始浓度、相同反应时间段内，使用相同质量的不同沥青混凝土(α、β型)催化时，CO的转化率与温度的关系。(1)在a、b、c、d四点中，一定未达到平衡状态的是。

(2)(3分)已知c点时容器中O2浓度为0.04mol·L-1，则50℃时，在α型沥青混凝土中CO转化反应的平衡常数K=(用含x的代数式表示)。

(3)CO转化反应的平衡常数：K(a)(填“>”“<”或“=”)K(c)。

(4)在均未达到平衡状态时，相同反应时间段内，同温下(填“α”或“β”)型沥青混凝土中CO转化速率大。

(5)e点转化率出现突变的原因可能是

。

答案精析1.C2.B3.B4.C[合成氨使用铁触媒催化剂，为防止催化剂中毒，必须将原料“净化”处理，A项正确；步骤②中“加压”，可加快合成氨反应速率，又能使平衡右移，提高原料的平衡转化率，B项正确；步骤③不能提高原料的平衡转化率，C项错误；产品液氨可用酸吸收生产铵态氮肥，液氨汽化时会吸收大量热，可用作制冷剂，D项正确。]5.C[合成氨的反应为气体分子数减小的反应，增大压强有利于反应正向进行，A正确；合成氨的反应为可逆反应，原料不能完全反应，采用循环操作，可以提高原料利用率，B正确；合成氨的反应为放热反应，升温会使平衡逆向移动，工业生产采用500℃而不采用常温，是为了提高反应速率，C错误；铁触媒为催化剂，可以大大提高反应速率，有利于提高合成氨的生产效率，D正确。]6.C[增大催化剂的表面积只能改变反应速率，不能使平衡移动，所以氨气的产率不变，A项错误；增大催化剂的表面积，能加快合成氨的正反应速率和逆反应速率，B项错误；催化剂可以降低反应的活化能，使活化分子的百分数增大，有效碰撞次数增加，从而加快反应速率，C项正确；压强过高，对设备的要求高，温度越低，催化剂的活性越低，反应速率越慢，不利于提高经济效益，D项错误。]7.B[硫酸工业中涉及反应：2SO2(g)+O2(g)2SO3(g)，通入过量空气，平衡正向移动，SO2转化率提高，A正确；高炉炼铁时发生反应：Fe2O3(s)+3CO(g)2Fe(s)+3CO2(g)，增加高炉的高度不能降低尾气中CO的含量，B错误；工业合成氨中，若压强过大，不仅会增大能源消耗，还会增大动力消耗，对设备的要求也高，C正确；工业合成甲醇，采用原料循环操作可提高原料的利用率，D正确。]8.C9.B10.B[反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)和CH4(g)C(s)+2H2(g)均是反应前后气体分子数增大的反应，增大压强，平衡均逆向移动，可减少积碳量，但CH4的平衡转化率降低，A项错误；假设CH4的物质的量不变，增大CO2的物质的量，CO2与CH4的物质的量之比增大，对于反应CH4(g)+CO2(g)2CO(g)+2H2(g)，平衡正向移动，CH4的浓度减小，对于积碳反应CH4(g)C(s)+2H2(g)，由于甲烷浓度减小，平衡逆向移动，碳含量减少，对于消碳反应CO2(g)+C(s)2CO(g)，平衡正向移动，碳含量减少，综上分析，增大CO2与CH4的物质的量之比，有助于减少积碳，B项正确；平衡常数只与温度有关，积碳反应和消碳反应都是吸热反应，升高温度，平衡均正向移动，两个反应的平衡常数都增大，C项错误；根据图像，温度高于600℃，积碳量减少，但温度升高，体系中所有反应的反应速率都加快，D项错误。]11.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=-206kJ·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。]12.(1)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92kJ·mol-1(2)节能、降低生产成本(答案合理即可)(3)①3∶1x2-x×100%解析(1)17gNH3的物质的量是17g17g·mol-1=1mol，生成1molNH3时放出46kJ热量，则生成2mol氨气放出的热量是92kJ，所以该反应的热化学方程式是N2(g)+3H2(g)2NH3(g)ΔH=-92(3)①在相同温度下，投料比n(H2)n(N2)越大，氮气的转化率越高，则曲线Ⅰ表示投料比n(H2)n(N2)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)起始/mol 1 3 0转化/mol x 3x 2x平衡/mol 1-x 3-3x 2x所以混合气体中NH3的体积分数为2x1-x+3-3x+2x×100%=x2-x×100%。②投料比越大，H213.(1)a(2)25x2(1-x)2(3)>(4)解析(1)由题图可知，相同反应时间段内，随着温度的升高，CO的转化率先增大后减小，温度越高，反应速率越快，则温度较低时未达到平衡状态，达到平衡状态后随着温度的升高，平衡发生移动。当反应达到平衡后，升高温度，CO的转化率降低，所以2CO(g)+O2(g)2CO2(g)是放热反应，a点反应未达到平衡状态。(2)c点时，CO的转化率为x，设CO的起始浓度为amol·L-1，可列出