化学选择性必修1第四节 化学反应的调控作业ppt课件

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题组1.工业合成氨及适宜条件的选择1.合成氨工业中采用循环操作,主要原因是(　　)A.降低氨的沸点B.提高氮气和氢气的利用率C.增大化学反应速率D.提高平衡混合物中氨的含量
解析 一定温度和压强条件下,氨的沸点是固定的,不会因为循环操作而改变,A错误;合成氨工业采用循环操作,主要是为了提高氮气和氢气的浓度,使反应平衡正向移动,从而可提高氮气和氢气的利用率,提高经济效益和产率,B正确,C错误;合成氨工业采用循环操作的主要目的是提高反应物N2、H2的利用率,不会提高平衡体系中氨的含量,D错误。
2.(2024·浙江台州八校联考)下列关于工业合成氨的说法正确的是(　　)A.工业合成氨采用10 MPa~30 MPa的压强,是因为该条件下催化剂的活性最好B.选择不同的催化剂会改变此反应ΔH的数值C.合成氨工业中采用低温以提高平衡转化率D.合成氨工业中增大N2的浓度,可提高H2的转化率
解析 合成氨工业采用10 MPa~30 MPa,使反应速率快,且有利于提高平衡混合物中氨的含量,A错误;催化剂能改变化学反应速率,不能改变反应ΔH的数值,B错误;合成氨反应若采用低温可提高平衡转化率,但温度降低会使化学反应速率减小,达到平衡所用时间变长,在实际生产中采用的温度为400~500 ℃,C错误;增大一种反应物的浓度,可提高其他反应物的转化率,D正确。
3.工业合成氨是人类科学技术的一项重大突破,其反应为N2(g)+3H2(g) 2NH3(g)。在不同温度、压强下,平衡混合物中氨的含量如下表所示。下列有关说法错误的是(　　)
A.最早工业化生产氨的原理为N2+CaC2+3H2O===2NH3↑+CaCO3+C,但是成本过高,无法大规模生产B.为了防止催化剂中毒,合成氨的原料气必须经过净化处理C.该反应的ΔH<0,ΔS<0,在高温下一定能自发进行D.增大压强,平衡正向移动,符合勒夏特列原理
解析 早期生成氨需要CaC2,其价格相对较高,且反应剧烈,不适宜大规模生产,A正确;使用催化剂时要防止其中毒而失去催化活性,B正确;该反应的ΔH<0,ΔS<0,若自发进行要满足该反应的ΔH-TΔS<0,故高温下该反应不能自发进行,C错误;增大压强,合成氨反应正向进行,可提高平衡混合气中氨的含量,符合勒夏特列原理,D正确。
题组2.工业生产中适宜条件的选择4.“碳储科学”主要研究方向涉及CO2的捕获、转化等领域。高浓度的K2CO3溶液可作为CO2的捕获剂,为了更好地捕获CO2,控制压强合理的是(　　)A.常压B.高于常压C.低于常压D.无法确定
解析 反应K2CO3(aq)+CO2(g)+H2O(g) 2KHCO3(aq)正向为气体体积缩小的反应,适当加压可增大CO2在K2CO3溶液中的溶解度,有利于平衡正向移动,便于吸收CO2。
5.(2024·山西太原检测)CH4还原CO2是实现“双碳”经济的有效途径之一。相关的主要反应为CH4(g)+CO2(g) 2CO(g)+2H2(g)　ΔH>0。下列条件有利于提高CO2平衡转化率的是(　　)A.低温低压B.低温高压C.高温低压D.高温高压
解析 该反应的正反应是气体总体积增大的吸热反应,升高温度、减小压强,均有利于平衡正向移动,可提高CO2的平衡转化率。
6.(2024·陕西西安检测)金属钛具有良好的耐高低温、抗酸碱、高强度和低密度等优良特性,广泛应用于航空航天、医疗器械等领域。TiCl4的一种制备方法为TiO2(s)+2Cl2(g)+2C(s) TiCl4(g)+2CO(g)　ΔH=-51 kJ·ml-1。下列说法正确的是(　　)A.正反应只有在高温下才能自发进行B.恒温恒容条件下,混合气体的密度保持不变能说明该反应达到平衡状态C.该反应在工业生产中的适宜条件是低温、低压D.恒温恒容条件下,向平衡体系中再加入少量CO(g),TiCl4(g)的体积分数将增大
解析 正反应的ΔH<0、ΔS>0,任意温度下均能自发进行,A错误;反应过程中混合气体总质量不断变化,恒容条件下,混合气体总体积始终不变,当混合气体的密度保持不变时,说明该反应达到平衡状态,B正确;低温、低压条件下反应速率慢,实际生产中不具有经济效益,C错误;向平衡体系中再加入少量CO(g),平衡逆向移动,TiCl4(g)的体积分数将减小,D错误。
7.丁烯是一种重要的化工原料,可由丁烷催化脱氢制备。
下列措施一定能提高该反应中丁烯平衡产率的是(　　)A.增大压强,升高温度B.升高温度,减小压强C.降低温度,增大压强D.减小压强,降低温度
解析 根据盖斯定律,由①-②可得:C4H10(g) C4H8(g)+H2(g),则ΔH3=ΔH1-ΔH2=(-119 kJ·ml-1)-(-242 kJ·ml-1)=+123 kJ·ml-1。要提高该反应中丁烯的平衡产率,应使平衡正向移动,可采取的措施是减小压强、升高温度。
8.硫酸工业中生产SO3的反应为2SO2(g)+O2(g) 2SO3(g)　ΔH=-196.6 kJ·ml-1。
根据反应原理和上表中数据分析下列叙述错误的是(　　)A.实际生产中可以通过通入过量的空气来提高SO2的转化率B.常压下SO2的转化率已经比较大,所以实际生产中没必要增大成本采用高压C.生产中采用温度400~500 ℃主要是考虑催化剂的活性温度从而提高反应物的转化率D.尾气中的SO2必须回收循环利用防止污染环境并提高原料的利用率
解析 空气的成本较低,在实际生产中,通入过量的空气,反应物浓度增大,反应速率加快,平衡正向移动,同时可提高成本较高的二氧化硫的转化率,A正确;由表格数据可知,在常压及400~500 ℃时,二氧化硫的转化率已经很高,继续增大压强,虽然二氧化硫的平衡转化率会提高,但不明显,且会增加设备成本,增大投资和能量消耗,B正确;生成SO3的反应为放热反应,从理论上分析,温度越低越有利于平衡正向移动,但温度过低反应速率太小,且影响催化剂的催化活性,故工业上选择温度400~500 ℃,主要原因是考虑催化剂的活性最佳,C错误;尾气中的SO2必须回收循环利用,防止污染环境并提高原料的利用率,D正确。
9.燃煤电厂锅炉尾气中含有氮氧化物(主要成分NO),可通过反应: 4NH3(g)+4NO(g)+O2(g) ===4N2(g)+6H2O(g)　ΔH=-1 627.7 kJ·ml-1,进行尾气处理。在恒压、反应物起始物质的量之比一定的条件下,反应相同时间,NO的转化率在不同催化剂作用下随温度变化的曲线如图所示。下列说法一定正确的是(　　)
A.升高温度、增大压强均可提高反应中NO的平衡转化率B.综合考虑,催化剂B的性能优于催化剂AC.图中X点所示条件下,反应时间足够长,NO的转化率能达到Y点的值D.图中Z点到W点NO的转化率降低的原因是平衡逆向移动
解析 正反应是放热反应,升高温度平衡左移,反应中NO的平衡转化率降低,A错误;在温度比较低条件下催化剂A的催化活性更强,催化剂A的性能优于催化剂B,B错误;催化剂A的性能优于催化剂B,相同时间内Y点NO转化率大,但催化剂不会使平衡移动,X和Y的温度相同,最终平衡状态一致,所以反应时间足够长,NO的转化率能达到Y点的值,C正确;图中Z点到W点NO的转化率降低是因为温度过高降低了催化剂的活性,D错误。
10.反应Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ均会在工业生产硝酸过程中发生,其中反应Ⅰ、Ⅱ发生在氧化炉中,反应Ⅲ发生在氧化塔中,不同温度下各反应的化学平衡常数如下表所示。下列说法正确的是(　　)
A.氧化炉出气在进入氧化塔前应进一步提高温度B.通过改变氧化炉的温度或压强都可促进反应Ⅰ而抑制反应ⅡC.温度为500 K时,反应Ⅰ平衡常数表达式为D.使用选择性催化反应Ⅰ的催化剂可增大氧化炉中NO的含量
解析 氧化炉出气在进入氧化塔前应降低温度,提高氨气的转化率,A错误;升高温度,反应Ⅰ和反应Ⅱ的平衡常数均减小,则正反应均为放热反应,无法通过改变氧化炉的温度促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ,反应Ⅰ和反应Ⅱ正反应均为气体体积增大的反应,无法通过改变氧化炉的压强促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ,B错误;温度为500 K时,水为气态,反应Ⅰ的平衡常数表达式为K= ,C错误;使用选择性催化反应Ⅰ的催化剂可促进反应Ⅰ而抑制反应Ⅱ,增大氧化炉中NO的含量,D正确。
11.(2024·广东清远名校联考)向恒容密闭容器中充入物质的量之比为1∶1的CO和H2,进行反应:CO(g)+3H2(g) CH4(g)+H2O(g),测得不同压强下H2的平衡转化率随温度的变化情况如图所示。下列有关说法正确的是(　　)A.该反应的ΔH<0B.M、N点时均表示平衡状态,故M、N点时的正反应速率一定相等C.降低温度,H2的转化率可达到100%D.工业上用此法制取甲烷应采用更高的压强
解析 由图可知,压强一定时,随着温度的升高,H2的平衡转化率降低,说明平衡向逆反应方向移动,则正反应为放热反应,ΔH<0,A正确;M、N点时的压强、温度不同,达到的平衡状态也不同,无法比较M、N点时正反应速率的大小,B错误;此反应是可逆反应,反应物不能完全转化为生成物,降低温度,H2的转化率不可能达到100%,C错误;控制合适的温度和压强,既能使反应速率较快,也能使反应物有较高的转化率,采用更高的压强对设备的要求更高,增加经济成本,且400~600 K、1.01×106 Pa时,H2的平衡转化率已经较高,D错误。
12.工业上用CO2和H2合成甲醇涉及以下反应:
在催化剂作用下,将1 ml CO2和2 ml H2的混合气体充入一恒容密闭容器中进行反应,达到平衡时,CO2的转化率和容器中混合气体的平均相对分子质量随温度变化如图。下列判断合理的是(　　)
已知:平衡时甲醇的选择性为生成甲醇消耗的CO2在CO2总消耗量中的占比。A.ΔH1<0,ΔH2<0B.250 ℃前以反应Ⅱ为主C.T ℃时,平衡时甲醇的选择性为60%D.为同时提高CO2的平衡转化率和平衡时甲醇的选择性,应选择的反应条件为高温、高压
解析 根据反应方程式、平衡时CO2的转化率及平均相对分子质量的变化趋势可知,反应Ⅰ为放热反应,反应Ⅱ为吸热反应,A错误;当温度高于250 ℃,CO2的转化率随温度的升高而增大,则250 ℃以后以反应Ⅱ为主,B错误;T ℃时,CO2的转化率为50%,平均相对分子质量为20,混合气体总物质的量为 ml=2.4 ml则CO2为0.5 ml,设甲醇为x ml,CO为y ml, x+y=0.5,n(H2)=2 ml-(3x+y) ml,n(H2O)=(x+y) ml, n(CH3OH)+n(CO)+n(CO2)+n(H2)+n(H2O)=2.4 ml,解得n(CH3OH)=0.3 ml,n(CO)=0.2 ml,甲醇的选择性为 ×100%=60%,C正确;反应Ⅰ为放热反应,升高温度,CO2的平衡转化率降低,D错误。
13.近年来我国大力加强温室气体CO2催化氢化合成甲醇技术的工业化量产研究,实现可持续发展。
写出CO2催化氢化合成甲醇的热化学方程式:　　　 　　　　　　　　　　　 　　　　　　　;用K1、K2表示此反应的化学平衡常数K=　 。 
3H2(g)+CO2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=-48.9 kJ·ml-1　
(2)为提高CH3OH(g)的产率,理论上应采用的条件是　　　　　(填字母)。 a.高温高压b.低温低压c.高温低压d.低温高压(3)250 ℃时,在恒容密闭容器中由CO2(g)催化氢化合成CH3OH(g),如图为不同投料比[ ]时某反应物X的平衡转化率的变化曲线。反应物X是　　　　　(填“CO2”或“H2”)。 
(4)250 ℃时,在容积为2.0 L的恒容密闭容器中加入6 ml H2、2 ml CO2和催化剂,10 min后反应达到平衡,测得c(CH3OH)=0.75 ml·L-1。①前10 min内H2的平均反应速率v(H2)=　　　　　 ml·L-1·min-1。 ②化学平衡常数K=　　　　　。 ③下列描述中能说明上述反应已达平衡的是　　　　　(填字母)。 a.3v正(H2)=v逆(CH3OH)b.容器中气体压强不随时间而变化c.c(H2)∶c(CO2)=1∶1d.容器中气体平均相对分子质量不随时间而变化
④催化剂和反应条件与反应物的转化率和产物的选择性高度相关。控制相同投料比和相同反应时间,四组实验数据如下:
根据上表所给数据,用CO2生产甲醇的最优条件为　　　　　(填实验编号)。 
解析 (1)根据盖斯定律,由①+②可得3H2(g)+CO2(g) CH3OH(g)+H2O(g)　ΔH=(41.1-90.0) kJ·ml-1=-48.9 kJ·ml-1,用K1、K2表示此反应的化学平衡常数,则K=K1·K2。(2)根据平衡移动规律可知,低温、高压有利于提高CH3OH的产率,d正确。(3)X平衡转化率随着 的增大而增大,根据勒夏特列原理,增大一种反应物的量,可以提高另一种反应物的转化率,则X为CO2。