1、第4节 化学反应的调控A级基础达标练一、选择题1在某恒容密闭容器内，N2、H2的起始物质的量分别为10 mol、30 mol，达到平衡时N2的转化率为25%。若从NH3开始反应，在相同条件下欲使平衡时各组分的百分含量相同，则应加入的NH3的物质的量及NH3的转化率为(C)A15 mol,25%B20 mol,50%C20 mol,75%D40 mol,80%解析：从N2、H2开始反应时，N2的物质的量为10 mol，H2的物质的量为30 mol，若从NH3开始反应，并且平衡时各组分的百分含量与前者相同，则NH3的物质的量必须是20 mol，故A、D项错误。设从NH3开始反应时，NH3转化的物质
2、的量为x，则有20 molx210 mol25%，解得x15 mol，故NH3的转化率为100%75%。2在合成氨工业中，要使氨的产率增大，同时又能提高化学反应速率，可采取的措施有(C)增大容器体积使压强减小减小容器体积使压强增大升高温度降低温度恒温恒容，再充入等量的N2和H2恒温恒压，再充入等量的N2和H2及时分离产生的NH3使用催化剂ABC只有D解析：从反应速率的角度分析，均使化学反应速率降低，均使化学反应速率升高，不影响化学反应速率。从平衡移动的角度分析，使化学平衡向右移动，使氨的产率增大，不影响化学平衡，使化学平衡向左移动。3合成氨反应通常控制在10 MPa30 MPa的压强和4005
3、00 左右的温度，且进入合成塔的氮气和氢气的体积比为13，经科学测定，在相应条件下氮气和氢气反应所得氨的平衡浓度(体积分数)如表所示：压强20 MPa30 MPa500 19.126.4而实际从合成塔出来的混合气体中含有氨约为15%，这表明(D)A表中所测数据有明显误差B生产条件控制不当C氨的分解速率大于预测值D合成塔中的反应并未达到平衡解析：这说明实际合成氨工业中需要考虑单位时间的产量问题，并未让合成氨反应达到平衡，因为让反应达到平衡需要一定的时间，时间太长得不偿失。二、非选择题42018年是合成氨工业先驱哈伯(FHaber)获得诺贝尔奖100周年。N2和H2生成NH3的反应为N2(g)H2
4、(g)NH3(g)H(298 K)46.2 kJmol1，在Fe催化剂作用下的反应历程如下(*表示吸附态)化学吸附：N2(g)2N*；H2(g)2H*；表面反应：N*H*NH*；NH*H*NH；NHH*NH脱附：NH=NH3(g)其中，N2的吸附分解反应活化能高、速率慢，决定了合成氨的整体反应速率。请回答：(1)利于提高合成氨平衡产率的条件有_AD_。A低温B高温C低压D高压E催化剂(2)实际生产中，常用Fe作催化剂，控制温度773 K，压强3.0107Pa，原料中N2和H2物质的量之比为1：2.8。分析说明原料气中N2过量的两个理由_原料气中N2相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率_；_
5、N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤，适度过量有利于提高整体反应速率_。(3)关于合成氨工艺的下列理解，正确的是_ACD_。A合成氨反应在不同温度下的H和S都小于零B当温度、压强一定时，在原料气(N2和H2的比例不变)中添加少量惰性气体，有利于提高平衡转化率C基于NH3有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行D分离空气可得N2，通过天然气和水蒸气转化可得H2，原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生解析：(1)N2(g)H2(g)NH3(g)H(298 K)46.2 kJmol1是气体体积减小的放热反应。低温有利于平衡正向进行，提高氨气产率，故A正确；高温平衡
6、逆向进行，不利于提高氨气产率，故B错误；低压平衡逆向进行，不利于提高氨气产率，故C错误；高压平衡正向进行，利于提高氨气产率，故D正确；催化剂只改变反应速率，不改变化学平衡，不能提高氨气产率，故E错误。(2)原料中N2和H2物质的量之比为12.8，原料气中N2过量的两个理由：原料气中N2相对易得，适度过量有利于提高H2的转化率；N2在Fe催化剂上的吸附是决速步骤，适度过量有利于提高整体反应速率。(3)N2(g)H2(g)NH3(g)H(298 K)46.2 kJmol1是气体体积减小的放热反应，合成氨反应在不同温度下的H和S都小于零，故A正确；当温度、压强一定时，在原料气(N2和H2的比例不变)
7、中添加少量惰性气体，总压不变，分压减小，平衡逆向移动，不能提高平衡转化率，故B错误；NH3有较强的分子间作用力可将其液化，不断将液氨移去，利于反应正向进行，故C正确；合成氨的反应在合成塔中发生，原料气中的N2是从空气中分离得来，先将空气液化，再蒸馏得N2，甲烷与水在高温、催化剂条件下生成CO和H2，原料气须经过净化处理，以防止催化剂中毒和安全事故发生，故D正确。5二甲醚(DME)被誉为“21世纪的清洁燃料”。由合成气制备二甲醚的主要原理如下：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H1111 kJmol12CH3OH(g)CH3OCH3(g)H2O(g)H223.5 kJmol1CO(g)H2O
8、(g)CO2(g)H2(g)H341.2 kJmol1回答下列问题：(1)则反应3H2(g)3CO(g)CH3OCH3(g)CO2(g)的H_286.7_kJmol1。(2)下列措施中，能提高CH3OCH3产率的有_AC_。A使用过量的COB升高温度C增大压强(3)反应能提高CH3OCH3的产率，原因是_消耗了反应的H2O(g)有利于反应正向进行，同时生成了H2有利于反应正向移动_。(4)将合成气以2通入1 L的反应器中，一定条件下发生反应：4H2(g)2CO(g)CH3OCH3(g)H2O(g)H，其CO的平衡转化率随温度、压强变化关系如图1所示，下列说法正确的是_A_。AH0Bp1p2p3
9、C若在p3和316 时，起始时3，则达到平衡时，CO转化率小于50 %(5)采用一种新型的催化剂(主要成分是CuMn的合金)，利用CO和H2制备二甲醚。观察图2回答问题。催化剂中约为_2_时最有利于二甲醚的合成。(6)甲醇液相脱水法制二甲醚的原理是CH3OHH2SO4=CH3HSO4H2O，CH3HSO4CH3OH=CH3OCH3H2SO4。与合成气制备二甲醚比较，该工艺的优点是反应温度低、转化率高，其缺点是_H2SO4腐蚀设备或有硫酸废液产生_。解析：(1)根据盖斯定律，2得3CO(g)3H2(g)CH3OCH3(g)CO2(g)H286.7 kJmol1。(2)增大反应物的浓度平衡正移，所
10、以使用过量的CO，能提高CH3OCH3产率，故A正确；该反应为放热反应，升高温度平衡逆移，则CH3OCH3产率会降低，故B错误；该反应正方向为气体体积减小的方向，所以增大压强平衡正移，能提高CH3OCH3产率，故C正确。(3)已知反应CO(g)H2O(g)CO2(g)H2(g)，能消耗水，使反应中平衡正向移动，所以CH3OCH3的量增加；同时此反应生成了H2，有利于反应正向移动。(4)由图可知随温度升高，CO的转化率降低，说明升高温度平衡逆移，则正方向为放热反应，故Hp2p3，故B错误；若在p3和316 时，起始时3，则增大了氢气的量，增大氢气的浓度，平衡正移，CO的转化率增大，所以CO转化率
11、大于50%，故C错误。(5)由图可知当催化剂中约为2时，CO的转化率最大，生成的二甲醚最多。(6)该反应有硫酸参加，因为硫酸是强酸，具有较强的腐蚀性，能腐蚀设备。B级能力提升练一、不定项选择题(每小题有1个或2个选项符合题意)1一定条件下，通过下列反应可实现燃煤烟气中的硫的回收：SO2(g)2CO(g)2CO2(g)S(l)H0.1a molL1min1B当混合气体的物质的量不再改变时，反应达到平衡状态C平衡后保持其他条件不变，从容器中分离出部分硫，平衡向正反应方向移动D平衡后保持其他条件不变，升高温度和加入催化剂，SO2的转化率均增大解析：根据化学方程式可知，生成2a mol CO2的同时，
12、消耗a mol SO2，其浓度是0.5a molL1，所以反应前5 min的平均速率v(SO2)0.5a molL15 min0.1a molL1min1，故前2 min的平均速率v(SO2)大于0.1a molL1min1，A正确；根据化学方程式可知，该反应是反应前后气体的物质的量减小的可逆反应，因此当混合气体的物质的量不再改变时，可以说明反应达到平衡状态，B正确；S是液体，改变液体的量，平衡不移动，C不正确；该反应是放热反应，升高温度平衡向逆反应方向移动，SO2的转化率降低，催化剂不能改变平衡状态，SO2转化率不变，D不正确。2在反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)HKC新平衡体系中N
13、H3的含量减小DN2的平衡转化率增大解析：分离出NH3，使体系中NH3的含量减小，则达到新平衡前Qv(逆)，平衡向正反应方向移动，故N2的平衡转化率增大。3对于反应N2(g)3H2(g)2NH3(g)，在一密闭容器中加入一定量的N2和H2，达到平衡时混合气体的压强为p1，迅速缩小容器体积使混合气体的压强变为p2，一段时间后达到新的平衡，此时混合气体的压强为p3，则p1、p2、p3的大小关系是(B)Ap2p1p3Bp2p3p1Cp2p1p3Dp2p1p3解析：根据勒夏特列原理，改变某一外界条件时，平衡只能向减弱这种改变的方向移动。4相同温度下，有体积相同的甲、乙两个恒容密闭容器，甲容器中充入1
14、g N2和1 g H2，乙容器中充入2 g N2和2 g H2，分别进行合成氨反应。下列叙述中错误的是(CD)A化学反应速率：乙甲B平衡后N2的浓度：乙甲CH2的平衡转化率：甲乙D平衡后混合气体中H2的体积分数：乙甲解析：因为乙容器中的原料投入量正好是甲的2倍反应物浓度越大，反应速率越快，故A项正确；假设开始时乙容器的体积也是甲的2倍(如图所示)，则此时甲、乙两容器中达到的平衡是等效平衡。再将乙容器的体积压缩至与甲相等(如下图中丙)，则在此过程中化学平衡要向正反应方向移动，即N2、H2的平衡转化率增大，它们在平衡混合气体中的体积分数减小，故C项、D项错误；此时，丙中N2、H2、NH3的浓度分别
15、比甲中N2、H2、NH3浓度大，但丙中N2、H2的浓度要分别小于甲中N2、H2浓度的2倍，丙中NH3的浓度要大于甲中NH3浓度的2倍，B项正确。二、非选择题5甲醇是一种重要的有机化工原料，需求量巨大。我国独创的联醇工艺的核心是采用一氧化碳加氢中压合成法，主要反应如下：CO(g)2H2(g)CH3OH(g)H111.0 kJmol1另有副反应：4CO2H2O=3CO2CH4等；中压法操作：压力为1015 MPa，温度控制在513543 K，所用催化剂是CuOZnOAl2O3。合成甲醇的流程如图所示：请回答：(1)实际生产中CO不能过量，以免生成羰基铁使催化剂失去活性，而氢气过量是有益的，指出两点
16、理由：_既可以防止或减少副反应发生，又可带走反应热避免催化剂过热而中毒_。(2)采取1015 MPa压力的作用是_加压有利于提高CO转化率，但也增加了能源消耗和设备强度，故宜采取经济效益较好的压力_；温度控制在513543 K的原因是_此温度下催化剂活性较高，甲醇产率较大_。(3)原料气中的H2S对铜催化剂影响很大，故应先除去，通常用生石灰除杂，该反应的化学方程式为_H2SCaO=CaSH2O_。(4)若CO的转化率为80%，当有22.4 m3(标准状况)CO与过量H2充分反应(不计其他副反应)，可制得纯度为96%的甲醇的质量为_26.67_kg，同时获得热量_8.88104_kJ。解析：(1
17、)氢气过量提高一氧化碳的转化率，防止副反应发生，大量的气流又可带走反应热量。(2)CO(g)2H2 (g)=CH3OH(g)H111.0 kJmol1，正反应是气体体积缩小的反应，增大压强虽然有利于平衡正向移动，提高甲醇的产量，提高CO转化率，但也增加了能源消耗和设备强度，故宜采取经济效益较好的压力；正反应是放热反应，从有利于甲醇生成的角度考虑应是低温，但温度过低达不到催化剂的活性，所以此温度下催化剂活性较高，甲醇产率较大。(3)原料气中的H2S对铜催化剂影响很大，故应先除去，通常用生石灰除杂，生成硫化钙和水，所以反应的化学方程式为H2SCaO=CaSH2O。(4)根据CO(g)2H2 (g)
18、CH3OH(g)，得1 mol的一氧化碳生成32103 kg的甲醇，22.4 m3(标准状况)的物质的量为103 mol，所以可制得纯度为96%的甲醇的质量为26. 67 kg，根据CO(g)2H2(g)=CH3OH(g)H111.0 kJmol1，1 mol CO完全反应放出111 kJ的热量，103 mol80%800 mol，所以放出热量为1118008.88104(kJ)。6合成氨工业对化学工业和国防工业具有重要意义。工业合成氨生产示意图如图所示。(1)X的化学式为_NH3_。(2)图中条件选定的主要原因是_BC_(填字母编号)。A温度、压强对化学平衡的影响B铁触媒在该温度时活性大C工
19、业生产受动力、材料、设备等条件的限制(3)改变反应条件，会使平衡发生移动。如图表示随条件改变，氨气的百分含量的变化趋势。当横坐标为压强时，变化趋势正确的是_c_，当横坐标为温度时，变化趋势正确的是_a_(填字母编号)。解析：(1)原料气N2和H2在一定条件下反应生成的NH3冷却后从设备中分离出来，同时尾气中含有的N2和H2进行循环利用。(2)温度选择在400500 并不是从对化学平衡的影响分析的，而是因为催化剂在500 左右时活性最大，而且还可以适当提高化学反应速率；压强选择10 MPa30 MPa主要是从化学平衡理论分析的，压强增大，平衡向生成NH3的方向移动，但不能过大，因为压强过大，对设备、材料的要求高，投资大，这样就不经济。(3)考查压强、温度对化学平衡的影响。