1、第四节化学反应的调控课后篇素养形成必备知识基础练1.在合成氨反应中使用催化剂和施加高压,下列叙述中正确的是()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答案C解析对于反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),使用催化剂只能提高反应速率,缩短达到平衡状态所用的时间,不能使化学平衡发生移动。施加高压既能提高反应速率,使反应达到平衡状态所用的时间缩短,也能使化学平衡向生成NH3的方向移动。故答案为C。2.下列有关合成
2、氨工业的说法正确的是()A.N2的量越多,H2的转化率越大,因此,充入的N2越多越有利于NH3的合成B.恒容条件下充入稀有气体有利于NH3的合成C.工业合成氨的反应是熵增加的放热反应,在任何温度下都可自发进行D.工业合成氨的反应是熵减小的放热反应,在低温时可自发进行答案D解析A项,投料比为n(N2)n(H2)=12.8时,更有利于NH3的合成;B项,恒容条件下,充入稀有气体对平衡无影响;C、D项,H-TS0时反应自发进行,而合成氨反应的H0、S0,故在低温条件下该反应能自发进行。3.可逆反应3H2(g)+N2(g)2NH3(g)H0,达到平衡后,为了使H2的转化率增大,下列选项中采用的三种方法
3、都正确的是()A.升高温度,减小压强,增加氮气B.降低温度,增大压强,加入催化剂C.升高温度,增大压强,增加氮气D.降低温度,增大压强,分离出部分氨答案D解析因合成氨反应是放热反应,升高温度平衡逆向移动,降低温度平衡正向移动,A、C项错误;加入催化剂可增大反应速率,但对平衡移动无影响,B项错误;因合成氨的正反应是气体体积减小的反应,所以增大压强会使平衡向正反应方向移动,增加反应物浓度或减小生成物浓度会使平衡向正反应方向移动,D项正确。4.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()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
4、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A.B.C.只有D.答案C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。5.合成氨反应通常控制在10 MPa30 MPa的压强和400500 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()A.表中
5、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答案D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。6.某温度下,发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-92.4 kJmol-1,N2的平衡转化率()与体系总压强(p)的关系如图所示。下列说法正确的是()A.将1 mol N2和3 mol H2置于1 L密闭容器中发生反应,放出的热量为92.4 kJB.平衡状态由A到B时,平衡常数K(A)K(B)C.上述反应在达到平衡后,增大压强,H2的转化率增大D.升
6、高温度,平衡常数K增大答案C解析该反应为可逆反应,加入的1molN2和3molH2不可能完全反应生成2molNH3,所以反应放出的热量小于92.4kJ,A项错误;从状态A到状态B,改变的是压强,温度未发生变化,所以平衡常数不变,B项错误;该反应是反应前后气体分子数减小的反应,增大压强平衡向正反应方向移动,H2的转化率增大,C项正确;升高温度,平衡逆向移动,K减小,D项错误。7.已知2SO2+O22SO3(正反应方向放热)。现测得如下实验数据:温度不同压强下SO2的转化率/%0.1 MPa0.5 MPa1 MPa5 MPa10 MPa450 97.598.999.299.699.7550 85.
7、692.994.997.798.3据表格数据,分析工业上二氧化硫催化氧化时的适宜条件:(1)应选用的温度是,其理由是。(2)应采用的压强是,其理由是。答案(1)450 温度较低时SO2的转化率较大(2)0.1 MPa相同温度时,0.1 MPa(即常压下)SO2的转化率已很大,增大压强,要消耗较大动力,使生产成本提高解析从题给数据可分析出相同压强条件下,温度较低时SO2的转化率较大,可见工业生产中应选用450(450实际上已考虑了催化剂V2O5的最佳活性温度)。在相同温度时,0.1MPa(即常压下)SO2的转化率已很大,达到97.5%。增大压强虽可使转化率增大,但增大幅度不大,且增大压强要消耗较
8、大动力,使生产成本提高,所以选用常压生产最好。8.工业上合成氨是在一定条件下进行反应:N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-92.4 kJmol-1;其部分工艺流程如下:反应体系中各组分的部分性质见下表:气体氮气氢气氨熔点/-210.01-252.77-77.74沸点/-195.79-259.23-33.42回答下列问题:(1)写出该反应的化学平衡常数表达式:K=。随着温度升高,K值(填“增大”“减小”或“不变”)。(2)平衡常数K值越大,表明(填序号)。A.N2的转化率越高B.NH3的产率越大C.原料中N2的含量越高D.化学反应速率越快(3)合成氨反应的平衡常数很小,所以在工业上采取气
9、体循环的流程。即反应后通过把混合气体的温度降低到稍低于,使分离出来;继续循环的气体是。答案(1)c2(NH3)c(N2)c3(H2)减小(2)AB(3)-33.42 氨氮气和氢气解析(1)合成氨反应的化学平衡常数表达式为K=c2(NH3)c(N2)c3(H2)。合成氨反应为放热反应,升高温度平衡逆向移动,K值减小。(2)通过K值的大小可以判断反应进行的程度,对于合成氨反应,K值越大说明正反应方向进行的程度越大。(3)反应后把气体迅速冷却至温度低于氨的沸点,把NH3液化从平衡混合物中分离出去,未反应的N2和H2可循环利用。关键能力提升练9.一定条件下,通过下列反应可实现燃煤烟气中的硫的回收:SO
10、2(g)+2CO(g)2CO2(g)+S(l)H0。一定温度下,在容积为2 L的恒容密闭容器中1 mol SO2和n mol CO发生反应,5 min后达到平衡,生成2a mol CO2。下列说法正确的是()A.反应前2 min的平均速率v(SO2)=0.1a molL-1min-1B.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的转化率均增大答案B解析根据化学方程式可知,生成2amolCO2的同时,消耗amolSO2,其浓度是0.5amolL-1,所以反应前5mi
11、n的平均速率v(SO2)=0.5amolL-15min=0.1amolL-1min-1,故前2min的平均速率v(SO2)大于0.1amolL-1min-1,A不正确;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。10.在反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)HKC.新平衡体系中NH3的含量增大D.N2的平衡转化率增大答案D解析分离出NH
12、3,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。11.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()A.p2p1p3B.p2p3p1C.p2p1p1=p3答案B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。12.对于合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)Hp2,由p1p2,减小压强,化学平衡左移,NH3的体
13、积分数应降低,故错误;B项,由于此反应H0,故升温平衡左移,N2的转化率降低,故错误;C项,增大N2的量,会使正反应速率增大,使化学平衡右移,故正确;D项使用催化剂,能增大反应速率,缩短到达平衡的时间,故错误。13.一定条件下,将10.0 mol H2和1.0 mol N2充入恒容密闭容器中,发生反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g),并达到平衡状态,则H2的转化率可能是()A.15%B.30%C.35%D.75%答案A解析对可逆反应而言,任何一种物质都不能完全转化;利用“极限法”,假设N2完全转化,则消耗的H2的物质的量为n(H2)=3n(N2)=3.0mol,但事实上,N2是不可能完全
14、转化的,因而消耗的H2的物质的量一定小于3.0mol,故H2的转化率(H2)甲B.平衡后N2的浓度:乙甲C.H2的平衡转化率:甲乙D.平衡后混合气体中H2的体积分数:乙甲答案CD解析因为乙容器中的原料投入量正好是甲的2倍,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,C项、D项错误。此时,丙中N2、H2、NH3的浓度分别比甲中N2、H2、NH3浓度大,但丙中N2、H2的浓度要分别小于甲中N2
15、、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。15.人工固氮是目前研究的热点。某合成氨法是以铁为主要催化剂,在400500 和10 MPa30 MPa的条件下,由N2和H2直接合成NH3。(1)上述反应生成17 g NH3时放出46.2 kJ热量,写出该反应的热化学方程式:。(2)我国科学家研制了一种新型催化剂,将合成氨的温度、压强分别降到350 、1 MPa,该催化剂对工业生产的意义是(答出一条即可)。(3)在2 L恒容密闭容器中,按投料比n(H2)n(N2)分别为11、21、31进行反应,相同时间内测得N2的转化率与温度、投料比的关系如图所示(不考虑催化剂失活)。
16、曲线表示投料比n(H2)n(N2)=。某温度下,曲线对应反应达到平衡时N2的转化率为x,则此时混合气体中NH3的体积分数为(用含x的代数式表示)。下列有关图像的分析中错误的是(填字母)。A.投料比越大,H2的平衡转化率越大B.TT0,投料比一定时,升高温度,平衡向左移动D.TT0,投料比一定时,升高温度,反应速率减小答案(1)N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-92.4 kJmol-1(2)节能、降低生产成本(答案合理即可)(3)31x2-xAD解析(1)17gNH3的物质的量是17g17gmol-1=1.0mol,反应放出46.2kJ热量,则生成2molNH3放出的热量是92.4kJ
17、,则该反应的热化学方程式为N2(g)+3H2(g)2NH3(g)H=-92.4kJmol-1。(2)新型催化剂使合成氨的温度、压强分别降低了,对工业生产的意义是节省能源,降低生产成本等。(3)在相同的温度下,投料比n(H2)n(N2)越大,氮气的转化率越高,因此曲线表示投料比n(H2)n(N2)=31。设开始加入的N2物质的量为1mol,则加入H2的物质的量为3mol,则N2(g)+3H2(g)2NH3(g)起始量/mol130转化量/molx3x2x平衡量/mol1-x3-3x2x则平衡时氨气的体积分数=2x1-x+3-3x+2x=2x4-2x=x2-x。投料比越大,H2的平衡转化率越小,故
18、A错误;同一投料比,升高温度,化学反应速率增大,故B正确,D错误;投料比一定时,由于该反应正反应是放热反应,平衡之后再升高温度,平衡向左移动,故C正确。学科素养拔高练16.一密封体系中发生反应N2+3H22NH3(正反应为放热反应),下图为某一时间段反应速率与反应进程的曲线关系图:回答下列问题:(1)处于平衡状态的时间段是。(2)t1、t3、t4时刻,体系中分别是什么条件发生了变化?、。(3)下列时间段中,氨的百分含量最高的是。A.0t1B.t2t3C.t3t4D.t5t6答案(1)0t1,t2t3,t3t4,t5t6(2)温度升高加入催化剂减小压强(3)A解析题图表示的是速率与时间的关系,只要速率不随时间变化而变化,说明在相应条件下反应已经达到平衡了。所以处于平衡状态的时间段是0t1,t2t3,t3t4,t5t6。从图中可得t1时刻正、逆反应速率都增大,而且v(逆)v(正),因N2+3H22NH3的正反应为放热反应,故该时刻改变的条件是温度升高。图中t3时刻速率增大,而且变化过程中v(逆)=v(正),说明平衡未被打破,所以应该是催化剂导致的。图中t4时刻v(逆)、v(正)都减小且v(逆)v(正),所以改变条件应为减小压强。
