高中化学人教版 (2019)选择性必修1第四节 化学反应的调控精品课后测评

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第二章  化学反应速率与化学平衡

第三节  化学反应的调控

一、选择题

1. 合成氨反应达到平衡时，NH3的体积分数与温度、压强的关系如图所示。根据此图分析合成氨工业最有前途的研究方向是(　　)

A．提高分离技术

B．研制耐高压的合成塔

C．研制低温催化剂

D．探索不用N2和H2合成氨的新途径

【答案】　C

【解析】由题图可知，NH3的体积分数随着温度的升高而显著下降，故要提高NH3的体积分数，必须降低温度，但目前所用催化剂铁触媒的活性最高时的温度为700 K，故最有前途的研究方向为研制低温催化剂。

2．合成氨反应的正反应是气体体积减小的放热反应。合成氨工业的生产流程如下：

关于合成氨工业的说法中不正确的是(　　)

A．混合气体进行循环利用遵循绿色化学思想

B．合成氨反应须在低温下进行

C．对原料气进行压缩是为了增大原料气的转化率

D．使用催化剂可以提高反应的速率，但是不能使平衡向正反应方向移动

【答案】　B

【解析】低温虽然有利于平衡正向移动，但低温会导致反应速率降低，不利于提高生产效率，答案选B。

3．据统计，约有80%～85%的化工生产过程使用催化剂，同样在化学实验室进行物质的制取时，也用到催化剂。以下反应不使用催化剂能顺利进行的是(　　)

A．实验室用过氧化氢制取氧气

B．实验室制取氯气

C．工业上合成氨

D．工业上制备硫酸

【答案】B

【解析】过氧化氢制取氧气需要二氧化锰作催化剂，加速分解，故A错误；实验室制氯气可用浓盐酸和二氧化锰在加热的条件下反应，此处的二氧化锰是氧化剂而非催化剂，则该反应不使用催化剂能顺利进行，故B正确；工业合成氨条件为高温、高压、催化剂，则需要使用催化剂，故C错误；工业上制备硫酸需要三氧化硫，三氧化硫需要二氧化硫和氧气在五氧化二钒的催化下生成，故D错误。

4．(2021·厦门高二检测)如图所示为接触法制硫酸的设备和工艺流程，其中关键步骤是SO2的催化氧化：2SO2＋O22SO3　ΔH<0。下列说法正确的是(　　)

A．反应后气体分子数减少，增大反应容器内压强一定有利于提高生产效益

B．反应放热，为提高SO2转化率，应尽可能在较低温度下反应

C．工业生产要求高效，为加快反应速率，应使用催化剂并尽可能提高体系温度

D．沸腾炉流出的气体必须经过净化，并补充适量空气，再进入接触室

【答案】D

【解析】反应后气体分子数减少，增大反应容器内压强，有利于平衡正向移动，但由于增大压强对设备要求和动力要求很高，成本太高，效益不佳，故A错误；反应放热，为提高SO2转化率，应尽可能在较低温度下反应，但反应速率太慢，经济效益低，故B错误；工业生产要求高效，为加快反应速率，应使用催化剂，还需要考虑催化剂的最佳活性温度，不一定温度越高反应速率越大，故C错误；沸腾炉流出的气体含有许多粉尘和有害气体，会导致催化剂中毒，因此必须经过净化，第一阶段反应，氧气含量下降明显，因此净化后要补充适量空气，再进入接触室，故D正确。

5．（2021·江苏高三零模）氨是一种重要的化工原料，主要用于化肥工业，也广泛用于硝酸、纯碱、制药等工业；合成氨反应为N2(g)+3H2(g)2NH3(g) ΔH=-92.4kJ/mol。实验室用加热NH4Cl和Ca(OH)2固体混合物的方法制取少量氨气。下列有关合成氨反应的说法正确的是

A．反应的ΔS＞0

B．反应的ΔH=E(N-N)+3E(H-H)-6E(N-H) (E表示键能)

C．反应中每消耗1mol H2转移电子的数目约等于2×6.02×1023

D．反应在高温、高压和催化剂条件下进行可提高H2的平衡转化率

【答案】C

【解析】A．在合成氨反应中，生成物气体分子数小于反应物气体分子数，所以反应的ΔS＜0，A不正确；

B．反应的ΔH=反应物的键能总和-生成物的键能总和=E(N≡N)+3E(H-H)-6E(N-H) (E表示键能)，B不正确；

C．由合成氨反应N2(g)+3H2(g)2NH3(g)，可建立如下关系式：N2——3H2——6e-，则反应中每消耗1mol H2转移电子的数目约等于2mol×6.02×1023mol-1=2×6.02×1023，C正确；

D．合成氨反应为放热的可逆反应，高温可加快反应速率，但会使平衡逆向移动，不能提高H2的平衡转化率，使用催化剂只能改变反应速率，但不能改变H2的平衡转化率，也就不能提高H2的平衡转化率，D不正确；故选C。

6．(2021·济南高二检测)在一定条件下，利用CO2合成CH3OH的反应CO2(g)＋3H2(g) CH3OH(g)＋H2O(g)　ΔH1，研究发现，反应过程中会发生副反应为CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)　ΔH2，温度对CH3OH、CO的产率影响如图所示。下列说法中不正确的是(　　)

A．ΔH1<0，ΔH2>0

B．增大压强有利于加快合成反应的速率

C．选用合适的催化剂可以减弱副反应的发生

D．生产过程中，温度越高越有利于提高CH3OH的产率

【答案】D

【解析】根据图示升高温度CH3OH的产率降低，反应CO2(g)＋3H2(g) CH3OH (g)＋H2O(g) 向逆反应方向移动，ΔH1<0，升高温度CO的产率增大，反应CO2(g)＋H2(g) CO(g)＋H2O(g)向正反应方向移动，ΔH2>0，A正确；反应有气体参与，增大压强有利于加快合成反应的速率，B正确；催化剂有一定的选择性，选用合适的催化剂可以减弱副反应的发生，C正确；根据图示温度越高CH3OH的产率越低，D错误。

7．（2020·全国高三专题练习）在一定温度下，只改变反应物中n(SO2)对反应2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)的影响如图所示，下列说法正确的是（　　）

A．反应a、b、c点均为平衡点，且b点时SO2的转化率最高

B．b点时SO2与O2 的物质的之比约为2：1

C．a、b、c 三点平衡常数： Kb>Kc>Ka

D．a、b、c 三点反应速率大小为： vb>vc>va

【答案】B

【分析】分析图像我们可知，在一定范围内，随着二氧化硫起始浓度的提高，平衡时三氧化硫的体积分数也会随之提高，但是当二氧化硫的起始浓度超过一定限度后，平衡时三氧化硫的体积会随着其增大而减小。

【详解】A．曲线上的点为平衡状态，当氧气的量一定时，二氧化硫的起始量越少，则二氧化硫的转化率越大，a点时SO2的转化率最大，故A错误；

B．由2SO2(g)+O2(g)⇌2SO3(g)可知，b点时SO2与O2的物质的量之比约为2：1，SO3的体积分数最大，故B正确；

C．温度不变，则平衡常数不变，a、b、c三点平衡常数：Kb=Kc=Ka，故C错误；

D．浓度越大，反应速率越快，则a、b、c三点反应速率大小为：vc＞vb＞va，故D错误；故选B。

8．（2020·乾安县第七中学高二月考）一定温度下，在三个体积约为1.0L的恒容密闭容器中发生反应：2CH3OH(g)CH3OCH3(g)＋H2O(g)

下列说法正确的是

A．该反应的正方应为吸热反应

B．达到平衡时，容器I中的CH3OH体积分数比容器Ⅱ中的小

C．容器I中反应达到平衡所需时间比容器Ⅲ中的长

D．若起始时向容器I中充入CH3OH 0.1mol、CH3OCH3 0.15mol和H2O 0.10mol，则反应将向正反应方向进行

【答案】D

【详解】A、容器I与容器Ⅲ相比甲醇的起始物质的量相等，但温度不同，温度较低时生成物的物质的量多，这说明升高温度平衡向逆反应方向移动，因此正方应是放热反应，A错误；

B、反应前后体积不变，因此容器Ⅱ与容器I相比平衡等效，因此达到平衡时，容器I中的CH3OH体积分数和容器Ⅱ中的相等，B不正确；

C、容器I中温度高，反应速率快，因此容器I中反应达到平衡所需时间比容器Ⅲ中的少，C不正确；

D、根据容器I表中数据可知，平衡时生成物的浓度均是0.080mol/L，则根据反应的化学方程式可知消耗甲醇的浓度是0.16mol/L，所以平衡时甲醇的浓度是0.04mol/L，所以该温度下的平衡常数K＝＝4。若起始时向容器I中充入CH3OH 0.1mol、CH3OCH3 0.15mol和H2O 0.10mol，则此时＝1.5＜4，所以反应将向正反应方向进行，D正确；答案选D。

9．（2020·衡水市第十四中学高二月考）在容积为2.0 L的密闭容器内，物质D在T ℃时发生反应，其反应物和生成物的物质的量随时间t的变化关系如图，下列叙述不正确的是

A．从反应开始到第一次达到平衡时，A物质的平均反应速率为0.0667 mol/(L·min)

B．该反应的化学方程式为2D(s)2A(g)+B(g)，该反应的平衡常数表达式为K=c(A)2·c(B)

C．已知：反应的∆H＞0，则第5分钟时图象呈现上述变化的原因可能是升高体系的温度

D．若在第7分钟时增加D的物质的量，则表示A的物质的量变化正确的是a曲线

【答案】D

【详解】A.根据v=∆c/∆t计算得A物质的平均反应速率为0.4mol/(2L×3min)=0.0667 mol/(L·min),A正确；

B.根据图在第一次达到平衡时A的物质的量增加了0.4mol，B的物质的量增加了0.2mol，所以A、B为生成物，D的物质的量减少了0.4mol/L，所以D为反应物，D、A、B的变化量之比为0.4:0.4:0.2=2:2:1,反应中各物质计量数之比等于物质的浓度的变化量之比，化学方程式为2D(s)2A(g)+B(g)，该反应的平衡常数表达式为K=c(A)2·c(B)，故B正确；

C.第5分钟时A、B的物质的量在原来的基础上增加，而D的物质的量在原来的基础上减小，说明平衡正向移动，因为反应的∆H＞0,所以此时是升高温度，故C正确；

D.因为D是固体，量的改变不影响化学平衡，所以A的物质的量不变，故D错误；

综上所述，本题选D。

10．（2022·浙江高三专题练习）一定温度下，反应I2(g)+H2(g)⇌2Hl(g)在密闭容器中达到平衡时，测得c(I2)=0.11mmol•L-1，c(HI)=0.78mmol•L-1。相同度温下，按下列4组初始浓度进行实验，反应逆向进行的是(注：1mmol•L-1=10-3mol•L-1)

【答案】C

【分析】

题目中缺少c(H2)，则无法计算K，则不能通过Qc与K的关系判断平衡的移动方向，但可比较4个选项中Qc的大小关系，Qc越大，则可能逆向移动。

【详解】

Qc(A)==1，Qc(B)==50.28，Qc(C)==82.64，Qc(D)==50.28，Qc(C)的值最大，答案为C。

11．（2020·随州市第一中学）将一定量的X加入某密闭容器中，发生反应：2X(g)  3Y(g)+Z(g)，混合气体中X的物质的量分数与温度关系如图所示：下列推断正确的是(       )。 

A．升高温度，该反应平衡常数K减小

B．压强大小有P3＞P2＞P1

C．平衡后加入高效催化剂使平均摩尔质量增大

D．在该条件下M点X平衡转化率为9/11

【答案】D

【详解】

A．根据图象知，升高温度，X物质的量分数降低，说明反应向正方向移动，平衡常数增大，故A错误；

B．可逆反应的正反应是气体分子数增大的反应，减小压强，X物质的量分数增大，所以，压强大小关系有：P3＜P2＜P1，故B错误；

C．催化剂不会使平衡发生移动，气体相对分子质量Mr不变，故C错误；

D．M点对应的平衡体系中，X的物质的量分数为0.1，则：

                 2X(g)3Y(g)+Z(g)

起始物质的量(mol)  1     0      0

变化物质的量(mol)  2x    3x     x

平衡物质的量(mol)1-2x     3x     x

=0.1=0.1，x=，X转化率为==，故D正确；

故答案为D。

12．（2021·江苏高二期中）乙烯气相直接水合反应制备乙醇：C2H4(g)＋H2O(g) C2H5OH(g) ΔH。乙烯的平衡转化率随温度、压强的变化关系如下[起始时，n(H2O)＝n(C2H4)＝1 mol；a点容器体积为1 L]。下列分析不正确的是(　　)

A．乙烯气相直接水合反应的ΔH＜0

B．图中a点对应的平衡常数K＝L·mol－1

C．图中压强的大小关系为：p1＞p2＞p3

D．达到平衡状态a、b所需要的时间：a＞b

【答案】C

【详解】A．由图中可以看出，随着温度的不断升高，乙烯气相的转化率不断降低，则表明升温时平衡逆向移动，所以乙烯气相直接水合反应的ΔH＜0，A正确；

B．图中a点，乙烯的平衡转化率为20%，则平衡时n(H2O)＝n(C2H4)＝0.8 mol，n(C2H5OH)＝0.2mol，对应的平衡常数K===L·mol－1，B正确；

C．由反应C2H4(g)＋H2O(g) C2H5OH(g)可知，增大压强平衡正向移动，乙烯的平衡转化率增大，则图中压强的大小关系为：p1＜p2＜p3，C不正确；

D．因为b点时温度高，反应速率快，所以达到平衡状态a、b所需要的时间：a＞b，D正确；

故选C。

13．（2021·全国高三专题练习）已知反应，若往该溶液中加入含的某溶液，反应机理：

①

②

下列说法错误的是

A．是该反应的催化剂，加入后降低了该反应的活化能

B．往该溶液中滴加淀粉溶液，溶液变蓝，适当升温，蓝色加深

C．步骤①中和的总能量低于和的总能量

D．增大浓度或浓度，反应①、反应②的反应速率均加快

【答案】B

【详解】A.从反应过程中铁离子参与反应，最后又生成铁离子，所以铁离子为该反应的催化剂，加入铁离子后反应的活化能降低，故A正确，不符合题意；

B.该反应生成碘单质，所以滴加淀粉显蓝色，该反应为放热反应，所以加热使平衡逆反应方向移动，碘单质浓度减小，蓝色变浅，故B错误，符合题意；

C.从图分析，步骤①中和的总能量低于和的总能量，故C正确，不符合题意；

D. 增大浓度，反应①速率加快，生成的亚铁离子浓度增大，使反应②的速率加快，若增大浓度反应，反应②的反应速率加快，生成的铁离子浓度增大，使反应①的速率加快，故D正确，不符合题意。

故选B。

二、非选择题

14. 工业合成氨N2(g)＋3H2(g)2NH3(g)反应过程中的能量变化如图所示，据图回答下列问题：

(1)该反应通常用活性铁做催化剂，加活性铁会使图中B点______(填“升高”或“降低”)，理由是

________________________________________________________________________。

(2)450 ℃时该反应的平衡常数________(填“<”“>”或“＝”)500 ℃时的平衡常数。

(3)一定条件下的密闭容器中，该反应达到平衡，要提高H2的转化率，可以采取的合理措施有______(填字母)。

a．高温高压   b．加入催化剂

c．增加N2的浓度   d．增加H2的浓度

e．分离出NH3

【答案】(1)降低　催化剂能降低反应的活化能   (2)>　(3)ce

【详解】(1)催化剂能降低反应的活化能。(2)该反应正向为放热反应，低温有利于平衡正向移动，450 ℃时反应正向进行的程度大，即450 ℃对应的平衡常数大。(3)高温使化学平衡逆向移动，H2转化率降低，a不合理；催化剂对平衡无影响，b不合理；增加N2的浓度可以提高H2的转化率，c可以；d会降低H2的转化率；分离出NH3，有利于平衡右移，e可以提高H2的转化率。

15．CO、CO2是含碳元素的常见气体，也是参与碳循环的重要物质。研究和深度开发CO、CO2的应用对构建生态文明社会具有重要的意义。

（1）CO可用于炼铁，已知：

Fe2O3(s) + 3C(s)＝2Fe(s) + 3CO(g)  ΔH1＝+489.0 kJ·mol－1；

C(s) +CO2(g)＝2CO(g)  ΔH2＝+172.5 kJ·mol－1

则CO还原Fe2O3(s)的热化学方程式为______________________________。

（2）甲醇是重要的化工原料，利用煤化工中生产的CO和H2可制取甲醇，发生的反应为CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)。实验室中，在1L恒容的密闭容器中进行模拟合成实验。将1 mol CO和2 mol H2通入容器中，分别恒温在300℃和500℃反应，每隔一段时间测得容器内CH3OH的浓度如下表所示：

①300℃和500℃对应的平衡常数大小关系为K300℃_________K500℃（填“>”、“=”或“<”）。

②下列关于该反应的说法正确的是______________（填选项字母,下同）

A．该反应在任何温度下都能自发进行

B．升高温度，正反应速率减小，逆反应速率增大，平衡向逆反应方向移动

C．温度一定时，压强不再随时间变化可以说明反应达到了平衡状态

D．使用高效催化剂，ΔH会增大

③300 ℃时，前10 min内，该反应的平均反应速率为v(H2)＝___mol/(L·min)。

④下列措施能够增大此反应中CO的转化率的是_________。

A．充入CO气体            B．升高温度  

C．使用优质催化剂         D．往容器中再充入1 mol CO和2 mol H2

⑤500 ℃时，保持反应体系的温度不变，60min时再向容器中充入CH3OH气体和H2各0.4mol，反应将向___（填“正反应方向”、“逆反应方向”或“不”）进行。再次达到平衡时的平衡常数为____________L2/mol2。

（3）以TiO2／Cu2Al2O4为催化剂，可以将CO2和CH4直接转化成乙酸。在不同温度下催化剂的催化效率与乙酸的生成速率的关系见下图。当乙酸的生成速率主要取决于温度时，其影响范围是__________________。

【答案】Fe2O3(s)+ 3CO(g)＝2Fe(s)+ 3CO2(g)  △H ＝－28.5kJ·mol—1    ＞    C    0.08    D    正反应方向    25    300℃～400℃   

【分析】

根据盖斯定律计算热化学方程式中的反应热。根据外界条件对反应速率和平衡的影响分析一氧化碳的转化率的变化。根据某时刻的浓度商和平衡常数的比较分析该时刻的进行方向。

【详解】

(1) ① Fe2O3(s) + 3C(s)＝2Fe(s) + 3CO(g)  ΔH1＝+489.0 kJ·mol－1；②C(s) +CO2(g)＝2CO(g)  ΔH2＝+172.5 kJ·mol－1，根据盖斯定律分析，有①-②×3得热化学方程式为： Fe2O3(s)+ 3CO(g)＝2Fe(s)+ 3CO2(g)  △H ＝+489.0kJ/mol-172.5kJ/mol×3=－28.5kJ·mol—1 。

(2) ①从表中数据分析，温度升高，甲醇平衡物质的量浓度减小，说明升温平衡逆向移动，则平衡常数变小 ；

②A．该反应为放热反应，熵减，所以该反应在低温下能自发进行，故错误；B．升高温度，正反应速率和逆反应速率都增大，平衡向逆反应方向移动，故错误；C．温度一定时，压强不再随时间变化说明气体总物质的量不变，可以说明反应达到了平衡状态，故正确；D．使用高效催化剂，不影响反应热，故ΔH不会改变，故错误。故选C；

③300 ℃时，前10 min内，该反应的平均反应速率为v(CH3OH)＝0.40mol/L/10min=0.04 mol/(L·min)，根据化学计量数计算v(H2)=0.08 mol/(L·min)。

④A. 充入CO气体，平衡正向移动，但一氧化氮的转化率不能提高，故错误；B. 升高温度，平衡逆向移动，一氧化碳的转化率不能提高，故错误；C. 使用优质催化剂不影响平衡，故错误；D. 往容器中再充入1 mol CO和2 mol H2，相当于加压，平衡正向移动，提高一氧化碳的转化率，故正确。故选D。

⑤500 ℃时，

CO(g)+2H2(g) CH3OH(g)

起始浓度  1       2     0

改变浓度   0.8   1.6   0.8

平衡浓度   0.2    0.4    0.8 

平衡常数= ，保持反应体系的温度不变，60min时再向容器中充入CH3OH气体和H2各0.4mol，Qc= <K，则反应向正反应方向进行。再次达到平衡，平衡常数不变，为25。

(3)从图分析，在 300℃～400℃，温度升高，乙酸的生成速率加快，但催化剂的催化效率降低，说明此阶段中乙酸的生成速率主要取决于温度，故答案为300℃～400℃。