2.4化学反应的调控 课时作业（含答案）

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1、第四节第四节 化学反应的调控化学反应的调控 一、选择题(每小题只有一个选项符合题意) 1.下列有关以 H2和 N2为原料气的工业合成氨反应的说法不正确的是( ) A.属于放热反应 B.S0 C.属于可逆反应 D.在恒容容器中反应，压强逐渐减小 答案 B 解析 工业合成氨反应为 N2(g)3H2(g)2NH3(g) H92.4 kJ/mol，该反 应为放热反应， A 项正确； 该反应为气体分子数减小的反应， 则 S0， B 项错误； H2和 N2合成 NH3的反应为可逆反应，C 项正确；建立平衡的过程中，气体分子 数逐渐减小，容器内压强逐渐减小，D 项正确。 2.工业生产氨气的适宜条件中不包括(

2、 ) A.用浓硫酸吸收产物 B.用铁触媒作催化剂 C.温度为 400500 D.压强为 1030 MPa 答案 A 解析 工业生产中，要求反应速率快，转化率高，从反应速率方面考虑应选择高 效催化剂、升高温度，从转化率方面考虑应选择较高的压强，所以 B、C、D 都 是工业生产氨气的适宜条件。 3.对于合成氨反应，达到平衡后，以下分析正确的是( ) A.升高温度，对正反应的反应速率影响更大 B.增大压强，对正反应的反应速率影响更大 C.减小反应物浓度，对逆反应的反应速率影响更大 D.加入催化剂，对逆反应的反应速率影响更大 答案 B 解析 A 项，合成氨反应的正反应是放热反应，升高温度，正、逆反应的

3、反应速 率都增大，但是温度对吸热反应的速率影响更大，所以对该反应来说，对逆反应 的反应速率影响更大，错误；B 项，合成氨的正反应是气体体积减小的反应，增 大压强，对正反应的反应速率影响更大，正确；C 项，减小反应物浓度，使正反 应的速率瞬间减小，由于生成物的浓度没有变化，所以逆反应速率瞬间不变，然 后逐渐减小，故减小反应物浓度，对正反应的反应速率影响更大，错误；D 项， 加入催化剂，对正、逆反应的反应速率的影响相同，错误。 4.下列有关合成氨工业的叙述，可用勒夏特列原理来解释的是( ) A.使用铁触媒，使 N2和 H2混合气体有利于合成氨 B.高压比常压更有利于合成氨的反应 C.500 左右比

4、室温更有利于合成氨的反应 D.合成氨时采用循环操作，可提高原料的利用率 答案 B 解析 催化剂不影响化学平衡，A 项错误；合成氨反应是放热反应，在低温下转 化率高，合成氨工业采用 500 左右的温度是综合考虑了反应速率、转化率及催 化剂的活性， C 项错误； 采用循环操作提高原料利用率不能用勒夏特列原理解释， D 项错误。 5.对于合成氨反应 N2(g)3H2(g)2NH3(g) H0， 下列研究结果和示意图相 符的是( ) 选项 A B C D 研究 结果 压强对反应的 影响 温度对反应的 影响 平衡体系增加 N2对反应的影 响 催化剂对反应 的影响 图示 答案 C 解析 A 项，由于 p1

5、条件先达到平衡，故 p1p2，由 p1p2，减小压强，化学平 衡左移，NH3的体积分数应降低，错误；B 项，由于此反应 H0，故升温平衡 左移，N2的转化率降低，错误；C 项，增大 N2的量，会使正反应速率瞬间增大， 使化学平衡右移，正确；D 项，使用催化剂，能加快反应速率，缩短到达平衡的 时间，错误。 6.德国化学家哈伯在合成氨方面的研究促进了人类的发展。合成氨的工业流程如 图，下列说法错误的是( ) A.增大压强既可以加快反应速率，又可以提高原料转化率 B.升高温度既可以加快反应速率，又可以提高平衡转化率 C.冷却过程中采用热交换有助于节约能源 D.原料循环使用可提高其利用率 答案 B 解

6、析 增大压强可以加快合成氨的反应速率，平衡正向移动，可以提高原料转化 率， A 正确； 合成氨反应为放热反应， 升高温度平衡逆向移动， 降低平衡转化率， B 错误；冷却过程中采用热交换有助于节约能源，C 正确；原料循环使用，可提 高其利用率，D 正确。 7.下列有关合成氨工业的说法中正确的是( ) A.铁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.增大压强能缩短到达平衡状态所用的时间 D.合成氨采用的压强是 11073107 Pa，因为该压强下铁触媒的活性最高 答案 C 解析 催化剂可以改变反应速率，但不能使

7、平衡移动，只能缩短反应达到平衡所 需的时间，A 项错误；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 项错误；增大压强反应速 率加快，C 项正确；催化剂的活性取决于温度的高低，而非取决于压强的大小， D 项错误。 8.某温度下，对于反应 N2(g)3H2(g)高温、高压 催化剂 2NH3(g) H92.4 kJ/mol。 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 氮气、3 mol 氢气，置于 1 L 密闭容器中发生反应，放出的热量为 92.4 kJ B.平衡状态由 A 变为 B 时，

8、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 1 mol N2和 3 mol H2不可能完全反应生成 NH3， 所以反应放出的热量小于 92.4 kJ， 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。 9.相同温度下，有体积相同的甲、乙两个容器，甲容器中充入 1 g N2和 1 g

9、 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( ) A.化学反应速率：乙甲 B.平衡后 N2的浓度：乙甲 C.H2的平衡转化率：乙甲 D.平衡混合气体中 H2的体积分数：乙甲 答案 D 解析 因为乙容器中的原料投入量正好是甲的 2 倍，故 A 项正确；假设开始时乙容器的体积是甲的 2 倍(如图甲、虚拟乙)，再将虚拟乙 容器的体积压缩至与甲相等(如图乙)，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 项正确、D 项错误；平衡时，乙中 N2、H2、NH3的浓度分别比甲中 N2

10、、H2、NH3 浓度大，但乙中 N2、H2的浓度要分别小于甲中 N2、H2浓度的 2 倍，而乙中 NH3 的浓度要大于甲中 NH3浓度的 2 倍，故 B 项正确。 10.在一定条件下，对于在密闭容器中进行的合成氨的反应，下列说法不正确的是 ( ) A.当氮气和氢气投料比(物质的量之比)为 13 时，达到平衡时氨的体积分数最大 B.增加铁触媒的接触面积，能提高合成氨工厂的年产量 C.达到平衡时，氢气和氨气的浓度比一定为 32 D.分别用氮气和氢气来表示合成氨反应的反应速率时，数值大小不相同 答案 C 解析 当氮气和氢气投料比为 13 时，v(N2)v(H2)13，两种原料的转化率 相同，故达到平

11、衡时氨的体积分数最大，A 正确；增加铁触媒的接触面积，加快 反应速率，可以提高合成氨工厂的年产量，B 正确；平衡时，H2和 NH3的浓度比 不一定为 32，C 错误；同一反应中，反应速率之比等于对应物质的化学计量数 之比，因氮气和氢气的化学计量数不同，则反应速率的数值不同，D 正确。 11.1905 年德国化学家哈伯发明了合成氨的方法，他因此获得了 1918 年度诺贝尔 化学奖。哈伯法合成氨需要 2050 MPa 的高压和 500 的高温下，用铁作催化 剂，且氨的产率为 10%15%。2005 年美国俄勒冈大学的化学家使用了一种名为 transFe(DMeOPrPE)2Cl2的铁化合物催化剂，

12、在常温常压下合成出氨，反应可表示 为 N23H22NH3，下列有关说法正确的是( ) A.不同的催化剂对化学反应速率的影响均相同 B.哈伯法合成氨是吸热反应，新法合成氨是放热反应 C.新法合成能在常温下进行是因为不需要断裂化学键 D.新法合成与哈伯法相比不需要在高温条件下，可节约大量能源，极具发展远景 答案 D 解析 A.不同的催化剂催化机理不同，效果也不同，但在其他条件相同时，转化 率相同， A 错误； B.新法合成与哈伯法合成都是反应物总能量大于生成物总能量， 因此两个反应都是放热反应，只是新法降低了反应所需的能量，减少反应过程中 的能源消耗，B 错误；C.新法实际上是降低了反应所需的能量

13、，旧化学键断裂、 新化学键也要同时生成，反应的本质与使用哪种催化剂无关，C 错误；D.高温条 件需要大量能源，用 transFe(DMeOPrPE)2Cl2作催化剂，在常温常压下合成出氨， 减少能源消耗， 所以新法合成与哈伯法相比不需要在高温条件， 可节约大量能源， 极具发展远景，D 正确。 12.(拔高题)科研工作者结合实验与计算机模拟来研究钌催化剂表面不同位点上合 成氨反应历程，如图所示，其中实线表示位点 A 上合成氨的反应历程，虚线表示 位点 B 上合成氨的反应历程，吸附在催化剂表面的物种用*标注。下列说法错误 的是( ) A.由图可以判断合成氨反应 H0 B.图中过程在高温下更容易发生

14、 C.整个反应历程中活化能最大的步骤是 2N*3H22N*6H* D.钌催化剂为固体催化剂，其表面积大小会影响催化效果 答案 C 解析 A.据图可知，始态*N23H2的相对能量为 0 eV，生成物*2NH3的相对 能量约为1.8 eV，反应物的能量高于生成物，所以放热反应，故 A 正确；B.由 图可知，图中过程是 H2转化成 H 原子的过程，需要吸收能量，所以在高温下 更易发生，故 B 正确；C.由图像可知，整个反应历程中 2N*3H22N*6H* 活化能几乎为零，为最小，故 C 错误；D.表面积越大接触面积越大，催化效果越 好，故 D 正确。 二、非选择题(本题包括 3 小题) 13.201

15、8 年是哈伯因发明用氮气和氢气合成氨的方法而获得诺贝尔奖 100 周年。 N2和 H2生成 NH3的反应为1 2N2(g) 3 2H2(g) NH3(g) H(298 K)46.2 kJ/mol，在 Fe 的催化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*NH2*；NH2*H*NH3*。 脱附：NH3*NH3(g)。 其中， N2的吸附分解反应活化能高、 反应速率慢， 决定了合成氨的整体反应速率。 请回答下列问题： (1)有利于提高合成氨平衡产率的条件有_。 A.低温 B.高温 C.低压 D.高压 E.催化剂 (2

16、)实际生产中， 常用铁触媒作催化剂， 控制温度为 773 K 左右， 压强为 3.0107 Pa 左右， 原料气中 N2和 H2物质的量之比为 12.8。 分析说明原料气中 N2过量的两 个理由_； _。 (3)关于合成氨工艺的下列理解，正确的是_。 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(不参加 反应)气体，有利于提高平衡转化率 C.NH3易液化，不断将液氨移去，有利于反应正向进行 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发生安全事故 答案 (

17、1)AD (2)原料气中 N2相对易得， 适度过量有利于提高 H2的转化率 N2的吸附分解是决 定反应速率的步骤，适度过量有利于提高整体反应速率 (3)ACD 解析 (1)1 2N2(g) 3 2H2(g) NH3(g) H(298 K)46.2 kJ/mol 是反应后气体 体积减小的放热反应，低温有利于平衡正向移动，提高平衡产率，A 正确、B 错 误；低压平衡逆向移动，不利于提高平衡产率，C 错误、D 正确；催化剂只改变 反应速率，不改变化学平衡状态，不能提高平衡产率，E 错误。 (2)原料气中 N2相对易得，增加氮气的量有利于提高 H2的转化率；N2的吸附分解 是决定反应速率的步骤，氮气适

18、度过量有利于提高整体反应速率。 (3)1 2N2(g) 3 2H2(g) NH3(g) H(298 K)46.2 kJ/mol 是反应后气体体积减小 的放热反应，该反应在不同温度下的 H 和 S 都小于零，A 正确：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，总压强增大，反应 物和生成物的浓度不变，平衡不移动，不能提高平衡转化率，B 错误；NH3易液 化，不断将液氨移去，有利于反应正向进行，C 正确；合成氨的反应在合成塔中 发生，原料气中的 N2是从空气中分离得到的，原料气须经过净化处理，以防止催 化剂中毒和发生安全事故，D 正确。 14.工业上生产硫酸时，利用

19、催化氧化反应将 SO2转化为 SO3是一个关键步骤。不 同压强和温度下，反应达到平衡时，SO2的转化率如表所示(原料气各成分的体积 分数为 SO2：7% O2：11% N2：82%)。 转化率/% 压强/MPa 温度/ 0.1 0.5 1 10 400 99.2 99.6 99.7 99.9 500 93.5 96.9 97.8 99.3 600 73.7 85.8 89.5 96.4 (1)SO2的氧化反应是_(填“吸热”或“放热”)反应。 (2) 根 据 表 中 信 息 ， 你 认 为 工 业 上 将 SO2转 化 为 SO3的 适 宜 条 件 是 _。 (3)选择适宜的催化剂，是否可以提

20、高 SO2的转化率？_(填“是”或 “否”)。 (4)若保持温度和容积不变，平衡后通入氧气，再达平衡时则 SO2的浓度 _(填“增大”或“减小”)。 (5)若保持温度和压强不变，平衡后通入 He，SO3的含量_(填“增大”或 “减小”)。 答案 (1)放热 (2)1 MPa、400500 (3)否 (4)减小 (5)减小 解析 (1)由表中数据可知，压强一定时，升高温度，SO2的平衡转化率降低，说 明升高温度， 平衡逆向移动， 因此二氧化硫的氧化反应是放热反应； (2)400500 时，SO2的转化率都比较高，适当升高温度虽然会牺牲一些 SO2的转化率，但是 可以显著增大反应速率；压强越大，S

21、O2的转化率越高，但是 10 MPa 对生产设备 的要求较高，生产成本也会增大，产生的额外收益却不高，因此选 1 MPa 即可； (3)催化剂不能使平衡移动，因此不能提高 SO2的转化率；(4)通入氧气相当于提高 反应物的浓度，平衡正向移动，因此二氧化硫的浓度减小；(5)保持压强不变充入 氦气， 容器的容积增大， 各气体的浓度减小， 平衡向气体分子数增大的方向移动， 即逆向移动，因此三氧化硫的含量减小。 15.科学家一直致力于研究常温、常压下“人工固氮”的新方法。曾有实验报道： 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 NH

22、3。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 1.0105 Pa、反应时间 3 h)： T/K 303 313 323 353 NH3生成量/(10 6 mol) 4.8 5.9 6.0 2.0 相应的热化学方程式如下： N2(g)3H2O(l) 催化剂 2NH3(g)3 2O2(g) H765.2 kJ/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慢。请提出可 提高其反应速率且增大 NH3生成量的建议： _ _。 (2)工业合成氨的反应为 N2(g)3H2(g)高温、高压 催化剂 2NH3(g)。 设在容积为 2.0

23、 L 的密 闭容器中充入 0.60 mol N2(g)和 1.60 mol H2(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4 7。 计算： 该条件下 N2的平衡转化率_。 该 条 件 下 反 应2NH3(g) 高温、高压 催化剂 N2(g) 3H2(g) 的 平 衡 常 数 为 _。 答案 (1)升温、增大 N2浓度、不断移出生成物 (2)66.7% 5.010 3 解析 (2)设反应过程消耗 x mol N2(g)。 平衡时反应体系总物质的量(0.60 x)(1.603x)2x mol(2.202x)mol NH3(g)的物质的量分数为 2x (2.202x)4 7 解得，x0.40，N2的平衡转化率为0.40 mol 0.60 mol100%66.7%。 设此时反应 2NH3(g)高温、高压 催化剂 N2(g)3H2(g)的平衡常数为 K。 平衡时， c(NH3) 20.40 mol 2.0 L0.40 mol L 1， c(N 2)(0.600.40)mol 2.0 L0.10 mol L 1， c(H2)(1.6030.40)mol 2.0 L0.20 mol L 1，K5.0103。